यूनिनियम

यूनीनियम, जिसे इका- एक्टिनियम या तत्व 121 के रूप में भी जाना जाता है, प्रतीक यूबू और परमाणु संख्या 121 के साथ काल्पनिक रासायनिक तत्व है। यूनीनियम और यूबू क्रमशः अस्थायी व्यवस्थित आईयूपीएसी नाम और प्रतीक हैं, जिनका उपयोग तब तक किया जाता है जब तक कि तत्व का शोध और पुष्टि नहीं हो जाती और स्थायी नाम तय नहीं हो जाता। तत्वों की आवर्त सारणी में, यह सुपरएक्टिनाइड्स में से प्रथम और आठवें आवर्त में तीसरा तत्व होने की अपेक्षा है। इसने कुछ भविष्यवाणियों के कारण ध्यान आकर्षित किया है कि यह स्थिरता के द्वीप में हो सकता है। यह तत्वों के नए g-ब्लॉक में से प्रथम होने की भी संभावना है।

यूनीनियम का अभी तक संश्लेषण नहीं हुआ है। यह वर्तमान प्रौद्योगिकी के साथ अंतिम कुछ पहुंच योग्य तत्वों में से एक होने की अपेक्षा है; सीमा तत्व 120 और 124 के मध्य कहीं भी हो सकती है। 118 तक ज्ञात तत्वों की तुलना में इसे संश्लेषित करना संभवतः कहीं अधिक कठिन होगा, और तत्व 119 और 120 तत्वों की तुलना में अभी भी अधिक कठिन होगा। जापान में                                      आरआईकेईएन और रूस के डुबना में जेआईएनआर (JINR) की टीमों ने तत्व 119 और 120 का प्रयास करने के पश्चात भविष्य में तत्व 121 के संश्लेषण का प्रयास करने की योजना का संकेत दिया है।

आवर्त सारणी में यूनिनियम की स्थिति से ज्ञात हुआ है कि इसमें लैंथेनम और एक्टिनियम के समान गुण होंगे; चूँकि, सापेक्षतावादी प्रभावों के कारण इसके गुण को आवधिक प्रवृत्तियों के सीधे अनुप्रयोग से अपेक्षित गुणों से भिन्न हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, यूनिनियम में लैंथेनम और एक्टिनियम के s2d या मैडेलुंग नियम से अपेक्षित s2g के अतिरिक्त s2p संयोजकता इलेक्ट्रॉन विन्यास होने की अपेक्षा है, किन्तु यह अनुमान नहीं लगाया गया है कि इससे इसके रसायन शास्त्र पर अत्यधिक प्रभाव पड़ता है। दूसरी ओर यह अपनी प्रथम आयनीकरण ऊर्जा को आवधिक प्रवृत्तियों से अधिक अल्प कर देता है।

