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Rutherfordio

El rutherfordio es un elemento químico sintético ; tiene símbolo Rf y número atómico 104. Lleva el nombre del físico Ernest Rutherford . Como elemento sintético, no se encuentra en la naturaleza y sólo puede fabricarse en un acelerador de partículas . Es radiactivo ; El isótopo más estable conocido , el 267 Rf, tiene una vida media de unos 48 minutos.

En la tabla periódica , es un elemento del bloque d y el segundo de los elementos de transición de la cuarta fila . Está en el periodo 7 y es un elemento del grupo 4 . Los experimentos químicos han confirmado que el rutherfordio se comporta como el homólogo más pesado del hafnio en el grupo 4. Las propiedades químicas del rutherfordio están caracterizadas sólo parcialmente. Se comparan bien con los otros elementos del grupo 4, aunque algunos cálculos habían indicado que el elemento podría mostrar propiedades significativamente diferentes debido a efectos relativistas .

En la década de 1960, se produjeron pequeñas cantidades de rutherfordio en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de la Unión Soviética y en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de California . [11] La prioridad del descubrimiento y, por tanto, el nombre del elemento fue disputado entre científicos soviéticos y estadounidenses, y no fue hasta 1997 que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) estableció rutherfordio como el nombre oficial del elemento.

Introducción

Síntesis de núcleos superpesados.

Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear.
Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno emitiendo un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos hasta ese momento fueron similares, con la única diferencia posible de que a veces se liberaban varios neutrones singulares o ninguno.

Un núcleo atómico superpesado [a] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [b] en uno; A grandes rasgos, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [17] El material formado por los núcleos más pesados ​​se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos sólo pueden fusionarse en uno si se acercan lo suficiente entre sí; normalmente, los núcleos (todos cargados positivamente) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero sólo a una distancia muy corta de un núcleo; Por tanto, los núcleos del haz se aceleran mucho para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [18] La energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades de hasta una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desmoronarse. [18]

Acercarse lo suficiente por sí solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan, generalmente permanecen juntos durante aproximadamente 10 −20  segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un núcleo. núcleo único. [18] [19] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [18] Cada par de un objetivo y un haz se caracteriza por su sección transversal : la probabilidad de que se produzca la fusión si dos núcleos se acercan entre sí expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe chocar para que se produzca la fusión. . [c] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden hacer túneles a través de la repulsión electrostática. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca durante esa fase, múltiples interacciones nucleares dan como resultado una redistribución de la energía y un equilibrio energético. [18]

La fusión resultante es un estado excitado [22] , denominado núcleo compuesto , y por tanto es muy inestable. [18] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [23] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , lo que se llevaría la energía de excitación; si este último no fuera suficiente para la expulsión de neutrones, la fusión produciría un rayo gamma . Esto sucede aproximadamente 10-16 segundos  después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [23] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la IUPAC/IUPAP establece que un elemento químico sólo puede reconocerse como descubierto si un núcleo del mismo no se ha desintegrado en 10 −14 segundos. Este valor se eligió como una estimación de cuánto tiempo le toma a un núcleo adquirir sus electrones externos y así mostrar sus propiedades químicas. [24] [d]

Decaimiento y detección

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, este es transportado con este haz. [26] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [e] y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y el momento de la llegada. [26] La transferencia tarda unos 10 −6  segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [29] El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [26]

La estabilidad de un núcleo es proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es muy corto; A medida que los núcleos crecen, su influencia sobre los nucleones más externos ( protones y neutrones) se debilita. Al mismo tiempo, el núcleo se desgarra por la repulsión electrostática entre protones y su alcance no está limitado. [30] La energía de enlace total proporcionada por la interacción fuerte aumenta linealmente con el número de nucleones, mientras que la repulsión electrostática aumenta con el cuadrado del número atómico, es decir, este último crece más rápido y se vuelve cada vez más importante para los núcleos pesados ​​y superpesados. [31] [32] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados ​​[33] y hasta ahora se ha observado [34] que se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [f] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [36] y el nucleido más ligero que sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [37] En ambos modos de desintegración, las barreras de energía correspondientes para cada modo inhiben la desintegración de los núcleos , pero pueden ser atravesado por un túnel. [31] [32]

