Copernicium

Copernicium

Caractéristiques du copernicium

Symbole : Cn
Masse atomique : 285 u
Numéro CAS : 54084-26-3
Configuration électronique : [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s²
Numéro atomique : 112
Groupe : 12
Bloc : Bloc d
Famille d’éléments :Métal de transition
ou métal pauvre
Électronégativité : –
Point de fusion : –

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Le copernicium, élément atomique n°112 de symbole Cn : ses propriétés, sa synthèse, ses isotopes et ses expériences en phase gazeuse.

Le copernicium, de symbole chimique Cn, est un élément chimique de numéro atomique 112. Selon la dénomination systématique de l’IUPAC, il est désigné sous le nom d’ununbium (Uub). Dans la littérature, son nom est élément 112. Il a été synthétisé pour la première fois le 9 février 1996 par une équipe de scientifiques allemands du Centre de recherche nucléaire de GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) à Darmstadt. L’IUPAC a validé son identification en mai 2009. Le nom de copernicium lui a été attribué définitivement en février 2010, en l’honneur de l’astronome polonais Nicolaus Copernic (1473-1543).

Position du copernicium dans le tableau de Mendeleïev

Le copernicium est classé dans le groupe 12 et se range dans la 7^e période du tableau périodique des éléments. Il se situe sous le mercure dans le bloc d. Les éléments du groupe 12 sont des métaux pauvres. Cependant, le copernicium pourrait constituer un métal de transition, à cause de ses effets relativistes qui stabilisent la sous-couche électronique s au détriment du cation Cn²⁺de la sous-couche d. Sa configuration électronique serait [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s². Ses électrons par niveau d’énergie sont 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2.

Propriétés atomiques

Le copernicium est un élément chimique de masse atomique [285] avec un rayon de covalence de 122 pm. Ses énergies d’ionisation sont successivement de 1 154,9 kJ·mol^-1, 2 170,0 kJ·mol^-1et 3 164,7 kJ·mol^-1.

Propriétés physiques

À l’état ordinaire, le copernicium peut se présenter sous une forme gazeuse. Cependant, il peut être produit sous une forme solide avec une masse volumique de 23,7 g·cm^-3. Le système cristallin de cet élément pourrait se présenter sous la forme cubique centrée. Son point d’ébullition s’élève à 84⁺¹¹²_-108 °C et son N° CAS est 54084-26-3.

Synthèse

La première synthèse du copernicium a été faite par bombardement d’une cible de plomb 208 avec des ions de zinc 70, avec pour la réaction ²⁰⁸Pb (⁷⁰Zn, n) ²⁷⁷Cn. Lors de l’expérience, seul un atome a été obtenu, suivant la formule :

⁷⁰₃₀Zn + ²⁰⁸₈₂Pb ⟶ ²⁷⁸₁₁₂Cn* ⟶ ²⁷⁷₁₁₂Cn + ¹₀n.

La synthèse d’un second atome de ²⁷⁷Cn en mai 2000 a confirmé ces résultats, toujours effectuée par GSI.

En 2004, RIKEN (Institut de recherche japonaise) a reproduit l’expérience avec pour résultat la synthèse de deux nouveaux atomes. Il confirme les données expérimentales effectuées en Allemagne (GSI).

Isotopes

Voici le tableau récapitulant la production d’isotopes de copernicium :

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

Le copernicium est un transactinide très radioactif. Le ²⁸⁵Cn est l’isotope le plus stable avec une période radioactive de 29 s. Le ²⁷⁷Cn constitue le premier isotope à avoir été synthétisé en 1996. Le copernicium possède six radioisotopes connus, de ²⁷⁷Cn à ²⁸⁵Cn et éventuellement deux isomères nucléaires. Leur demi-vie pourrait être de 5 à 9 minutes.

Voici le tableau montrant les isotopes les plus stables :

Isotope	AN	Période	MD	Ed en MeV	PD
²⁸³Cn	{syn.}	4 s	90 % α 10 % FS	9,53 9,32 8,94 —	²⁷⁹Ds —
²⁸⁵Cn	{syn.}	29 s	α	9,15 9,03 ?	²⁸¹Ds

AN correspond à l’abondance naturelle, MD est le mode de désintégration. Ed désigne l’énergie de désintégration et PD représente le produit de désintégration.

Expériences en phase gazeuse

Des études ont été menées sur les propriétés chimiques du copernicium, à cause éventuellement de ses effets relativistes particulièrement sensibles parmi les éléments de la période 7. Avec une configuration électronique de [Rn] 5f14 6d10 7s2 à l’état fondamental, il figure dans le groupe 12 du tableau périodique. Il est susceptible de se comporter comme le mercure en formant des composés binaires avec des métaux nobles tels que l’or. Des essais ont été effectués à différentes températures, afin d’identifier l’enthalpie d’adsorption de ses atomes sur des surfaces d’or. Vu la stabilisation relativiste des électrons 7s, le copernicium montre des propriétés similaires au gaz noble, notamment le radon.

Afin de connaître les différences de qualité d’adsorption entre le copernicium, le mercure et le radon, on a procédé à des études. La première expérience a été effectuée par la réaction ²³⁸U (⁴⁸Ca, 3n) ²⁸³Cn. La détection se basait sur les produits de fission spontanée de l’isotope à noyau atomique instable. La période radioactive dure 5 minutes. L’analyse des données ont permis de constater que le copernicium était plus volatil que le mercure avec des propriétés de gaz noble. Cependant, ces résultats ont créé un doute sur la synthèse du copernicium 283. Par conséquent, à partir la réaction ²⁴²Pu (⁴⁸Ca, 3n) ²⁸⁷Fl, d’autres études ont été effectuées. Elles ont prouvé que le copernicium 283 est le produit de désintégration du flérovium 287. Cette expérience a alors mis en évidence l’existence de deux atomes de copernicium 283. Leurs propriétés d’adsorption ont montré que le copernicium et l’or forment de faibles liaisons métal-métal. Cet homologue est également plus léger que le mercure. Cela confirme la position du copernicium dans le groupe 12 du tableau.

En avril 2007, cette expérience a été reprise et a permis de découvrir trois nouveaux atomes de copernicium. Ses propriétés d’adsorption ont été attestées et elles affirment sa position d’élément le plus lourd du groupe 12. Grâce à ces expériences, la température d’ébullition du copernicium a été évaluée à 84⁺¹¹²_-108 °C. Ainsi, cet élément serait un gaz, aux conditions normales de pression et de température. En raison de sa nature hautement instable, le copernicium n’a actuellement aucun usage pratique et n’a pas d’impact significatif sur la société en général. Il est principalement étudié pour sa contribution à la compréhension de la structure atomique et de la physique nucléaire.

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