Flérovium

Le flérovium (symbole Fl) est l'élément chimique de numéro atomique 114. Il correspond à l'ununquadium (Uuq) de la dénomination systématique de l'IUPAC, et est encore appelé élément 114 dans la littérature. Il a été synthétisé pour la première fois en décembre 1998 par une réaction ²⁴⁴Pu (⁴⁸Ca, 3n) ²⁸⁹Fl au Flerov Laboratory for Nuclear Reactions (FLNR) de l'Institut unifié de recherches nucléaires (JINR) situé à Doubna, dans l'oblast de Moscou. L'IUPAC a validé son identification le 1^er juin 2011^[6] et lui a donné son nom définitif le 30 mai 2012^[7] en référence au FLNR.

Flérovium
Nihonium ← Flérovium → Moscovium Pb     114 Fl                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Fl ↓ — Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Fl
Nom	Flérovium
Numéro atomique	114
Groupe	14
Période	7e période
Bloc	Bloc p
Famille d'éléments	Indéterminée
Configuration électronique	[Rn] 5f14 6d10 7s2 7p2
Électrons par niveau d’énergie	Peut-être[1] 2, 8, 18, 32, 32, 18, 4
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	[289]
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 284Fl {syn.} 2,5+1,8 −0,8 ms FS 285Fl {syn.} 125 ms α 10,41(5) 281Cn 286Fl {syn.} 0,13 s 60 % FS 40 % α — 10,19 — 282Cn 287Fl {syn.} 0,48 s α 10,02 283Cn 288Fl {syn.} 0,8 s α 9,94 284Cn 289Fl {syn.} 2,6 s α 9,82 9,48 285Cn
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	Présumé solide[1]
Masse volumique	14 g·cm-3[2]
Système cristallin	Cubique à faces centrées[3] (prédiction), antérieurement hexagonal compact[4]
Divers
No CAS	54085-16-4[5]
Précautions
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 le plus stable, le ²⁸⁹Fl, a une période radioactive d'environ 2,6 s. Il posséderait cependant un isomère nucléaire ^289mFl dont la demi-vie atteindrait plusieurs dizaines de secondes, ce qui serait la plus longue jamais observée pour un élément superlourd. Selon la théorie MM (Microscopic-Macroscopic) décrivant le noyau atomique, l'isotope ²⁹⁸Fl, avec le « nombre magique » de 184 neutrons, pourrait être au centre d'un îlot de stabilité prédit par le modèle en couches de la structure nucléaire des atomes.

Le flérovium présenterait des affinités avec la famille des métaux pauvres, bien qu'on ait initialement suspecté un comportement de gaz rare induit par une configuration électronique modifiée par des effets quantiques de couplage spin-orbite et d'électrodynamique quantique^[8].

La validation par l'IUPAC de l'observation du flérovium est la suite logique de celle de la caractérisation du copernicium, qui impliquait de facto la validation des données expérimentales relatives au flérovium à travers la chaîne de désintégrations^[9] :

${\displaystyle \mathrm {^{291}_{116}Lv\ {\xrightarrow[{18\ ms}]{\alpha \ 10,74\ MeV}}\ {}_{114}^{287}Fl\ {\xrightarrow[{0,48\ s}]{\alpha \ 10,02\ MeV}}\ {}_{112}^{283}Cn} }$.

Synthèse

Une équipe de l'Institut unifié de recherches nucléaires (JINR) à Doubna en Russie a publié^[10] en janvier 1999 avoir bombardé une cible de plutonium 244 avec des ions calcium 48, produisant un unique atome identifié comme du ²⁸⁹Fl avec une désintégration α à 9,67 MeV en 30 s. Cette observation n'a toutefois pas pu être renouvelée, et on suppose qu'il pourrait s'agir d'un isomère métastable ^289mFl.

La même équipe a publié^[11] en juillet 1999 avoir remplacé la cible de plutonium 244 par du plutonium 242 afin de produire d'autres isotopes et obtenu deux atomes de ²⁸⁷Fl avec une désintégration α à 10,29 MeV en 5,5 s. Là encore, l'observation n'a pu être renouvelée, et on l'attribue à un possible isomère métastable ^287mFl.