Aparato para la creación de elementos superpesados.
Esquema de un aparato para la creación de elementos superpesados, basado en el separador de retroceso lleno de gas Dubna instalado en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en JINR. La trayectoria dentro del detector y el aparato de enfoque del haz cambia debido a un imán dipolar en el primero y a imanes cuadrupolares en el segundo. [38]

Las partículas alfa se producen comúnmente en desintegraciones radiactivas porque la masa de una partícula alfa por nucleón es lo suficientemente pequeña como para dejar algo de energía para que la partícula alfa sea utilizada como energía cinética para salir del núcleo. [39] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes casos de fisión de núcleos idénticos. [32] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea rápidamente se vuelve más importante: las vidas medias parciales de la fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) al nobelio (elemento 102), [40] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [41] El modelo anterior de gota de líquido sugería que la fisión espontánea se produciría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para los núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [32] [42] El modelo de capa nuclear posterior sugirió que los núcleos con alrededor de 300 nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serían más resistentes a la fisión espontánea y sufrirían principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [32] [42] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla prevista podría estar más lejos de lo previsto originalmente; También demostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha se deforman y obtienen estabilidad adicional debido a los efectos de las capas. [43] Los experimentos con núcleos superpesados ​​más ligeros, [44] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [40] han demostrado una estabilidad mayor de la prevista anteriormente contra la fisión espontánea, lo que muestra la importancia de los efectos de las capas en los núcleos. [gramo]

Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas, y los productos de desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; Si tal desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción puede determinarse fácilmente. [h] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estuvieran efectivamente relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que deben estar en el mismo lugar). [26] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración sufre como energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [i] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [j]

La información de que disponen los físicos que desean sintetizar un elemento superpesado es, por tanto, la información recogida en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, así como de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y tratan de concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no podría haber sido causado por un nucleido diferente al afirmado. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para llegar a la conclusión de que definitivamente se creó un nuevo elemento y no hay otra explicación para los efectos observados; Se han cometido errores en la interpretación de los datos. [k]

Historia

Descubrimiento

Según se informa, el ruterfordio se detectó por primera vez en 1964 en el Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares de Dubna ( Unión Soviética en ese momento). Los investigadores bombardearon un objetivo de plutonio -242 con iones de neón -22 ; Se detectó una actividad de fisión espontánea con una vida media de 0,3 ± 0,1 segundos y se asignó a 260 104. Trabajos posteriores no encontraron ningún isótopo del elemento 104 con esta vida media, por lo que esta asignación debe considerarse incorrecta. [55] Así, en 1966-1969 se repitió el experimento. Esta vez, los productos de reacción se obtuvieron mediante termocromatografía en gradiente después de la conversión en cloruros mediante interacción con ZrCl 4 . El equipo identificó actividad de fisión espontánea contenida en un cloruro volátil que presenta las propiedades del eka-hafnio. [55]

242
94PU
+22
10Nordeste
→264 - x104
RF
→264 - x104
RF
cl 4

Los investigadores consideraron que los resultados respaldaban la vida media de 0,3 segundos. Aunque ahora se sabe que no existe ningún isótopo del elemento 104 con tal vida media, la química sí se ajusta a la del elemento 104, ya que la volatilidad del cloruro es mucho mayor en el grupo 4 que en el grupo 3 (o los actínidos). [55]

En 1969, investigadores de la Universidad de California en Berkeley sintetizaron de manera concluyente el elemento bombardeando un objetivo de californio -249 con iones de carbono-12 y midieron la desintegración alfa de 257 Rf, correlacionada con la desintegración hija del nobelio -253: [56]