इतिहास
अतिभारी तत्वों का उत्पादन करने वाली संलयन प्रतिक्रियाओं को गर्म और ठंडे संलयन में विभाजित किया जा सकता है, जो उत्पादित यौगिक नाभिक की उत्तेजना ऊर्जा पर निर्भर करता है। गर्म संलयन प्रतिक्रियाओं में, अधिक हल्के, उच्च-ऊर्जा प्रक्षेप्य को अधिक भारी लक्ष्य (एक्टिनाइड्स) की ओर त्वरित किया जाता है, जिससे उच्च उत्तेजना ऊर्जा (~40–50 MeV) पर यौगिक नाभिक उत्पन्न होते हैं जो कई (3 से 5) न्यूट्रॉन को विखंडित या वाष्पित कर सकते हैं। ठंडे संलयन प्रतिक्रियाओं में (जो भारी प्रक्षेप्य का उपयोग करते हैं, सामान्यतः चौथी अवधि से, और हल्के लक्ष्य, सामान्यतः सीसा और बिस्मथ), उत्पादित जुड़े हुए नाभिक में अपेक्षाकृत अल्प उत्तेजना ऊर्जा (~ 10–20 MeV) होती है, जिससे संभावना अल्प हो जाती है कि ये उत्पाद विखंडन प्रतिक्रियाओं से निकलेंगे। जैसे ही जुड़े हुए नाभिक भूमिगत अवस्था में ठंडे होते हैं, उन्हें केवल एक या दो न्यूट्रॉन के उत्सर्जन की आवश्यकता होती है। चूँकि, गर्म संलयन प्रतिक्रियाओं से अधिक न्यूट्रॉन-समृद्ध उत्पाद उत्पन्न होते हैं क्योंकि एक्टिनाइड्स में किसी भी तत्व के उच्चतम न्यूट्रॉन-टू-प्रोटॉन अनुपात होते है जिन्हें वर्तमान में मैक्रोस्कोपिक मात्रा में बनाया जा सकता है; यह वर्तमान में फ्लोरोवियम (तत्व 114) से अतिभारी तत्वों का उत्पादन करने की एकमात्र विधि है। तत्व 119 और 120 को संश्लेषित करने के प्रयास, उत्पादन प्रतिक्रियाओं के घटते क्रॉस सेक्शन और उनके संभवतः छोटे आधे जीवन के कारण, वर्तमान प्रौद्योगिकी की सीमाओं को आगे बढ़ाते हैं, माइक्रोसेकंड के क्रम पर होने की अपेक्षा है। तत्व 121 से प्रारंभ होने वाले भारी तत्व, संभवतः वर्तमान प्रौद्योगिकी के साथ ज्ञात करने के लिए अधिक अल्पकालिक होंगे, डिटेक्टरों तक पहुंचने से पूर्व एक माइक्रोसेकंड के अंदर क्षय हो जाएंगे। अर्ध-जीवन की यह एक-माइक्रोसेकंड सीमा कहाँ स्थित है, यह ज्ञात नहीं है, और यह न्यूक्लाइड द्रव्यमान की भविष्यवाणी के लिए चयन किये गए मॉडल के आधार पर त्रुटिहीन सीमा के साथ, 121 से 124 तक तत्वों के कुछ समस्थानिकों के संश्लेषण की अनुमति दे सकता है। यह भी संभव है कि तत्व 120 वर्तमान प्रयोगात्मक प्रौद्योगिकी के साथ पहुंच योग्य अंतिम तत्व है, और 121 से आगे के तत्वों को नई विधियों की आवश्यकता होगी।

लक्ष्य बनाने के लिए कैलीफोर्नियम (Z = 98) से परे तत्वों को पर्याप्त मात्रा में संश्लेषित करने की वर्तमान असंभवता के कारण, वर्तमान में आइंस्टिनियम (Z = 99) लक्ष्य पर विचार किया जा रहा है, ओगनेसन से परे तत्वों के व्यावहारिक संश्लेषण के लिए भारी प्रक्षेप्य की आवश्यकता होती है, जैसे कि टाइटेनियम- 50, क्रोमियम-54, आयरन-58, या निकिल-64 है। चूँकि, इसका दोष यह है कि इसके परिणामस्वरूप अधिक सममित संलयन प्रतिक्रियाएं होती हैं जो ठंडी होती हैं और सफल होने की संभावना अल्प होती है। उदाहरण के लिए, 243Am और 58Fe के मध्य की प्रतिक्रिया में 0.5 fb के क्रम पर क्रॉस सेक्शन होने की अपेक्षा है, जो सफल प्रतिक्रियाओं में मापे गए क्रॉस सेक्शन की तुलना में अल्प परिमाण के कई ऑर्डर हैं; इस प्रकार की बाधा इसे और इसी प्रकार की प्रतिक्रियाओं को यूनिनियम के उत्पादन के लिए असंभव बनाती है।

विगत संश्लेषण प्रयास
यूनिनियम के संश्लेषण का प्रयास प्रथम बार 1977 में जर्मनी के डार्मस्टाट में गेसेलशाफ्ट फर श्वेरियोनएनफोर्सचुंग (जीएसआई) में ताँबा -65 आयनों के साथ यूरेनियम-238 के लक्ष्य पर बमबारी किया गया था:
 * + → * → कोई परमाणु नहीं

