Se calcula que el copernicio tiene varias propiedades que difieren de sus homólogos más ligeros del grupo 12, zinc , cadmio y mercurio ; Debido a efectos relativistas , puede ceder sus electrones 6d en lugar de los 7s, y puede tener más similitudes con los gases nobles como el radón que con sus homólogos del grupo 12. Los cálculos indican que el copernicio puede mostrar el estado de oxidación +4, mientras que el mercurio lo muestra en un solo compuesto de existencia discutida y el zinc y el cadmio no lo muestran en absoluto. También se ha predicho que será más difícil oxidar el copernicio desde su estado neutro que los otros elementos del grupo 12. Las predicciones varían sobre si el copernicio sólido sería un metal, un semiconductor o un aislante. El copernicio es uno de los elementos más pesados cuyas propiedades químicas se han investigado experimentalmente.
Introducción
Síntesis de núcleos superpesados.
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. [16] 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; 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. [17] 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. [17]
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. [17] [18] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [17] 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. [17]
La fusión resultante es un estado excitado [21] , denominado núcleo compuesto , y por tanto es muy inestable. [17] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [22] 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. [22] 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 un plazo de 10 a 14 segundos. Este valor se eligió como una estimación de cuánto tiempo le toma a un núcleo adquirir electrones y así mostrar sus propiedades químicas. [23] [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. [25] 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. [25] La transferencia tarda unos 10 −6 segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [28] 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. [25]
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. [29] 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. [30] [31] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados [32] y hasta ahora se ha observado [33] 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, [35] y el nucleido más ligero que sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [36] 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. [30] [31]
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. [37]
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 se use como energía cinética para salir del núcleo. [38] 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. [31] 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), [39] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [40] El modelo anterior de gota de líquido sugería así que la fisión espontánea se produciría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para los núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [31] [41] El modelo de capa nuclear posterior sugirió que los núcleos con aproximadamente 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. [31] [41] 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. [42] Los experimentos con núcleos superpesados más ligeros, [43] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [39] 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). [25] 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]
En mayo de 2000, el GSI repitió con éxito el experimento para sintetizar otro átomo de copernicio-277. [55]
Esta reacción se repitió en RIKEN utilizando la configuración de Búsqueda de un elemento súper pesado utilizando un separador de retroceso lleno de gas en 2004 y 2013 para sintetizar tres átomos más y confirmar los datos de desintegración informados por el equipo de GSI. [56] [57] Esta reacción también se había intentado anteriormente en 1971 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna , Rusia, para apuntar a 276 Cn (producido en el canal 2n), pero sin éxito. [58]
El Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) IUPAC/IUPAP evaluó la afirmación del descubrimiento de copernicio por parte del equipo de GSI en 2001 [59] y 2003. [60] En ambos casos, encontraron que no había pruebas suficientes para respaldar su afirmación. Esto se debió principalmente a los datos contradictorios sobre la desintegración del conocido nucleido rutherfordio-261. Sin embargo, entre 2001 y 2005, el equipo de GSI estudió la reacción de 248 Cm ( 26 Mg, 5n) 269 Hs y pudo confirmar los datos de desintegración del hasio-269 y del rutherfordio-261 . Se descubrió que los datos existentes sobre el rutherfordio-261 eran para un isómero , [61] ahora denominado rutherfordio-261m.