249
98cf
+12
6C
→257
104RF
+ 4
norte

No pudieron confirmar la vida media de 0,3 segundos para 260 104 y, en cambio, encontraron una vida media de 10 a 30 milisegundos para este isótopo, lo que coincide con el valor moderno de 21 milisegundos. En 1970, el equipo estadounidense identificó químicamente el elemento 104 utilizando el método de separación por intercambio iónico, demostrando que era un elemento del grupo 4 y el homólogo más pesado del hafnio. [57]

La síntesis estadounidense fue confirmada de forma independiente en 1973 y aseguró la identificación del rutherfordio como padre mediante la observación de rayos X K-alfa en la firma elemental del producto de desintegración de 257 Rf, nobelio-253. [58]

Controversia de nombres

El elemento 104 finalmente recibió el nombre de Ernest Rutherford.
Ígor Kurchátov

Como consecuencia de las afirmaciones iniciales de descubrimiento en competencia, surgió una controversia sobre el nombre de los elementos . Dado que los soviéticos afirmaron haber detectado por primera vez el nuevo elemento, sugirieron el nombre de kurchatovium (Ku) en honor a Igor Kurchatov (1903-1960), ex jefe de investigación nuclear soviética . Este nombre se había utilizado en libros del bloque soviético como nombre oficial del elemento. Los estadounidenses, sin embargo, propusieron el rutherfordio (Rf) como nuevo elemento en honor al físico neozelandés Ernest Rutherford , conocido como el "padre" de la física nuclear . [59] En 1992, el Grupo de Trabajo de Transfermium (TWG) de IUPAC / IUPAP evaluó las afirmaciones de descubrimiento y concluyó que ambos equipos proporcionaron evidencia contemporánea de la síntesis del elemento 104 en 1969, y que el crédito debería ser compartido entre los dos grupos. En particular, esto implicó que el GTT realizara un nuevo reanálisis retrospectivo del trabajo ruso ante el hecho descubierto posteriormente de que no existe un isótopo de 0,3 segundos del elemento 104: reinterpretaron los resultados de Dubna como causados ​​por una fisión espontánea. sucursal de 259 Rf. [55]

El grupo estadounidense escribió una respuesta mordaz a las conclusiones del GTT, afirmando que habían dado demasiado énfasis a los resultados del grupo de Dubna. En particular, señalaron que el grupo ruso había alterado los detalles de sus reclamaciones varias veces durante un período de 20 años, hecho que el equipo ruso no niega. También subrayaron que el GTT había dado demasiado crédito a los experimentos químicos realizados por los rusos, consideró que el tratamiento retrospectivo del trabajo ruso por parte del GTT basado en documentos inéditos había sido "muy irregular", señalaron que no había pruebas de que 259 Rf tenía una rama de fisión espontánea [57] (a partir de 2021 todavía no la hay), [60] y acusó al TWG de no tener personal adecuadamente calificado en el comité. El GTT respondió diciendo que ese no era el caso y, tras evaluar cada punto planteado por el grupo estadounidense, dijo que no encontraba ninguna razón para alterar su conclusión sobre la prioridad del descubrimiento. [57]

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ( IUPAC ) adoptó unnilquadium (Unq) como nombre de elemento temporal y sistemático , derivado de los nombres latinos de los dígitos 1, 0 y 4. En 1994, la IUPAC sugirió un conjunto de nombres para los elementos 104. hasta 109, en el que el dubnio (Db) se convirtió en el elemento 104 y el rutherfordio en el elemento 106. [61] Esta recomendación fue criticada por los científicos estadounidenses por varias razones. En primer lugar, sus sugerencias estaban revueltas: los nombres rutherfordio y hahnio , originalmente sugeridos por Berkeley para los elementos 104 y 105, fueron reasignados respectivamente a los elementos 106 y 108. En segundo lugar, los elementos 104 y 105 recibieron nombres favorecidos por JINR, a pesar del reconocimiento anterior de LBL. como co-descubridor igual para ambos. En tercer lugar y lo más importante, la IUPAC rechazó el nombre seaborgio para el elemento 106, después de haber aprobado una regla según la cual un elemento no podía llevar el nombre de una persona viva, a pesar de que la IUPAC había dado al equipo LBNL el crédito exclusivo por su descubrimiento. [62] En 1997, la IUPAC cambió el nombre de los elementos 104 a 109 y dio a los elementos 104 y 106 las propuestas de Berkeley como rutherfordio y seaborgio . Al mismo tiempo se le dio el nombre de dubnio al elemento 105. Los nombres de 1997 fueron aceptados por los investigadores y se convirtieron en el estándar. [63]

