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Copernicium

élément chimique ayant le numéro atomique 112

Le copernicium (symbole Cn[8]) est l'élément chimique de numéro atomique 112. Il correspond à l'ununbium (Uub) de la dénomination systématique de l'IUPAC, et est encore appelé élément 112 dans la littérature. Il a été synthétisé pour la première fois le 9 février 1996 par la réaction 208Pb (70Zn, n) 277Cn au Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) de Darmstadt, en Allemagne, et son identification a été validée par l'IUPAC en mai 2009[9]. Il a reçu son nom définitif en février 2010 en l'honneur de Nicolas Copernic[a].

Copernicium
Roentgenium ← Copernicium → Nihonium
Hg
  Structure cristalline hexagonale compacte
 
112		 Cn
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   
                                           
↑
Cn
↓
—
Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole Cn
Nom Copernicium
Numéro atomique 112
Groupe 12
Période 7e période
Bloc Bloc d
Famille d'éléments Métal de transition
ou métal pauvre
Configuration électronique [Rn] 5f14 6d10 7s2
Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique [285]
Rayon de covalence 122 pm[1]
Énergies d’ionisation[2]
1re : 1 154,9 kJ·mol-1 3e : 3 164,7 kJ·mol-1
2e : 2 170,0 kJ·mol-1
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD
MeV
283Cn{syn.}4 s
90 % α

10 % FS		9,53
9,32
8,94
—
279Ds

—
285Cn{syn.}29 sα9,15
9,03 ?		281Ds
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire Peut-être gazeux[3]
Masse volumique 23,7 g·cm-3 (prédiction)[2]
Système cristallin Hexagonal compact[5] (prédiction), antérieurement cubique centré[6]
Point d’ébullition 84+112
−108 °C[4]
Divers
No CAS 54084-26-3[7]
Précautions
Élément radioactif
Radioélément à activité notable
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Il s'agit d'un transactinide très radioactif, dont l'isotope connu le plus stable, le 285Cn, a une période radioactive de 29 s. Situé sous le mercure dans le tableau périodique des éléments, il appartiendrait au bloc d. Contrairement aux autres éléments du groupe 12, qui sont des métaux pauvres, il pourrait s'agir d'un métal de transition, en raison d'effets relativistes stabilisant la sous-couche électronique s au détriment de la sous-couche d : le cation Cn2+ aurait ainsi la configuration électronique [Rn] 5f14 6d8 7s2. Le copernicium serait très volatil, et il n'est pas exclu qu'il puisse être gazeux[3] aux conditions normales de température et de pression.

Synthèse

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Le copernicium a été synthétisé pour la première fois le , à Darmstadt, en Allemagne, au GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung). Il a été obtenu en bombardant une cible de plomb 208 avec des ions de zinc 70[12], lors d'une expérience où un seul atome a été produit :

70
30Zn + 208
82Pb ⟶ 278
112Cn* ⟶ 277
112Cn + 1
0n.

Le GSI a confirmé ses résultats en avec la synthèse d'un second atome de 277Cn[13],[14].

L'expérience a été reproduite en 2004 au RIKEN et se solda par la synthèse de deux nouveaux atomes, confirmant les données expérimentales recueillies en Allemagne[15].

L'état de l'art en matière de production d'isotopes de copernicium peut être résumé par le tableau suivant :

Ion Cible Isotope Statut de l'expérience
70Zn 208Pb 278Cn Succès
50Ti 232Th 282Cn Réaction non tentée
48Ca 238U 286Cn Succès
48Ca 242Pu 283Cn Succès
40Ar 244Pu 284Cn Réaction non tentée
36S 248Cm 284Cn Réaction non tentée
30Si 249Cf 279Cn Réaction non tentée

Isotopes

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Article détaillé : Isotopes du copernicium.

Le premier isotope à avoir été synthétisé est 277Cn en 1996. Six radioisotopes sont connus, de 277Cn à 285Cn et possiblement deux isomères nucléaires (non confirmés). L'isotope confirmé à la plus grande durée de vie est 285Cn avec une demi-vie de 29 secondes.

Expériences en phase gazeuse

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Les propriétés chimiques du copernicium ont été particulièrement étudiées à la suite d'indications selon lesquelles il présenterait les effets relativistes les plus sensibles parmi tous les éléments de la période 7. Sa configuration électronique à l'état fondamental étant [Rn] 5f14 6d10 7s2, il appartient au groupe 12 du tableau périodique, et devrait par conséquent se comporter comme le mercure et former des composés binaires avec des métaux nobles comme l'or. On a ainsi cherché à caractériser l'enthalpie d'adsorption d'atomes de copernicium sur des surfaces d'or à diverses températures. Compte tenu de la stabilisation relativiste des électrons 7s, le copernicium présente des propriétés rappelant celles d'un gaz noble comme le radon. On a ainsi cherché à mesurer les différences de caractéristiques d'adsorption entre le copernicium, le mercure et le radon[16].

La première expérience a été réalisée à l'aide de la réaction 238U (48Ca, 3n) 283Cn. La détection reposait sur les produits de fission spontanée de l'isotope parent, avec une période radioactive de 5 min. L'analyse des données montra que le copernicium était plus volatil que le mercure et présentait des propriétés de gaz noble. Cependant, l'incertitude concernant la synthèse du copernicium 283 a semé le doute sur ces résultats. D'autres études ont par conséquent été menées en générant cet isotope comme produit de désintégration du flérovium 287, à la suite de la réaction 242Pu (48Ca, 3n) 287Fl. Deux atomes de copernicium 283 ont été identifiés au cours de cette expérience, dont les propriétés d'adsorption ont permis de déterminer que le copernicium forme de faibles liaisons métal-métal avec l'or, ce qui en fait un homologue plus volatil du mercure, et le place résolument dans le groupe 12[16].

