El lawrencio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Lr (anteriormente Lw ) y su número atómico es 103. Recibe su nombre en honor a Ernest Lawrence , inventor del ciclotrón , un dispositivo que se utilizó para descubrir muchos elementos radiactivos artificiales. El lawrencio, un metal radiactivo , es el undécimo elemento transuránico , el tercero transfermio y el último miembro de la serie de los actínidos . Como todos los elementos con un número atómico superior a 100, el lawrencio solo se puede producir en aceleradores de partículas bombardeando elementos más ligeros con partículas cargadas. Actualmente se conocen catorce isótopos de lawrencio ; el más estable es el 266 Lr con una vida media de 11 horas, pero el 260 Lr de vida más corta (vida media de 2,7 minutos) es el más utilizado en química porque se puede producir a mayor escala.
Los experimentos químicos confirman que el lawrencio se comporta como un homólogo más pesado del lutecio en la tabla periódica y es un elemento trivalente . Por lo tanto, también podría clasificarse como el primero de los metales de transición del séptimo período . Su configuración electrónica es anómala para su posición en la tabla periódica, ya que tiene una configuración s 2 p en lugar de la configuración s 2 d de su homólogo lutecio. Sin embargo, esto no parece afectar la química del lawrencio.
En las décadas de 1950, 1960 y 1970, se hicieron muchas afirmaciones de la síntesis del elemento 103 de calidad variable desde laboratorios de la Unión Soviética y los Estados Unidos . La prioridad del descubrimiento y, por lo tanto, el nombre del elemento fueron objeto de disputa entre científicos soviéticos y estadounidenses. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) estableció inicialmente el laurencio como el nombre oficial del elemento y le dio crédito por el descubrimiento al equipo estadounidense; esto se reevaluó en 1992, dando a ambos equipos crédito compartido por el descubrimiento pero sin cambiar el nombre del elemento.
Un núcleo atómico superpesado [b] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [c] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [13] El material hecho de los núcleos más pesados se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si se aproximan 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 solo a una distancia muy corta de un núcleo; los núcleos del haz se aceleran así en gran medida para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [14] La energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades tan altas como una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desmoronarse. [14]
El hecho de acercarse lo suficiente no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se aproximan, suelen permanecer juntos durante unos 10 −20 segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. [14] [15] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [14] 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 aproximan entre sí expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe golpear para que se produzca la fusión. [d] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden hacer un túnel a través de la repulsión electrostática. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca después de esa fase, las interacciones nucleares múltiples dan como resultado una redistribución de energía y un equilibrio energético. [14]
La fusión resultante es un estado excitado [18] —denominado núcleo compuesto— y por lo tanto es muy inestable. [14] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [19] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , que se llevarían la energía de excitación; si esta última no es suficiente para una expulsión de neutrones, la fusión produciría un rayo gamma . Esto sucede en unos 10 −16 segundos después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [19] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) IUPAC/IUPAP establece que un elemento químico solo 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 tarda un núcleo en adquirir electrones y, por lo tanto, mostrar sus propiedades químicas. [20] [e]
El haz pasa a través del objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este haz. [22] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [f] y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. La ubicación exacta del próximo impacto en el detector está marcada; también se marcan su energía y el tiempo de llegada. [22] La transferencia tarda unos 10 −6 segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [25] El núcleo se registra de nuevo una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [22]