Isótopos

El ruterfordio no tiene isótopos estables ni naturales. En el laboratorio se han sintetizado varios isótopos radiactivos, ya sea fusionando dos átomos o observando la desintegración de elementos más pesados. Se han informado dieciséis isótopos diferentes con masas atómicas de 253 a 270 (con las excepciones de 264 y 269). La mayoría de estos se desintegran predominantemente a través de vías de fisión espontánea. [8] [80]

Estabilidad y vidas medias.

De los isótopos cuyas vidas medias se conocen, los isótopos más ligeros suelen tener vidas medias más cortas; Se observaron vidas medias inferiores a 50 μs para 253 Rf y 254 Rf. 256 Rf, 258 Rf, 260 Rf son más estables alrededor de 10 ms, 255 Rf, 257 Rf, 259 Rf y 262 Rf viven entre 1 y 5 segundos, y 261 Rf, 265 Rf y 263 Rf son más estables, a alrededor de 1,1, 1,5 y 10 minutos respectivamente. Los isótopos más pesados ​​son los más estables: el 267 Rf tiene una vida media medida de unos 48 minutos. [10]

Los isótopos más ligeros se sintetizaron mediante fusión directa entre dos núcleos más ligeros y como productos de desintegración. El isótopo más pesado producido por fusión directa es el 262 Rf; Los isótopos más pesados ​​sólo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos mayores. También se ha informado que los isótopos pesados ​​266 Rf y 268 Rf son hijas de captura de electrones de los isótopos de dubnio 266 Db y 268 Db, pero tienen vidas medias cortas hasta la fisión espontánea . Parece probable que ocurra lo mismo con 270 Rf, una posible hija de 270 Db. [79] Estos tres isótopos siguen sin confirmarse.

En 1999, científicos estadounidenses de la Universidad de California en Berkeley anunciaron que habían logrado sintetizar tres átomos de 293 Og. [81] Se informó que estos núcleos originales emitieron sucesivamente siete partículas alfa para formar núcleos de 265 Rf, pero su afirmación fue retractada en 2001. [82] Este isótopo se descubrió más tarde en 2010 como el producto final en la cadena de desintegración de 285 Fl . [9] [73]

Propiedades previstas

Se han medido muy pocas propiedades del rutherfordio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [83] y al hecho de que el rutherfordio (y sus padres) se descompone muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades singulares relacionadas con la química, pero las propiedades del metal rutherfordio siguen siendo desconocidas y sólo se dispone de predicciones.

Químico

Rutherfordio es el primer elemento transactínido y el segundo miembro de la serie 6d de metales de transición. Los cálculos sobre sus potenciales de ionización , radio atómico , así como radios, energías orbitales y niveles terrestres de sus estados ionizados son similares al del hafnio y muy diferentes al del plomo . Por tanto, se concluyó que las propiedades básicas del rutherfordio se parecerán a las de otros elementos del grupo 4 , por debajo del titanio , el circonio y el hafnio. [71] [84] Algunas de sus propiedades se determinaron mediante experimentos en fase gaseosa y química acuosa. El estado de oxidación +4 es el único estado estable para los dos últimos elementos y, por lo tanto, el rutherfordio también debería exhibir un estado estable +4. [84] Además, también se espera que el rutherfordio pueda formar un estado +3 menos estable. [2] Se prevé que el potencial de reducción estándar del par Rf 4+ /Rf sea superior a −1,7 V. [5]