La synthèse à présent confirmée des premiers noyaux de flérovium a été réalisée en juin 1999 lorsque la même équipe a repris l'expérience réalisée avec le plutonium 244 : deux atomes de flérovium ont été à nouveau produits, avec une désintégration α à 9,82 MeV en 2,6 s^[12]. Cette observation a été attribuée dans un premier temps à du ²⁸⁸Fl en raison des observations précédentes, mais une analyse approfondie a permis de l'attribuer de façon certaine à du ²⁸⁹Fl^[9].

48
20Ca + 244
94Pu ⟶ 292
114Fl* ⟶ 289
114Fl + 3 1
0n.

La période radioactive théorique de la désintégration α des isotopes du flérovium est conforme aux observations^[13],[14]. L'isotope ²⁹⁸Fl aurait une période radioactive théorique de 17 jours^[15],[16].

La synthèse du ²⁸³Cn, publiée en mai 2009^[17], est venue confirmer indirectement les résultats obtenus précédemment sur le ²⁸⁷Fl (ainsi que sur le ²⁹¹Lv).

Le tableau ci-dessous résume l'état de l'art en matière de production d'isotopes du flérovium :

Ion	Cible	Isotope	Statut de l'expérience
76Ge	208Pb	284Fl	Échec[18]
54Cr	232Th	286Fl	Réaction non publiée
50Ti	238U	288Fl	Réaction non publiée
48Ca	244Pu	292Fl	Succès
48Ca	242Pu	290Fl	Succès
48Ca	239Pu	287Fl	Réaction non publiée
40Ar	248Cm	288Fl	Réaction non publiée
36S	249Cf	285Fl	Réaction non publiée

Propriétés

Des expériences assez complexes d'adsorption de ²⁸⁷Fl sur de l'or ont été réalisées au printemps 2007 par des équipes du Flerov Laboratory for Nuclear Reactions (FLNR, au sein du JINR à Dubna, en Russie) et de l'Institut Paul Scherrer (PSI, dans le canton d'Argovie, en Suisse), qui ont suggéré un comportement en accord avec celui attendu pour un gaz rare volatil^[19] ; ces résultats viennent appuyer des études théoriques indiquant que le flérovium pourrait avoir le comportement d'un gaz rare en raison d'effets relativistes dans son cortège électronique qui en modifieraient la configuration^[8].

Îlot de stabilité : isotope 298 du flérovium

La théorie MM (Microscopic-Macroscopic) décrivant la structure nucléaire suggère de rechercher l'hypothétique « îlot de stabilité » autour du nucléide ²⁹⁸Fl, qui serait « doublement magique » avec 114 protons et 184 neutrons. Cela pousse à créer des isotopes de flérovium plus riches en neutrons que ceux synthétisés jusqu'à présent, qui demeurent très instables et se désintègrent par fission spontanée (produisant une variété de radionucléides), désintégration α, émission de positron ou capture électronique (donnant de l'élément 113). La difficulté est alors de trouver la combinaison de l'ion lourd et de la cible qui permettra de synthétiser un noyau comportant exactement 184 neutrons pour 114 protons : il faudrait par exemple utiliser des ions calcium 50 sur une cible plutonium 248 pour avoir le compte juste, ce qui n'est pas envisageable compte tenu de l'extrême difficulté à obtenir des quantités suffisantes de ⁵⁰Ca et surtout de ²⁴⁸Pu. L'idée alternative serait alors de procéder à la quasi-fusion de noyaux massifs, en misant sur le caractère stabilisateur des couches nucléaires saturées qui tendrait à orienter les réactions nucléaires vers la production de noyaux doublement sphériques, via par exemple la réaction :

204
80Hg + 136
54Xe ⟶ 298
114Fl + 40
20Ca + 2 1
0n

dans laquelle les nucléides ²⁹⁸Fl et ⁴⁰Ca sont « doublement magiques » — du moins si 114 est bien un nombre magique de protons dans un noyau ayant 184 neutrons comme l'affirme la théorie MM.