La estabilidad de un núcleo la proporciona la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es muy corto; a medida que los núcleos se hacen más grandes, 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. [26] 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. [27] [28] Por lo tanto, se predice teóricamente [29] y hasta ahora se ha observado [30] que los núcleos superpesados se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración que son causados por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [g] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [32] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [33] En ambos modos de desintegración, los núcleos no pueden desintegrarse mediante barreras de energía correspondientes para cada modo, pero se pueden atravesar mediante un túnel. [27] [28]
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. [35] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes instancias de fisión de núcleos idénticos. [28] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea rápidamente se vuelve más importante: las vidas medias parciales de fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) hasta el nobelio (elemento 102), [36] y en 30 órdenes de magnitud desde el torio (elemento 90) hasta el fermio (elemento 100). [37] El modelo anterior de gota líquida sugería que la fisión espontánea ocurriría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [28] [38] El modelo de capas nucleares posterior sugirió que los núcleos con alrededor de 300 nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serán más resistentes a la fisión espontánea y sufrirán principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [28] [38] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla predicha podría estar más lejos de lo que se anticipó originalmente; también mostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha se deforman y ganan estabilidad adicional a partir de los efectos de capa. [39] Los experimentos en núcleos superpesados más ligeros, [40] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [36] han demostrado una estabilidad mayor que la anticipada previamente contra la fisión espontánea, lo que muestra la importancia de los efectos de capa en los núcleos. [h]
Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas, y los productos de la 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. [i] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estaban de hecho relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que deben estar en el mismo lugar.) [22] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración que sufre, como la energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [j] La fisión espontánea, sin embargo, produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [k]
La información de que disponen los físicos que intentan sintetizar un elemento superpesado es, por tanto, la información recogida en los detectores: posición, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, y los 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 del que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para concluir 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. [l]
En 1958, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley afirmaron haber descubierto el elemento 102, ahora llamado nobelio . Al mismo tiempo, también intentaron sintetizar el elemento 103 bombardeando el mismo objetivo de curio utilizado con iones de nitrógeno -14. Se observaron dieciocho pistas, con una energía de desintegración de alrededor de 1000 μm.9 ± 1 MeV y vida media de alrededor de 0,25 s; el equipo de Berkeley notó que si bien la causa podría ser la producción de un isótopo del elemento 103, no se podían descartar otras posibilidades. Si bien los datos concuerdan razonablemente con los descubiertos posteriormente para 257 Lr ( energía de desintegración alfa 8,87 MeV, vida media 0,6 s), la evidencia obtenida en este experimento estuvo muy lejos de la fuerza requerida para demostrar de manera concluyente la síntesis del elemento 103. No se realizó un seguimiento de este experimento, ya que el objetivo fue destruido. [51] [52] Más tarde, en 1960, el Laboratorio Lawrence Berkeley intentó sintetizar el elemento bombardeando 252 Cf con 10 B y 11 B. Los resultados de este experimento no fueron concluyentes. [51]
El primer trabajo importante sobre el elemento 103 fue realizado en Berkeley por el equipo de física nuclear de Albert Ghiorso , Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh, Robert M. Latimer y sus colaboradores el 14 de febrero de 1961. [53] Los primeros átomos de lawrencio se formaron bombardeando un objetivo de tres miligramos que consistía en tres isótopos de californio con núcleos de boro -10 y boro-11 del Acelerador Lineal de Iones Pesados (HILAC). [54] El equipo de Berkeley informó que el isótopo 257 103 se detectó de esta manera y que se desintegró emitiendo una partícula alfa de 8,6 MeV con una vida media de 8 ± 2 s . [52] Esta identificación fue posteriormente corregida a 258 103, [54] ya que trabajos posteriores demostraron que 257 