Las predicciones iniciales de las propiedades químicas del rutherfordio se basaron en cálculos que indicaban que los efectos relativistas en la capa electrónica podrían ser lo suficientemente fuertes como para que los orbitales 7p tuvieran un nivel de energía más bajo que los orbitales 6d , dándole una configuración electrónica de valencia de 6d 1 7s 2 7p 1 o incluso 7s 2 7p 2 , por lo que el elemento se comporta más como plomo que como hafnio. Con mejores métodos de cálculo y estudios experimentales de las propiedades químicas de los compuestos de rutherfordio se podría demostrar que esto no sucede y que el rutherfordio se comporta como el resto de elementos del grupo 4 . [2] [84] Posteriormente se demostró en cálculos ab initio con el alto nivel de precisión [85] [86] [87] que el átomo de Rf tiene el estado fundamental con la configuración de valencia 6d 2 7s 2 y la posición baja estado excitado 6d 1 7s 2 7p 1 con una energía de excitación de solo 0,3–0,5 eV.

De manera análoga al circonio y al hafnio, se prevé que el rutherfordio forme un óxido refractario muy estable , RfO 2 . Reacciona con halógenos para formar tetrahaluros, RfX 4 , que se hidrolizan al contacto con agua para formar oxihaluros RfOX 2 . Los tetrahaluros son sólidos volátiles que existen como moléculas tetraédricas monoméricas en fase de vapor. [84]

En la fase acuosa, el ion Rf 4+ se hidroliza menos que el titanio (IV) y en un grado similar al circonio y el hafnio, dando como resultado el ion RfO 2+ . El tratamiento de los halogenuros con iones halogenuros favorece la formación de iones complejos. El uso de iones cloruro y bromuro produce los complejos de hexahaluro RfCl2-6
​y RfBr2-6
​. Para los complejos de fluoruro, el circonio y el hafnio tienden a formar complejos hepta y octa. Por tanto, para el ion rutherfordio más grande, los complejos RfF2-6
​, RFF3-7
​y RFF4-8
​es posible. [84]

Físico y atómico

Se espera que el ruterfordio sea un sólido en condiciones normales y tenga una estructura cristalina hexagonal compacta ( c / a  = 1,61), similar a su congénere más ligero, el hafnio. [6] Debería ser un metal con una densidad de ~17 g/cm 3 . [3] [4] Se espera que el radio atómico del rutherfordio sea ~150  pm . Debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización del orbital 6d, se predice que los iones Rf + y Rf 2+ ceden electrones 6d en lugar de electrones 7s, lo cual es lo opuesto al comportamiento de sus homólogos más ligeros. [2] Cuando se encuentra bajo alta presión (calculada de diversas formas como 72 o ~50 GPa ), se espera que el rutherfordio pase a una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo ; El hafnio se transforma en esta estructura a 71 ± 1 GPa, pero tiene una estructura ω intermedia a la que se transforma a 38 ± 8 GPa que debería faltar en el rutherfordio. [88]

quimica experimental

Fase gaseosa

La estructura tetraédrica de la molécula RfCl 4.

Los primeros trabajos en el estudio de la química del rutherfordio se centraron en la termocromatografía de gases y la medición de las curvas de adsorción de la temperatura relativa de deposición. Los trabajos iniciales se llevaron a cabo en Dubna en un intento de reafirmar el descubrimiento del elemento. Los trabajos recientes son más fiables con respecto a la identificación de los radioisótopos originales del rutherfordio. Para estos estudios se ha utilizado el isótopo 261m Rf, [84] aunque el isótopo de larga vida 267 Rf (producido en la cadena de desintegración de 291 Lv, 287 Fl y 283 Cn) puede resultar ventajoso para experimentos futuros. [89] Los experimentos se basaron en la expectativa de que el rutherfordio sería un elemento 6d en el grupo 4 y, por lo tanto, debería formar un tetracloruro molecular volátil, que tendría forma tetraédrica. [84] [90] [91] El cloruro de ruterfordio (IV) es más volátil que su homólogo más ligero, el cloruro de hafnio (IV) (HfCl 4 ), porque sus enlaces son más covalentes . [2]

