Unbiunium (eka-aktinium, Ubu) – hypoteettinen alkuaine Z=121

Tutustu unbiuniumiin (Ubu, Z=121) — hypoteettinen superaktinidi: ominaisuudet, synteesiyritykset ja tutkimuksen uudet ennusteet.

Unbiunium on jaksollisen järjestelmän hypoteettinen (teoreettinen tai kuviteltu) alkuaine. Se tunnetaan myös nimellä eka-aktinium. Tämän alkuaineen järjestysluku on 121. Sen symboli on Ubu. Nimi Unbiunium ja symboli Ubu ovat väliaikaisia IUPAC-nimiä: kyseessä on systemaattinen väliaikainen nimi (latinankielisistä numerojuurista muodostettu), joka pysyy käytössä kunnes virallinen nimi vahvistetaan mahdollisen löydön jälkeen. Unbiunium'n pysyvä nimi ja symboli annetaan vain, jos alkuaineen synteesi ja erottelu voidaan dokumentoida hyväksyttävällä tavalla.

Unbiunium sijoittuisi jaksollisen järjestelmän kahdeksanteen jaksoon. Sen odotettu sijoitus ja elektronirakenne ovat teoreettisia ja riippuvat käytetystä kvanttimekaanisesta mallista; eri laskelmat antavat osin erilaisia ennusteita. Joissain malleissa se kuvataan kuuluvaksi niin sanottuun superaktinideihin tai F-lohkoon, mutta näihin luokitteluihin liittyy epävarmuutta, koska alkuaineiden elektronikonfiguraatioissa ja jaksollisessa käyttäytymisessä voi esiintyä merkittäviä relativistisia vaikutuksia (erityisesti näin raskailla ytimillä).

Sijoitus jaksollisessa järjestelmässä ja elektronirakenne

Unbiunium olisi periodin 8 alkuaine ja siten osittain uudenlaisen elektronikuoren haltija. Teoreettiset ennusteet viittaavat siihen, että elektronien täyttöjärjestys poikkeaisi jossain määrin kevyemmistä alkuaineista johtuen voimakkaista relativistisista korjauksista. Joidenkin mallien mukaan alkuaineella voisi olla epätavallinen ulkokuoren rakenne, mutta tarkka elektronikonfiguraatio on epävarma. Tästä syystä myös kemialliset ominaisuudet voidaan ennustaa vain karkeasti ja erilaiset lähestymistavat antavat erisuuntaisia tuloksia.

Ominaisuudet ja kemia (ennusteet)

• Fysikaaliset ominaisuudet: odotetut fysikaaliset ominaisuudet (kuten tiheys, sulamis- ja kiehumispiste) perustuvat teoreettisiin malleihin ja ovat erittäin epävarmoja. Atomimassat, säteet ja ionisaatioenergiat poikkeavat todennäköisesti merkittävästi kevyemmistä alkuaineista, koska ytimen suurteho ja elektronien nopeudet aiheuttavat relativistisia vaikutuksia.
• Kemialliset ominaisuudet: jos unbiunium käyttäytyy analogisesti actiniumeihin tai muihin ryhmän 3 alkuaineisiin, se voisi muodostaa oksidaatiotiloja, mutta ennusteet vaihtelevat. Teoreettiset laskelmat ennustavat mahdollisesti voimakkaasti sidostuneita sisäelektroneja ja poikkeavaa kemiaa verrattuna yleisempiin odotuksiin.
• Pysyvyys ja hajoaminen: kaikki ennusteet viittaavat hyvin lyhyisiin puoliintumisaikoihin (usein mikrosekunneista sekunteihin tai lyhyempiin), sillä raskaat ytimennumerot altistavat ytimen hajoamisprosessille kuten alfa-hajoamiselle ja spontaanille fissioitumiselle. Pitkään säilyviä isotooppeja saatetaan löytää vain, jos onnistutaan tuottamaan hyvin neutronirikkaita isotooppeja, jotka ovat lähempänä niin sanottua vakauden saarta (island of stability) — mutta tähän on merkittäviä teknisiä haasteita.

Synteesi- ja havainnointiyritykset

Unbiuniumia on pyritty syntetisoimaan raskas-ionifuusion avulla. Aikaisempi dokumentoitu yritys tapahtui vuonna 1977 GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research -keskuksessa Darmstadtissa, Saksassa. Koereaktio oli seuraava:

• ²³⁸U +⁶⁵ Cu →³⁰³ Ubu

Atomeja ei tunnistettu.

Yleensä superraskaita alkuaineita yritetään tuottaa kahden ydinprojektiilin fuusioreaktiolla (esimerkiksi raskas-isotooppiin pommitetulla kevyemmällä ionilla). Haasteena on hyvin pieni tuotantokerroin (fusion cross section) ja nopeasti hajoavat syntyneet ytimenne, minkä vuoksi havainto edellyttää herkkiä detektoreita ja usein hajoamisketjujen yhdistämistä tunnettuun nuklidiperheeseen.

Tekniset ja teoreettiset haasteet

• Tuotantokerroin on odotettavasti äärimmäisen pieni, mikä vaatii pitkiä ajoaikoja ja suuria ionivirtoja.
• Lyhyet puoliintumisajat vaikeuttavat kemiallista ja fysikaalista karakterisointia — havainto voi perustua ainoastaan hajoamisketjuihin ja alfa-spektrin tunnistukseen.
• Neutronirikkaiden isotooppien tuottaminen on vaikeaa nykyisillä stabiileilla kantaisotoopeilla; radioaktiivisten ionilähteiden ja monimutkaisempien reaktiomenetelmien (kuten multi-nucleon transfer) kehittäminen on yksi mahdollinen tie pidempään säilyviin isotooppeihin.
• Teoreettinen ennustettavuus rajautuu verraten karkeisiin malleihin, koska relativistiset ja kvanttikenttävaikutukset korostuvat näin raskaissa järjestysluvuissa.

Nimitys ja tulevaisuus

Unbiuniumin tilapäinen nimi tulee IUPACin systemaattisesta nimeämiskäytännöstä: "un-bi-un-ium" viittaa numeroihin 1-2-1 (eli järjestysluku 121). Jos ja kun alkuaine löydetään hyväksyttävällä todennäköisyydellä, löytäneet laboratorio(t) voivat ehdottaa pysyvää nimeä IUPACille, joka hyväksyy sen kansainvälisesti.

Tutkimus superraskaisiin alkuaineisiin jatkuu sekä teoreettisella että kokeellisella tasolla. Uudet ionilähteet, kiihdyttimet ja kehittyneet detektorit voivat tulevaisuudessa mahdollistaa unbiuniumin tai muiden Z>118 alkuaineiden havaitsemisen, mutta toistaiseksi Z=121 ei ole vahvistettu eikä havaittu alkuaine.

Hae kirjaimella