किसी भी परमाणु की पहचान नहीं की गई।

भविष्य के संश्लेषण के लिए संभावनाएँ
वर्तमान में, अतिभारी तत्व सुविधाओं पर बीम की तीव्रता के परिणामस्वरूप लगभग 1012 प्रक्षेप्य प्रति सेकंड लक्ष्य को मारते हैं; इसे लक्ष्य और डिटेक्टर को जलाए बिना नहीं बढ़ाया जा सकता है, और लक्ष्य के लिए आवश्यक तीव्रता से अस्थिर एक्टिनाइड्स की बड़ी मात्रा का उत्पादन करना अव्यावहारिक है। डुबना में ज्वाइंट इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर रिसर्च (जेआईएनआर) की टीम ने उत्तम डिटेक्टरों और छोटे स्तर पर कार्य करने की क्षमता के साथ नई सुपरहैवी एलिमेंट फैक्ट्री (एसएचई-फैक्ट्री) बनाई है, किन्तु फिर भी, तत्व 120 और संभवतः 121 से आगे भी निरंतर रखना बड़ी चुनौती होगी। यह संभव है कि नए अतिभारी तत्वों का उत्पादन करने के लिए संलयन-वाष्पीकरण प्रतिक्रियाओं का युग सहज विखंडन और बढ़ती प्रोटॉन ड्रिप लाइन के लिए तीव्रता से अल्प अर्ध जीवन के कारण समाप्त हो रहा है, जिससे कि नई प्रौद्योगिकी हस्तांतरण प्रतिक्रियाओं ( उदाहरण के लिए, यूरेनियम नाभिक को एक-दूसरे पर फायर करना और उन्हें प्रोटॉन का आदान-प्रदान करने देना, संभावित रूप से लगभग 120 प्रोटॉन वाले उत्पादों का उत्पादन करना) को सुपरएक्टिनाइड्स तक पहुंचने की आवश्यकता होगी। क्योंकि इन संलयन-वाष्पीकरण प्रतिक्रियाओं के क्रॉस सेक्शन प्रतिक्रिया की विषमता के साथ बढ़ते हैं, तत्व 121 के संश्लेषण के लिए क्रोमियम की तुलना में टाइटेनियम उत्तम प्रक्षेप्य होगा, चूँकि इसके लिए आइंस्टीनियम लक्ष्य की आवश्यकता होती है। आइंस्टीनियम -254 की उच्च रेडियोधर्मिता के कारण महत्वपूर्ण ताप और लक्ष्य की क्षति के कारण यह जटिल चुनौतियों का सामना करता है, किन्तु फिर भी यह संभवतः सबसे आशाजनक दृष्टिकोण होगा। 254Es की अल्प मात्रा का उत्पादन होने के कारण इसे छोटे स्तर पर कार्य करने की आवश्यकता होगी। यह छोटे स्तर का कार्य निकट भविष्य में केवल डुबना के एसएचई-फ़ैक्टरी में ही किया जा सकता है।

समस्थानिक 299Ubu, 300Ubu, और 301Ubu, जो 3n और 4n चैनलों के माध्यम से 254Es और 50Ti के मध्य प्रतिक्रिया में उत्पन्न हो सकते हैं, ज्ञात करने के लिए पर्याप्त अर्ध जीवन के साथ एकमात्र पहुंच योग्य यूनियूनियम समस्थानिक होने की अपेक्षा है। क्रॉस सेक्शन फिर भी वर्तमान में ज्ञात किये जा सकने वाली सीमाओं को आगे बढ़ाएंगे। उदाहरण के लिए, 2016 के प्रकाशन में, 254Es और 50Ti के मध्य उपरोक्त प्रतिक्रिया का क्रॉस सेक्शन 4n चैनल में लगभग 7 fb होने का अनुमान लगाया गया था, सफल प्रतिक्रिया के लिए सबसे अल्प मापा क्रॉस सेक्शन से चार गुना अल्प होता है।         कि 293Ts और  289Mc  के मध्य विवादास्पद लिंक में देखा गया था। भारी समस्थानिकों के अधिक स्थिर होने की अपेक्षा है; 320Ubu सबसे स्थिर यूनियूनियम समस्थानिक है, किन्तु वर्तमान प्रौद्योगिकी के साथ इसे संश्लेषित करने की कोई विधि नहीं है क्योंकि प्रयोग करने योग्य लक्ष्य और प्रक्षेप्य का कोई संयोजन पर्याप्त न्यूट्रॉन प्रदान नहीं कर सकता है।

