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Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties
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... pnas.org energetic and radial patterns of their outer-core and valence orbitals (25)(26)(27)(28)(29)(30). In Fig. 1, we display the upper one-electron orbital energies of group-1 elements in periods n = 2 to 8, including 87 Fr and superheavy 119 E. The core-valence gaps (CVG) lead to the emergence of chemically inert (n-1)s 2 p 6 noble-gas core-shells and chemically active valence-shells such as [Xe(1s 2 -5p 6 )]-6s 1 of 55 Cs or [Xe(1s 2 -5p 6 )]-6s 2 of 56 Ba. ...
... In order to validate the hypothesis of a chemically active (n-1)p 3/2 "noble gas shell" for the superheavy elements Z > 118, we here investigate the molecular polyfluorides of elements 119 and 120. In the early 1970s, Fricke and others had already supposed their 3 and 4 valency (25)(26)(27)(28)(29). ...
... Half a century ago, the superheavy s-block elements 119 E-7p 3/2 4 8s 1 and 120 E-7p 3/2 4 8s 2 were supposed being higher-valent than 1 and 2, namely 3 and 4, on the basis of relativistic atomic calculations (25,26). Here, the first molecular calculations of superheavy alkali and alkaline-earth compounds imply that 119 E and 120 E do not behave as typical s-block metals, but as a new type of p-block metalloids with valence active 7p 3/2 4 8s 1,2 shells and valences 5 and 6, under common conditions. ...
The Periodic Law of Chemistry is one of the great discoveries in cultural history. Elements behaving chemically similar are empirically merged in groups G of a Periodic Table, each element with G valence electrons per neutral atom, and with upper limit G for the oxidation and valence numbers. Here, we report that among the usually mono- or di-valent s-block elements ( G = 1 or 2), the heaviest members ( 87 Fr, 88 Ra, 119 E, and 120 E) with atomic numbers Z = 87, 88, 119, 120 form unusual 5- or 6-valent compounds at ambient conditions. Together with well-reported basic changes of valence at the end of the 6d-series, in the whole 7p-series, and for 5g6f-elements, it indicates that at the bottom of common Periodic Tables, the classic Periodic Law is not as straightforward as commonly expected. Specifically, we predict the feasible experimental synthesis of polyvalent [RaL ⁻ n ] ( n = 4, 6) compounds.
... It was named after Moscow Oblast of Russia, where it was synthesized, by collaboration of the scientists from the JINR the LLNL. Its density is predicted to be 13.5 g/cm 3 (Fricke 1975). ...
... It was synthesized in the JINR in collaboration with the LLNL, and has been named after the town Livermore, where the latter institution is located. Its density is predicted to be 12.9 g/cm 3 (Fricke 1975, Eichler 2015. ...
Technological advancements provide more effective instruments and procedures for scientific investigations, and progresses in one branch of science may enrich the other branches. After the first publication of the periodic table of elements by Mendeleev in 1869, human perceptions on the structures and properties of atoms evolved remarkably, and the development of new analytical techniques facilitated the detection of a host of new elements. As a consequence, Mendeleev's successors progressively came up with new, improved versions of the periodic table, based on more appropriate laws of periodicity and much larger databases of element properties. A number of scientific innovations from the late nineteenth century to the mid-twentieth century gave the scientists a clearer understanding on the nature of elements and their internal constitutions, and there was near-concurrent expansion of the element database with progressive discovery and synthesis of many new elements which is still continuing. This article presents a brief overview of the gradual evolution of the periodic table of elements and the discovery of new elements after Mendeleev, along with a glimpse of the scientific innovations on which they are based.
Dieses Kapitel beschreibt die chemischen und physikalischen Eigenschaften, Vorkommen, Herstellverfahren, Anwendungen und Patente der Elemente der fünften Nebengruppe des Periodensystems der Elemente mit ihren wichtigsten Verbindungen. Vanadium ist Bestandteil einer Reihe widerstandsfähiger und harter Stähle, wogegen man aus den harten und chemisch relativ inerten Metallen Niob und Tantal hochschmelzende Legierungen für besondere Anwendungen herstellt. Isotope des Dubniums kommen in der Natur nicht vor und können ausschließlich auf künstlichem Weg erzeugt werden.
Die Elemente der Kohlenstoffgruppe, also die der vierten Hauptgruppe, haben stark voneinander abweichende Eigenschaften. Die Atome dieser Elemente nehmen entweder vier Elektronen auf oder geben meist zwei oder vier ab, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen. Kohle und damit Grafit ist seit vorgeschichtlicher Zeit bekannt, und Diamant als zweite wichtige Modifikation des Kohlenstoffs ist bereits in chinesischen Quellen aus dem 3. Jahrtausend vor Christus erwähnt. Seit der Bronzezeit kennen die Menschen Blei, und Zinn auch schon seit 6000 Jahren. Dass Sand Silicium zugrunde liegt, wissen wir aber erst seit etwa 200 Jahren, und Germanium wurde ebenfalls erst 1886 beschrieben. Atome des Fleroviums konnten 1999, also noch im letzten Jahrtausend, dargestellt werden. Wir haben also eine lange bekannte Familie von Elementen vor uns. Das Nichtmetall Kohlenstoff ist in seiner Modifikation Grafit ein hochschmelzender Feststoff, ebenso die Halbmetalle Silicium und -mit Abstrichen- Germanium. Zinn und Blei, die metallischen Vertreter dieser Gruppe, weisen dagegen tiefe Schmelzpunkte auf. Flerovium ist möglicherweise sogar ein leicht flüchtiges Halbedelmetall.