En mayo de 2009, el JWP informó nuevamente sobre las afirmaciones del descubrimiento del elemento 112 y reconoció oficialmente al equipo de GSI como los descubridores del elemento 112. [62] Esta decisión se basó en la confirmación de las propiedades de desintegración de los núcleos hijos, así como de la experimentos confirmatorios en RIKEN. [63]
También se trabajó en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Dubna , Rusia, desde 1998 para sintetizar el isótopo más pesado 283 Cn en la reacción de fusión en caliente 238 U ( 48 Ca,3n) 283 Cn; la mayoría de los átomos observados de 283 Cn se desintegraron por fisión espontánea, aunque se detectó una rama de desintegración alfa a 279 Ds. Si bien los experimentos iniciales tenían como objetivo asignar al nucleido producido su larga vida media observada de 3 minutos en función de su comportamiento químico, se descubrió que no era similar al mercurio como se hubiera esperado (el copernicio se encuentra debajo del mercurio en la tabla periódica), [63] y de hecho ahora parece que la actividad de larga duración podría no haber sido de 283 Cn en absoluto, sino de su hija de captura de electrones 283 Rg, con una vida media más corta de 4 segundos asociada con 283 Cn. (Otra posibilidad es la asignación a un estado isomérico metaestable , 283m Cn.) [64] Mientras que bombardeos cruzados posteriores en las reacciones 242 Pu+ 48 Ca y 245 Cm+ 48 Ca lograron confirmar las propiedades de 283 Cn y sus padres 287 Fl y 291 Lv, y jugó un papel importante en la aceptación de los descubrimientos de flerovium ylivermorium (elementos 114 y 116) por parte del JWP en 2011; este trabajo se originó después del trabajo del GSI sobre 277 Cn y se le asignó prioridad al GSI. [63]
Nombrar
Nicolás Copérnico , quien formuló un modelo heliocéntrico con los planetas orbitando alrededor del Sol, reemplazando el modelo geocéntrico anterior de Ptolomeo .
Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos sin nombre y no descubiertos , el copernicio debería conocerse como eka- mercurio . En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento debía llamarse ununbium (con el símbolo correspondiente de Uub ), [65] un nombre de elemento sistemático como marcador de posición , hasta que el elemento fuera descubierto (y luego confirmado el descubrimiento) y un Se decidió el nombre permanente. Aunque se utilizan ampliamente en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones fueron en su mayoría ignoradas entre los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 112", con el símbolo de E112 , (112) , o incluso simplemente 112 . [1]
Después de reconocer el descubrimiento del equipo GSI, la IUPAC les pidió que sugirieran un nombre permanente para el elemento 112. [63] [66] El 14 de julio de 2009, propusieron copernicio con el símbolo del elemento Cp, en honor a Nicolaus Copernicus "en honor a un científico destacado, que cambió nuestra visión del mundo". [67]
Durante el período de discusión estándar de seis meses entre la comunidad científica sobre la denominación, [68] [69]
se señaló que el símbolo Cp se asociaba anteriormente con el nombre cassiopeium (cassiopium), ahora conocido como lutecio (Lu). [70] [71] Además, Cp se utiliza con frecuencia hoy en día para referirse al ligando ciclopentadienilo (C 5 H 5 ). [72] Principalmente porque la IUPAC aceptó (hasta 1949) casiopeio (Cp) como nombre alternativo permitido para el lutecio, [73] la IUPAC prohibió el uso de Cp como símbolo futuro, lo que llevó al equipo de GSI a proponer el símbolo Cn. como alternativa. El 19 de febrero de 2010, 537º aniversario del nacimiento de Copérnico, la IUPAC aceptó oficialmente el nombre y símbolo propuestos. [68] [74]
Isótopos
El copernicio no tiene isótopos estables o 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 siete isótopos diferentes con números de masa 277 y 281–286, y se ha informado de un isómero metaestable no confirmado en 285 Cn. [78] La mayoría de estos se desintegran predominantemente a través de la desintegración alfa, pero algunos sufren fisión espontánea y el copernicio-283 puede tener una rama de captura de electrones . [79]
El isótopo copernicio-283 contribuyó decisivamente a la confirmación de los descubrimientos de los elementos flerovium ylivermorium . [80]