आरआईकेईएन और जेआईएनआर की टीमों ने अपनी भविष्य की योजनाओं में तत्व 121 के संश्लेषण को सूचीबद्ध किया है। ये दो प्रयोगशालाएं इन प्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त हैं क्योंकि ये दुनिया में एकमात्र हैं जहां इतने अल्प अनुमानित क्रॉस-सेक्शन के साथ प्रतिक्रियाओं के लिए लंबी किरण समय सुलभ हैं।

नामकरण
अनामांकित और अनदेखे तत्वों के लिए मेंडेलीव के नामकरण का उपयोग करते हुए, यूनीनियम को इका-एक्टिनियम के रूप में जाना जाता है। 1979 के IUPAC व्यवस्थित तत्व नाम का उपयोग करते हुए, तत्व को अस्थायी रूप से यूनीनियम (प्रतीक Ubu) कहा जाना चाहिए जब तक कि इसका शोध न हो जाए, और शोध की पुष्टि न हो जाए और स्थायी नाम का चयन न किया जाए। यद्यपि रसायन विज्ञान कक्षाओं से लेकर उन्नत पाठ्यपुस्तकों तक सभी स्तरों पर रासायनिक समुदाय में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, किन्तु उन वैज्ञानिकों के मध्य सिफारिशों को ज्यादातर अनदेखा किया जाता है जो सैद्धांतिक रूप से या प्रयोगात्मक रूप से अतिभारी तत्वों पर कार्य करते हैं, जो इसे प्रतीक E121, (121), के साथ "तत्व 121" या 121 कहते हैं।

परमाणु स्थिरता और समस्थानिक
क्यूरियम, तत्व 96 के पश्चात परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ नाभिक की स्थिरता अधिक अल्प हो जाती है, जिसका अर्ध जीवन वर्तमान में ज्ञात किसी भी उच्च संख्या वाले तत्व की तुलना में परिमाण के चार क्रम अधिक है। 101 से ऊपर परमाणु संख्या वाले सभी समस्थानिक 30 घंटे से अल्प के अर्ध जीवन के साथ रेडियोधर्मी क्षय से निकलते हैं। 82 से ऊपर (सीसा के पश्चात) परमाणु संख्या वाले किसी भी तत्व में स्थिर समस्थानिक नहीं होते हैं। फिर भी, अभी तक उचित प्रकार से समझ में न आने वाले कारणों से, परमाणु संख्या 110-114 के निकट परमाणु स्थिरता में अल्प वृद्धि हुई है, जिससे परमाणु भौतिकी में "स्थिरता के द्वीप" के रूप में जाना जाता है। यह अवधारणा, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के प्रोफेसर ग्लेन सीबोर्ग द्वारा प्रस्तावित और Z = 114 (या संभवत: 120, 122, 124, या 126) और N = 184 (और संभवतः N = 228), के निकट संवृत परमाणु गोले के स्थिर प्रभावों से उत्पन्न हुई है। जो यह बताता है कि अतिभारी तत्व अनुमान से अधिक समय तक क्यों चलते हैं।  वास्तव में, रदरफोर्डियम से भारी तत्वों के अस्तित्व को शैल प्रभावों और स्थिरता के द्वीप के रूप में प्रमाणित किया जा सकता है, क्योंकि सहज विखंडन ऐसे कारकों की उपेक्षा करने वाले मॉडल में ऐसे नाभिकों को तीव्रता से विघटित कर देता है।