Review: Abgehandelt werden: das Ionenmodell, die Alkali- und Erdalkalimetalle, Lösungsgleichgewichte und Elektrodenpotentiale, die Chemie der Übergangsmetalle, Bindungsenergien und Nichtmetall- Chemie.
Mit Hilfe von Extrapolationsmethoden wurden folgende Eigenschaften von unbekannten Methyl-und Äthylverbindungen der überschweren Elemente 112, 114, 117 sowie des Astat ermittelt: Bindungsenergie für 112(CH3)2, 114(CH3)4, 117CH3 und AtCH3, atomare Bildungswärme und Dissoziationsenergie für 114(CH3)4, Verdampfungswärme, Dampfdruckkurve und Siedepunkt für 114(CH3)4,117CH3 und AtCH3 und Ionisationspotential für 114(CH3)4, 117CH3, 117C2H5, sowie für AtCH3 und AtC2H5.
Es wird eine Übersicht über die chemischen Probleme bei der On-Line-Trennung von kurzlebigen Nukliden gegeben. Die verschiedenen Methoden werden im Hinblick auf eine schnelle Abtrennung superschwerer Elemente diskutiert. Eigenschaften von Methyl-Āthylverbindungen und Hydriden wurden extrapoliert. Dazu wurden Elektronegativitäten und Atomvolumina der Elemente 104-118 berechnet. Auf die schnelle Abtrennung von Methylverbindungen und flüchtigen Chloriden wird näher eingegangen.
Einen geradlinigen Zusammenhang zwischen der Elektronen-Grundkonfiguration des neutralen Atoms eines betrachteten Elements und seiner Chemie gibt es nicht. vor allem hängt die Wahl des Oxidationszustandes von der Bilanz aus den nacheinander am freien Ion aufzuwendenden Ionisierungsarbeiten und der jeweiligen Hydratations-oder Madelung-Energie ab, durch die bevorzugt höhere Oxidationsstufen stabilisiert werden. Besondere Liganden wie das Oxid-Ion vermögen unerwartet hohe Oxidationsstufen auszubilden. Am spezifischen Beispiel der Elemente Vanadium unt Thorium werden die Schwerpunktslagen von Elektronenkonfigurationen diskutiert. Eine Betrachtung der Chemie der Elemente mit der Ordnungszahl Z=101, 102, 103, 104, 105 und 112 (von denen man bisher nur einige tausend Atome erhalten hat) und der (noch unbekannten) Element mit Z=108, 109, 114, 126, 164 und 184 schließt sich an.
Commentary on errors in an earlier article on the nature of the chemical bond. Keywords (Audience): First-Year Undergraduate / General
The semiempirical mass formula and other data previously extrapolated by one of us indicated possible existence of nuclei with mass values up to twice the largest now known. Here this mass region is further explored. Extrapolations are revised and the properties of such superheavy nuclei are estimated in more detail. Despite Z values substantially higher than 137, the K electrons behave perfectly normally because of the finite extension of the nucleus. Vacuum polarization and vacuum fluctuations are roughly estimated to make relatively minor alterations in the K electron binding—which exceeds mc2. The effect of nuclear attraction in speeding up beta decay is calculated approximately. Calculated beta lives are never much less than 10-4 sec. Beta decay energies and neutron binding energies are calculated from the semiempirical mass formula. Fission barriers and cross sections for the (n, γ) process are estimated. Branching ratios in beta decay are calculated for the processes of simple beta decay and for "delayed" neutron emission and "delayed" fission. The latter quantity sets an irreducible minimum to the losses that occur in the process of buildup under even the heaviest neutron flux. The calculated fractional yield of nuclei which reach Z=147, A=500 is >0.05. Under a lower flux the losses are greater. All stability calculations in this paper depend upon substantial extrapolations, with complete disregard of shell effects and other particularities that may be important, and therefore can be completely in error. Conversely, observation of existence or absence of superheavy nuclei with lives less than a second should test stringently the semiempirical mass formula and the semiempirical estimates of spontaneous fission barriers.
Relativistic Hartree-Fock calculations for different ionic charges of element 164 are compared with the theory of hydration differences and various other chemical arguments about specific ligands, and the most common oxidation number should be 164(II) in contrast to 184 varying from (IV) with eight to (XII) with no 6g-electrons.