Cette expérience a été répétée en avril 2007, permettant d'identifier trois nouveaux atomes de copernicium. Les propriétés d'adsorption du copernicium ont été confirmées, et sont en plein accord avec sa position d'élément le plus lourd du groupe 12[16]. Ces expériences ont également permis la première estimation de la température d'ébullition du copernicium : 84+112
−108 °C, ce qui en ferait peut-être un gaz aux conditions normales de température et de pression[4].

Notes et références

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Notes

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  1. ↑ Le [10], décision publiée par la revue Pure and Applied Chemistry dans son édition de [11].

Références

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  1. ↑ (en) « Copernicium », Periodic Table, sur Royal Society of Chemistry (consulté le )
  2. ↑ a et b (en) Darleane C. Hoffman, Diana M. Lee et Valeria Pershina, « Transactinide Elements and Future Elements », The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements,‎ , p. 1652-1752 (ISBN 978-94-007-0210-3, DOI 10.1007/978-94-007-0211-0_14, Bibcode 2011tcot.book.1652H, lire en ligne)
  3. ↑ a et b (en) Sandra Soverna, « Indication for a gaseous element 112 » [PDF], GSI Scientific Report 2003, sur Institut de chimie nucléaire de l'université de Mayence (consulté le ).
  4. ↑ a et b (en) Robert Eichler, Nikolay V. Aksenov, Alexey V. Belozerov, Gospodin A. Bozhikov, Victor I. Chepigin, Sergey N. Dmitriev, Rugard Dressler, Heinz W. Gäggeler, Alexander V. Gorshkov, Mikhail G. Itkis, Florian Haenssler, Andreas Laube, Viacheslav Y. Lebedev, Oleg N. Malyshev, Yuri Ts. Oganessian, Oleg V. Petrushkin, David Piguet, Andrei G. Popeko, Peter Rasmussen, Sergey V. Shishkin, Alexey A. Serov, Alexey V. Shutov, Alexander I. Svirikhin, Evgeny E. Tereshatov, Grigory K. Vostokin, Maciej Wegrzecki, Alexander V. Yeremin, « Thermochemical and physical properties of element 112 », Angewandte Chemie, vol. 47, no 17,‎ , p. 3262-3266 (PMID 18338360, DOI 10.1002/anie.200705019, lire en ligne)
  5. ↑ (en) Jan-Michael Mewes, Odile R. Smits, Georg Kresse et Peter Schwerdtfeger, « Copernicium: A Relativistic Noble Liquid », Angewandte Chemie International Edition, vol. 58, no 50,‎ , p. 17964-17968 (PMID 31596013, PMCID 6916354, DOI 10.1002/anie.201906966, Bibcode 2019AngCh.13118132M, lire en ligne  ).
  6. ↑ (en) Jyoti Gyanchandani, Vinaya kMishra, G. K. Dey et S. K. Sikka, « Super heavy element Copernicium: Cohesive and electronic properties revisited », Solid State Communications, vol. 269,‎ , p. 16-22 (DOI 10.1016/j.ssc.2017.10.009, Bibcode 2018SSCom.269...16G, lire en ligne)
  7. ↑ Mark Winter, « WebElements – Element 112 », The University of Sheffield & WebElements Ltd, UK, (consulté le )
  8. ↑ Le symbole initialement proposé par le GSI était Cp, mais l'UICPA avait rapidement émis une recommandation provisoire pour le symbole Cn, afin d'éviter les confusions avec l'ancien symbole du cassiopéium, dénomination alternative du lutécium utilisée en Allemagne jusqu'en 1949, et avec le symbole couramment employé en chimie inorganique pour le ligand cyclopentadiène.
  9. ↑ Article Techno-Science.Net : « Nouvel élément chimique enfin reconnu : reste à lui trouver un nom ».
  10. ↑ (en) « IUPAC News – 20 février 2010 »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?) (consulté le ) « Element 112 is Named Copernicium. »
  11. ↑ (en) Kazuyuki Tatsumi et John Corish, « Name and symbol of the element with atomic number 112 (IUPAC Recommendations 2010) », Pure and Applied Chemistry, vol. 82, no 3,‎ , p. 753-755 (ISSN 1365-3075, lire en ligne)
    DOI 10.1351/PAC-REC-09-08-20
  12. ↑ (en) S. Hofmann, et al., « The new element 112 », Zeitschrift für Physik: A Hadrons and Nuclei, vol. 354, no 1,‎ , p. 229–230 (DOI 10.1007/BF02769517)
  13. ↑ (en) Hofmann et al., « New Results on Element 111 and 112 », European Physical Journal A Hadrons and Nuclei, vol. 14, no 2,‎ , p. 147–57 (DOI 10.1140/epja/i2001-10119-x)
  14. ↑ (en) Hofmann et al., « New Results on Element 111 and 112 », GSI Scientific Report, vol. 2000,‎ (lire en ligne)
  15. ↑ K. Morita « Decay of an Isotope 277112 produced by 208Pb + 70Zn reaction » () (DOI 10.1142/9789812701749_0027)
    —Exotic Nuclei (EXON2004)
    — « (ibid.) », dans Proceedings of the International Symposium, World Scientific, p. 188-191
  16. ↑ a b et c (en) Heinz W. Gäggeler et Andreas Türler, « Gas-Phase Chemistry of Superheavy Elements », The Chemistry of Superheavy Elements,‎ , p. 415-483 (DOI 10.1007/978-3-642-37466-1_8, lire en ligne)

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