Una serie de experimentos confirmaron que el rutherfordio se comporta como un miembro típico del grupo 4, formando un cloruro tetravalente (RfCl 4 ) y bromuro (RfBr 4 ), así como un oxicloruro (RfOCl 2 ). Se observó una disminución de la volatilidad para RfCl.
4cuando se proporciona cloruro de potasio como fase sólida en lugar de gas, muy indicativo de la formación de K no volátil
2RfCl
6sal mixta. [71] [84] [92]

Fase acuosa

Se espera que el rutherfordio tenga la configuración electrónica [Rn]5f 14 6d 2 7s 2 y, por tanto, se comporte como el homólogo más pesado del hafnio en el grupo 4 de la tabla periódica. Por lo tanto, debería formar fácilmente un ion Rf 4+ hidratado en una solución de ácido fuerte y debería formar fácilmente complejos en soluciones de ácido clorhídrico , bromhídrico o fluorhídrico . [84]

Los estudios de química acuosa más concluyentes del rutherfordio han sido realizados por el equipo japonés del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón utilizando el isótopo 261m Rf. Los experimentos de extracción de soluciones de ácido clorhídrico utilizando isótopos de rutherfordio, hafnio, circonio, así como el elemento pseudogrupo 4, torio, han demostrado que el rutherfordio tiene un comportamiento no actínido. Una comparación con sus homólogos más ligeros colocó al rutherfordio firmemente en el grupo 4 e indicó la formación de un complejo de hexaclororutherfordato en soluciones de cloruro, de manera similar al hafnio y al circonio. [84] [93]

261m
RF4+
+ 6cl−
→ [ 261m RfCl
6]2-

Se observaron resultados muy similares en soluciones de ácido fluorhídrico. Las diferencias en las curvas de extracción se interpretaron como una afinidad más débil por el ion fluoruro y la formación del ion hexafluororutherfordato, mientras que los iones hafnio y circonio forman complejos con siete u ocho iones fluoruro en las concentraciones utilizadas: [84]

261m
RF4+
+ 6F−
→ [ 261 millones de RF
6]2-

Los experimentos realizados en soluciones mixtas de ácido sulfúrico y nítrico muestran que el rutherfordio tiene una afinidad mucho más débil para formar complejos de sulfato que el hafnio. Este resultado está de acuerdo con las predicciones, que esperan que los complejos de rutherfordio sean menos estables que los de circonio y hafnio debido a una menor contribución iónica al enlace. Esto surge porque el rutherfordio tiene un radio iónico mayor (76 pm) que el circonio (71 pm) y el hafnio (72 pm), y también debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización y división espín-órbita de los orbitales 6d. [94]

Los experimentos de coprecipitación realizados en 2021 estudiaron el comportamiento del rutherfordio en una solución básica que contiene amoníaco o hidróxido de sodio , utilizando circonio, hafnio y torio como comparaciones. Se descubrió que el rutherfordio no se coordina fuertemente con el amoníaco y, en cambio, coprecipita en forma de hidróxido, que probablemente sea Rf(OH) 4 . [95]