Vidas medias
Todos los isótopos de copernicio confirmados son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados son más estables que los más ligeros. El isótopo más estable conocido, el 285 Cn, tiene una vida media de 30 segundos; El 283 Cn tiene una vida media de 4 segundos, y los 285m Cn y 286 Cn no confirmados tienen vidas medias de aproximadamente 15 y 8,45 segundos respectivamente. Otros isótopos tienen vidas medias inferiores a un segundo. El 281 Cn y el 284 Cn tienen vidas medias del orden de 0,1 segundos, y los otros dos isótopos tienen vidas medias ligeramente inferiores a un milisegundo. [79] Se predice que los isótopos pesados 291 Cn y 293 Cn pueden tener vidas medias superiores a unas pocas décadas, ya que se predice que se encuentran cerca del centro de la isla teórica de estabilidad , y pueden haber sido producidos en el r -procesan y son detectables en los rayos cósmicos , aunque serían entre 10 y 12 veces más abundantes que el plomo . [81]
Los isótopos más ligeros del copernicio se han sintetizado por fusión directa entre dos núcleos más ligeros y como productos de desintegración (excepto el 277 Cn, que no se sabe que sea un producto de desintegración), mientras que los isótopos más pesados sólo se producen por desintegración de núcleos más pesados. núcleos. El isótopo más pesado producido por fusión directa es el 283 Cn; los tres isótopos más pesados, 284 Cn, 285 Cn y 286 Cn, sólo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos mayores. [79]
En 1999, científicos estadounidenses de la Universidad de California en Berkeley anunciaron que habían logrado sintetizar tres átomos de 293 Og. [82] Se informó que estos núcleos originales emitieron sucesivamente tres partículas alfa para formar núcleos de copernicio-281, que se afirmó que habían sufrido desintegración alfa, emitiendo partículas alfa con una energía de desintegración de 10,68 MeV y una vida media de 0,90 ms, pero su afirmación fue se retractó en 2001 [83] porque se había basado en datos fabricados por Ninov. [84] Este isótopo fue producido en 2010 por el mismo equipo; los nuevos datos contradecían los datos fabricados anteriores. [85]
Propiedades previstas
Se han medido muy pocas propiedades del copernicio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [86] y al hecho de que el copernicio (y sus padres) se descomponen muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades químicas singulares, así como el punto de ebullición, pero las propiedades del metal copernicio siguen siendo generalmente desconocidas y, en su mayor parte, sólo se dispone de predicciones.
Químico
El copernicio es el décimo y último miembro de la serie 6d y es el elemento más pesado del grupo 12 de la tabla periódica, por debajo del zinc , el cadmio y el mercurio . Se prevé que difiera significativamente de los elementos más ligeros del grupo 12. Se espera que las subcapas de valencia s de los elementos del grupo 12 y los elementos del período 7 se contraigan relativistamente con mayor fuerza en copernicio. Esto y la configuración de capa cerrada del copernicio hacen que probablemente sea un metal muy noble . Se predice un potencial de reducción estándar de +2,1 V para el par Cn 2+ /Cn. La primera energía de ionización prevista para el copernicio, de 1155 kJ/mol, casi coincide con la del gas noble xenón , de 1170,4 kJ/mol. [1] Los enlaces metálicos del copernicio también deberían ser muy débiles, posiblemente haciéndolo extremadamente volátil como los gases nobles, y potencialmente volviéndolo gaseoso a temperatura ambiente. [1] [87] Sin embargo, debería poder formar enlaces metal-metal con cobre , paladio , platino , plata y oro ; Se predice que estos enlaces serán sólo entre 15 y 20 kJ/mol más débiles que los enlaces análogos con el mercurio. [1] En oposición a la sugerencia anterior, [88] los cálculos ab initio con un alto nivel de precisión [89] predijeron que la química del copernicio monovalente se parece a la del mercurio más que a la de los gases nobles. Este último resultado puede explicarse por la enorme interacción espín-órbita que reduce significativamente la energía del estado vacante 7p 1/2 del copernicio.