2016 में 290Ubu से 339Ubu तक यूनिनियम के समस्थानिकों के अर्ध जीवन की गणना से ज्ञात हुआ है कि 290Ubu से 303Ubu तक के समस्थानिक बाध्य नहीं होंगे और प्रोटॉन उत्सर्जन के माध्यम से क्षय हो जाएंगे, 304Ubu से 314Ubu तक के समस्थानिक अल्फ़ा क्षय से निकलेंगे, और 315Ubu से 339Ubu तक के समस्थानिक सहज विखंडन से निकलेंगे। केवल 309Ubu से 314Ubu तक के समस्थानिक में अल्फा-क्षय जीवनकाल इतना लंबा होगा कि प्रयोगशालाओं में इसको ज्ञात किया जा सके, क्षय श्रृंखला प्रारंभ होकर मोस्कोवियम, टेनेसीन, या यूनुनेनियम में सहज विखंडन में समाप्त होगी। यदि यह सत्य है तो यूनीयूनियम के समस्थानिक को संश्लेषित करने के उद्देश्य से किए गए प्रयोगों के लिए जटिल समस्या प्रस्तुत करता है, क्योंकि जिन समस्थानिकों का अल्फा क्षय देखा जा सकता है, उन्हें लक्ष्य और प्रक्षेप्य के किसी भी वर्तमान में प्रयोग करने योग्य संयोजन से नहीं पहुंचा जा सकता है। तत्वों 123 और 125 पर समान लेखकों द्वारा 2016 और 2017 में की गई गणना कम धूमिल परिणाम का सुझाव देती है, अधिक पहुंच योग्य न्यूक्लाइड्स से अल्फा क्षय श्रृंखलाओं के साथ 300–307Ubt यूनीयूनियम से होकर निकलता है और बोरियम या निहोनियम तक जाता है। यह भी सुझाव दिया गया है कि Z = 120 से प्रथम क्षेत्र में अल्फा क्षय और सहज विखंडन के साथ प्रतिस्पर्धा में क्लस्टर क्षय महत्वपूर्ण क्षय मोड हो सकता है, जो इन न्यूक्लाइड्स की प्रायोगिक पहचान के लिए और बाधा उत्पन्न करेगा।

अनुमानित रसायन विज्ञान
यूनीनियम को अभूतपूर्व रूप से लंबी संक्रमण श्रृंखला का प्रथम तत्व माना जाता है, जिसे पूर्व के एक्टिनाइड्स के अनुरूप सुपरएक्टिनाइड्स कहा जाता है। चूँकि इसका व्यवहार लैंथेनम और एक्टिनियम से अधिक भिन्न होने की संभावना नहीं है, यह आवधिक नियम की प्रयोज्यता को सीमित करने की संभावना है; तत्व 121 के पश्चात, 5g, 6f, 7d और 8p1/2 ऑर्बिटल्स को उनकी अधिक निकट ऊर्जा के कारण एक साथ भरने की अपेक्षा है, और 150 और 160 के दशक के अंत में तत्वों के निकट, 9s, 9p1/2, और 8p3/2 सबशेल्स सम्मिलित हो जाते हैं, जिससे कि 121 और 122 (अंतिम जिसके लिए पूर्ण गणना की गई है) से परे तत्वों का रसायन विज्ञान इतना समान होने की अपेक्षा है कि आवर्त सारणी में उनकी स्थिति विशुद्ध रूप से औपचारिक स्थिति होगी।