Notas

  1. ↑ En física nuclear , un elemento se llama pesado si su número atómico es elevado; El plomo (elemento 82) es un ejemplo de un elemento tan pesado. El término "elementos superpesados" normalmente se refiere a elementos con número atómico mayor que 103 (aunque existen otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [12] o 112 ; [13] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactinida", que pone un límite superior antes del comienzo de la hipotética serie de superactínidas ). [14] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de gran masa (para el elemento dado) y núcleos de gran masa, respectivamente.
  2. ^ En 2009, un equipo del JINR dirigido por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hasio en una reacción simétrica de 136 Xe +  136 Xe. No lograron observar ni un solo átomo en tal reacción, fijando el límite superior de la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, en 2,5  pb . [15] En comparación, la reacción que resultó en el descubrimiento de hasio, 208 Pb + 58 Fe, tenía una sección transversal de ~20 pb (más específicamente, 19+
    19-11     pb), según lo estimado por los descubridores. [dieciséis]
  3. ^ La cantidad de energía aplicada a la partícula del haz para acelerarla también puede influir en el valor de la sección transversal. Por ejemplo, en el28
    14    Si
    +1
    0    norte
    →28
    13    Alabama
    +1
    1    pag
    En la reacción, la sección transversal cambia suavemente de 370 mb a 12,3 MeV a 160 mb a 18,3 MeV, con un pico amplio a 13,5 MeV con el valor máximo de 380 mb. [20]
  4. ^ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado de vida útil de un núcleo compuesto. [25]
  5. ^ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes pasan más allá del objetivo más lentamente que los núcleos del haz que no reaccionaron. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se anulan para una velocidad específica de una partícula. [27] Esta separación también puede verse favorecida por una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de los dos puede permitir estimar la masa de un núcleo. [28]
  6. ^ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [35]
  7. ^ En la década de 1960 ya se sabía que los estados fundamentales de los núcleos diferían en energía y forma, así como que ciertos números mágicos de nucleones correspondían a una mayor estabilidad de un núcleo. Sin embargo, se suponía que no había estructura nuclear en los núcleos superpesados ​​porque estaban demasiado deformados para formar una. [40]
  8. ^ Dado que la masa de un núcleo no se mide directamente sino que se calcula a partir de la de otro núcleo, dicha medición se denomina indirecta. También son posibles mediciones directas, pero en su mayor parte no están disponibles para núcleos superpesados. [45] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [46] La masa se determinó a partir de la ubicación de un núcleo después de la transferencia (la ubicación ayuda a determinar su trayectoria, que está vinculada a la relación masa-carga del núcleo, ya que la transferencia se realizó en presencia de un imán). [47]
  9. ^ Si la desintegración se produjo en el vacío, entonces, dado que se debe preservar el impulso total de un sistema aislado antes y después de la desintegración , el núcleo hijo también recibiría una pequeña velocidad. La relación entre las dos velocidades y, por consiguiente, la relación entre las energías cinéticas, sería pues inversa a la relación entre las dos masas. La energía de desintegración es igual a la suma de la energía cinética conocida de la partícula alfa y la del núcleo hijo (una fracción exacta de la primera). [36] Los cálculos también son válidos para un experimento, pero la diferencia es que el núcleo no se mueve después de la desintegración porque está atado al detector.
  10. ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [48] un destacado científico del JINR y, por tanto, fue un "caballo de batalla" para la instalación. [49] Por el contrario, los científicos del LBL creían que la información de fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no se había estudiado lo suficiente como para utilizarla en la identificación de un nuevo elemento, ya que era difícil establecer que un núcleo compuesto sólo había expulsado neutrones y no partículas cargadas como protones o partículas alfa. [25] Prefirieron así unir nuevos isótopos a los ya conocidos mediante sucesivas desintegraciones alfa. [48]
  11. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [50] No hubo afirmaciones definitivas anteriores sobre la creación de este elemento, y sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos le asignaron un nombre: nobelium . Más tarde se demostró que la identificación era incorrecta. [51] Al año siguiente, RL no pudo reproducir los resultados suecos y, en cambio, anunció su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [51] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotium ; [52] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego se refirió a la denominación del elemento 102 como "apresurada"). [53] Este nombre fue propuesto a la IUPAC en una respuesta escrita a su decisión sobre la prioridad de las reclamaciones de descubrimiento de elementos, firmada el 29 de septiembre de 1992. [53] El nombre "nobelium" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [54]
  12. ^ Diferentes fuentes dan diferentes valores para las vidas medias; Se enumeran los valores publicados más recientemente.

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Bibliografía

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