Una vez que el copernicio se ioniza, su química puede presentar varias diferencias con respecto a las del zinc, el cadmio y el mercurio. Debido a la estabilización de los orbitales electrónicos 7s y la desestabilización de los 6d causada por efectos relativistas , es probable que Cn 2+ tenga una configuración electrónica [Rn]5f 14 6d 8 7s 2 , utilizando los orbitales 6d antes que el 7s, a diferencia de sus homólogos . El hecho de que los electrones 6d participen más fácilmente en los enlaces químicos significa que una vez que el copernicio se ioniza, puede comportarse más como un metal de transición que sus homólogos más ligeros , especialmente en el posible estado de oxidación +4. En soluciones acuosas , el copernicio puede formar los estados de oxidación +2 y quizás +4. [1] El ion diatómico Hg2+ 2, que presenta mercurio en el estado de oxidación +1, es bien conocido, pero el Cn2+ 2Se predice que el ion será inestable o incluso inexistente. [1] El fluoruro de copernicio (II), CnF 2 , debería ser más inestable que el compuesto análogo de mercurio, el fluoruro de mercurio (II) (HgF 2 ), y puede incluso descomponerse espontáneamente en sus elementos constituyentes. Como elemento reactivo más electronegativo, el flúor puede ser el único elemento capaz de oxidar el copernicio aún más a los estados de oxidación +4 e incluso +6 en CnF 4 y CnF 6 ; este último puede requerir condiciones de aislamiento de matriz para ser detectado, como en la controvertida detección de HgF 4 . CnF 4 debería ser más estable que CnF 2 . [6] En disolventes polares , se predice que el copernicio formará preferentemente el CnF− 5y CnF− 3aniones en lugar de los fluoruros neutros análogos (CnF 4 y CnF 2 , respectivamente), aunque los iones bromuro o yoduro análogos pueden ser más estables frente a la hidrólisis en solución acuosa. Los aniones CnCl2-4 y CnBr2-4 También debería poder existir en solución acuosa. [1] La formación de fluoruros de copernicio (II) y (IV) termodinámicamente estables sería análoga a la química del xenón. [3] De manera análoga al cianuro de mercurio (II) (Hg(CN) 2 ), se espera que el copernicio forme un cianuro estable , Cn(CN) 2 . [90]
Físico y atómico
El copernicio debe ser un metal denso, con una densidad de 14,0 g/cm 3 en estado líquido a 300 K; esto es similar a la densidad conocida del mercurio, que es 13,534 g/cm 3 . (El copernicio sólido a la misma temperatura debería tener una densidad más alta de 14,7 g/cm 3 .) Esto se debe a que los efectos del mayor peso atómico del copernicio se anulan por sus mayores distancias interatómicas en comparación con el mercurio. [3] Algunos cálculos predijeron que el copernicio sería un gas a temperatura ambiente debido a su configuración electrónica de capa cerrada, [91] lo que lo convertiría en el primer metal gaseoso de la tabla periódica. [1] [87] Un cálculo de 2019 concuerda con estas predicciones sobre el papel de los efectos relativistas, lo que sugiere que el copernicio será un líquido volátil unido por fuerzas de dispersión en condiciones estándar. Su punto de fusión se estima en283 ± 11 K y su punto de ebullición en340 ± 10 K , este último de acuerdo con el valor estimado experimentalmente de357+112 −108 K. [3] Se espera que el radio atómico del copernicio sea de alrededor de 147 pm. Debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización del orbital 6d, se predice que los iones Cn + y Cn 2+ ceden electrones 6d en lugar de electrones 7s, lo cual es lo opuesto al comportamiento de sus homólogos más ligeros. [1]
Además de la contracción y unión relativista de la subcapa 7s, se espera que el orbital 6d 5/2 se desestabilice debido al acoplamiento espín-órbita , lo que hace que se comporte de manera similar al orbital 7s en términos de tamaño, forma y energía. Las predicciones sobre la estructura de bandas esperada de copernicio son variadas. Los cálculos realizados en 2007 esperaban que el copernicio pudiera ser un semiconductor [92] con una banda prohibida de alrededor de 0,2 eV , [93] cristalizando en la estructura cristalina hexagonal compacta . [93] Sin embargo, los cálculos de 2017 y 2018 sugirieron que el copernicio debería ser un metal noble en condiciones estándar con una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo : por lo tanto, no debería tener una banda prohibida, como el mercurio, aunque la densidad de estados en el nivel de Fermi Se espera que sea menor para el copernicio que para el mercurio. [94] [95] Los cálculos de 2019 sugirieron que, de hecho, el copernicio tiene una banda prohibida grande de 6,4 ± 0,2 eV, que debería ser similar a la del gas noble radón (predicho como 7,1 eV) y lo convertiría en un aislante; Estos cálculos predicen que el copernicio en masa estará ligado principalmente por fuerzas de dispersión , como los gases nobles. [3] Al igual que el mercurio, el radón y el flerovium, pero no el oganesson (eka-radon), se calcula que el copernicio no tiene afinidad electrónica . [96]
Química experimental en fase gaseosa atómica.