औफबाऊ सिद्धांत के आधार पर, किसी को अपेक्षा होगी कि 5g उपकोश यूनिनियम परमाणु में भरना प्रारंभ कर देगा। चूँकि, जबकि लैंथेनम की रसायन विज्ञान में महत्वपूर्ण 4f भागीदारी होती है, फिर भी इसकी जमीनी अवस्था गैस-चरण विन्यास में 4f इलेक्ट्रॉन नहीं होता है; 5f के लिए अधिक विलंब होता है, जहां न तो एक्टिनियम और न ही थोरियम परमाणुओं में 5f इलेक्ट्रॉन होता है, चूँकि 5f उनके रसायन विज्ञान में योगदान देता है। यह अनुमान लगाया गया है कि विलंबित रेडियल पतन की समान स्थिति यूनियूनियम के लिए हो सकती है जिससे कि 5g ऑर्बिटल्स तत्व 125 के निकट तक भरना प्रारंभ न करें, भले ही कुछ 5g रासायनिक भागीदारी पूर्व प्रारंभ हो सकती है। 5g ऑर्बिटल्स में रेडियल नोड्स की अल्पता के कारण, 4f के समान किन्तु 5f ऑर्बिटल्स के समान नहीं, आवर्त सारणी में यूनीनियम की स्थिति इसके पूर्वजों के मध्य एक्टिनियम की तुलना में लैंथेनम की तुलना में अधिक समान होने की अपेक्षा है। पाइक्को ने उस कारण से सुपरएक्टिनाइड्स को सुपरलंथेनाइड्स के रूप में पुनर्नामित करने का प्रस्ताव दिया। 4f ऑर्बिटल्स में रेडियल नोड्स की अल्पता लैंथेनाइड श्रृंखला में उनके कोर-समान व्यवहार में योगदान करती है, एक्टिनाइड्स में अधिक वैलेंस-जैसे 5f ऑर्बिटल्स के विपरीत, चूँकि, 5g ऑर्बिटल्स के सापेक्षिक विस्तार और अस्थिरता को उनके रेडियल नोड्स की अल्पता के लिए और इसलिए छोटी सीमा तक आंशिक रूप से क्षतिपूर्ति करनी चाहिए।

इलेक्ट्रॉन विन्यास में परिवर्तन और 5g शेल के उपयोग की संभावना के अतिरिक्त, यूनीनियम से रासायनिक रूप से लैंथेनम और एक्टिनियम से अधिक भिन्न व्यवहार करने की अपेक्षा नहीं की जाती है। यूनिनियम मोनोफ्लोराइड (यूबीयूएफ) पर 2016 की गणना में इस अणु में यूनिनियम के वैलेंस ऑर्बिटल्स और एक्टिनियम मोनोफ्लोराइड (एसीएफ) में एक्टिनियम के मध्य समानताएं दिखाईं गईं; दोनों अणुओं में, उच्चतम व्याप्त आणविक कक्षक के गैर-बंधन होने की अपेक्षा है, सतही रूप से अधिक समान निहोनियम मोनोफ्लोराइड (एनएचएफ) के विपरीत जहां यह बंधन है। निहोनियम का इलेक्ट्रॉन विन्यास [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p1 है, जिसमें s2p संयोजकता विन्यास है। इसलिए यूनिनियम कुछ सीमा तक लॉरेंसियम जैसा हो सकता है, जिसमें असामान्य s2p विन्यास होता है जो इसके रसायन विज्ञान को प्रभावित नहीं करता है: UbuF अणु की बंधन पृथक्करण ऊर्जा, बंधन लंबाई और ध्रुवीकरण से स्कैंडियम, येट्रियम, लेन्थेनम और एक्टिनियम के माध्यम से प्रवृत्ति निरंतर रखने की अपेक्षा करती हैं, जिनमें से सभी में उत्कृष्ट गैस कोर के ऊपर तीन वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। लैंथेनम और एक्टिनियम मोनोफ्लोराइड्स के जैसे ही Ubu-F बंधन के मजबूत और ध्रुवीकृत होने की अपेक्षा है।

UbuF में यूनीनियम पर गैर-बंधन इलेक्ट्रॉनों के अतिरिक्त परमाणुओं या समूहों से बंधने में सक्षम होने की अपेक्षा है, जिसके परिणामस्वरूप LaX3 और AcX3 के अनुरूप यूनीनियम ट्राइहैलाइड्स UbuX3 का निर्माण होता है। इसलिए, इसके यौगिकों में यूनीनियम की मुख्य ऑक्सीकरण अवस्था +3 होनी चाहिए, चूँकि वैलेंस उपकोश के ऊर्जा स्तरों की निकटता उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं की अनुमति दे सकती है, जैसे तत्वों 119 और 120 में है। यूनीनियम ट्राइहैलाइड्स के लिए सापेक्ष प्रभाव छोटे प्रतीत होते हैं, UbuBr3 और LaBr3 अधिक समान संबंध हैं, चूँकि पूर्व को अधिक आयनिक होना चाहिए। Ubu(3+) → Ubu युगल के लिए मानक इलेक्ट्रोड क्षमता -2.1 V के रूप में अनुमानित है।