El interés en la química del copernicio surgió de las predicciones de que tendría los mayores efectos relativistas en todo el período 7 y el grupo 12 y, de hecho, entre los 118 elementos conocidos. [1] Se espera que el copernicio tenga la configuración electrónica en estado fundamental [Rn] 5f 14 6d 10 7s 2 y, por tanto, debería pertenecer al grupo 12 de la tabla periódica, según el principio de Aufbau . Como tal, debería comportarse como el homólogo más pesado del mercurio y formar fuertes compuestos binarios con metales nobles como el oro. Los experimentos que investigan la reactividad del copernicio se han centrado en la adsorción de átomos del elemento 112 sobre una superficie de oro mantenida a diferentes temperaturas, para calcular la entalpía de adsorción. Debido a la estabilización relativista de los electrones 7s, el copernicio muestra propiedades similares al radón. Se realizaron experimentos con la formación simultánea de radioisótopos de mercurio y radón, lo que permitió comparar las características de adsorción. [97]
Los primeros experimentos químicos con copernicio se realizaron utilizando la reacción 238 U ( 48 Ca,3n) 283 Cn. La detección se realizó mediante fisión espontánea del isótopo original reivindicado con una vida media de 5 minutos. El análisis de los datos indicó que el copernicio era más volátil que el mercurio y tenía propiedades de gas noble. Sin embargo, la confusión sobre la síntesis del copernicio-283 ha arrojado algunas dudas sobre estos resultados experimentales. [97] Dada esta incertidumbre, entre abril y mayo de 2006 en el JINR, un equipo FLNR-PSI llevó a cabo experimentos para investigar la síntesis de este isótopo como hijo en la reacción nuclear 242 Pu ( 48 Ca, 3n) 287 Fl. [97] (La reacción de fusión 242 Pu + 48 Ca tiene una sección transversal ligeramente mayor que la reacción 238 U + 48 Ca, por lo que la mejor manera de producir copernicio para la experimentación química es como un producto excedente como hijo del flerovium. ) [98] En este experimento, se identificaron inequívocamente dos átomos de copernicio-283 y se interpretaron las propiedades de adsorción para mostrar que el copernicio es un homólogo más volátil del mercurio, debido a la formación de un enlace débil metal-metal con el oro. [97] Esto concuerda con las indicaciones generales de algunos cálculos relativistas de que el copernicio es "más o menos" homólogo al mercurio. [99] Sin embargo, en 2019 se señaló que este resultado puede deberse simplemente a fuertes interacciones de dispersión. [3]
En abril de 2007 se repitió este experimento y se identificaron positivamente otros tres átomos de copernicio-283. La propiedad de adsorción se confirmó e indicó que el copernicio tiene propiedades de adsorción acordes con ser el miembro más pesado del grupo 12. [97] Estos experimentos también permitieron la primera estimación experimental del punto de ebullición del copernicio: 84+112 −108 °C, por lo que puede ser un gas en condiciones estándar. [92]
Debido a que los elementos más ligeros del grupo 12 a menudo se presentan como minerales de calcogenuro , en 2015 se realizaron experimentos para depositar átomos de copernicio en una superficie de selenio para formar seleniuro de copernicio, CnSe. Se observó la reacción de los átomos de copernicio con selenio trigonal para formar un seleniuro, con -Δ H ads Cn (t-Se) > 48 kJ/mol, siendo el obstáculo cinético hacia la formación de seleniuro menor para el copernicio que para el mercurio. Esto fue inesperado ya que la estabilidad de los seleniuros del grupo 12 tiende a disminuir en el grupo desde ZnSe hasta HgSe . [100]
↑ 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 [11] o 112; [12] 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 ). [13] 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.
^ 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 pudieron 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 . [14] 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. [15]
^ 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 14Si +1 0norte →28 13Alabama +1 1pag 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. [19]
^ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado de vida útil de un núcleo compuesto. [24]
^ 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. [26] 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. [27]
^ No todos los modos de desintegración son causados por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [34]
^ 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. [39]
^ 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. [44] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [45] 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). [46]
^ 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). [35] 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.
↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [47] un destacado científico del JINR y, por tanto, fue un "caballo de batalla" para la instalación. [48] 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. [24] Prefirieron así unir nuevos isótopos a los ya conocidos mediante sucesivas desintegraciones alfa. [47]
↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [49] 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. [50] 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. [50] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotium ; [51] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego se refirió a la denominación del elemento 102 como "apresurada"). [52] 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. [52] El nombre "nobelium" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [53]
^ Diferentes fuentes dan diferentes valores para las vidas medias; Se enumeran los valores publicados más recientemente.
^ ab Este isótopo no está confirmado
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