Lr no tenía las propiedades detectadas, pero 258 Lr sí. [52] Esto se consideró en su momento como una prueba convincente de la síntesis del elemento 103: aunque la asignación de masa era menos segura y resultó errónea, no afectó a los argumentos a favor de que el elemento 103 había sido sintetizado. Los científicos del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética ) plantearon varias críticas: todas menos una fueron respondidas adecuadamente. La excepción fue que 252 Cf era el isótopo más común en el objetivo, y en las reacciones con 10 B, 258 Lr solo podría haberse producido emitiendo cuatro neutrones, y se esperaba que emitir tres neutrones fuera mucho menos probable que emitir cuatro o cinco. Esto llevaría a una curva de rendimiento estrecha, no la amplia reportada por el equipo de Berkeley. Una posible explicación fue que hubo un bajo número de eventos atribuidos al elemento 103. [52] Este fue un paso intermedio importante para el descubrimiento incuestionable del elemento 103, aunque la evidencia no fue completamente convincente. [52] El equipo de Berkeley propuso el nombre "lawrencio" con el símbolo "Lw", en honor a Ernest Lawrence , inventor del ciclotrón . La Comisión de Nomenclatura de Química Inorgánica de la IUPAC aceptó el nombre, pero cambió el símbolo a "Lr". [55] Esta aceptación del descubrimiento fue posteriormente caracterizada como apresurada por el equipo de Dubna. [52]
El primer trabajo en Dubna sobre el elemento 103 se realizó en 1965, cuando informaron haber creado 256 103 en 1965 bombardeando 243 Am con 18 O , identificándolo indirectamente a partir de su nieta, el fermio -252. La vida media que informaron era algo demasiado alta, posiblemente debido a eventos de fondo. Trabajos posteriores de 1967 sobre la misma reacción identificaron dos energías de desintegración en los rangos 8,35-8,50 MeV y 8,50-8,60 MeV: estas fueron asignadas a 256 103 y 257 103. [52] A pesar de repetidos intentos, no pudieron confirmar la asignación de un emisor alfa con una vida media de 8 segundos a 257 103. [56] [57] Los rusos propusieron el nombre "rutherfordio" para el nuevo elemento en 1967: [51] [58] este nombre fue propuesto posteriormente por Berkeley para el elemento 104. [ 58]
Experimentos posteriores realizados en 1969 en Dubna y en 1970 en Berkeley demostraron una química de actínidos para el nuevo elemento; por lo que en 1970 se sabía que el elemento 103 era el último actínido. [52] [59] En 1970, el grupo de Dubna informó sobre la síntesis de 255 103 con una vida media de 20 s y una energía de desintegración alfa de 8,38 MeV. [52] Sin embargo, no fue hasta 1971, cuando el equipo de física nuclear de la Universidad de California en Berkeley realizó con éxito toda una serie de experimentos destinados a medir las propiedades de desintegración nuclear de los isótopos de lawrencio con números de masa de 255 a 260, [60] [61] que todos los resultados anteriores de Berkeley y Dubna se confirmaron, aparte de la asignación errónea inicial del grupo de Berkeley de su primer isótopo producido a 257 103 en lugar del probablemente correcto 258 103. [52] Todas las dudas finales se disiparon en 1976 y 1977 cuando se midieron las energías de los rayos X emitidos desde 258 103. [52]
En 1971, la IUPAC concedió el descubrimiento del lawrencio al Laboratorio Lawrence Berkeley, a pesar de que no disponían de datos ideales sobre la existencia del elemento. Pero en 1992, el Grupo de Trabajo de Transferencia de la IUPAC (TWG) reconoció oficialmente a los equipos de física nuclear de Dubna y Berkeley como codescubridores del lawrencio, [62] concluyendo que, si bien los experimentos de Berkeley de 1961 fueron un paso importante para el descubrimiento del lawrencio, aún no eran totalmente convincentes; y aunque los experimentos de Dubna de 1965, 1968 y 1970 se acercaron mucho al nivel de confianza necesario tomados en conjunto, sólo los experimentos de Berkeley de 1971, que aclararon y confirmaron observaciones anteriores, finalmente dieron como resultado una confianza completa en el descubrimiento del elemento 103. [51] [55] Debido a que el nombre "lawrencio" había estado en uso durante mucho tiempo en este punto, fue retenido por la IUPAC, [51] y en agosto de 1997, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ratificó el nombre lawrencio y el símbolo "Lr" durante una reunión en Ginebra . [55]
El lawrencio es el último actínido . Los autores que estudian el tema generalmente lo consideran un elemento del grupo 3 , junto con el escandio , el itrio y el lutecio , ya que se espera que su capa f llena lo haga parecerse a los otros metales de transición del séptimo período . En la tabla periódica , está a la derecha del actínido nobelio , a la izquierda del metal de transición 6d rutherfordio y debajo del lantánido lutecio con el que comparte muchas propiedades físicas y químicas. Se espera que el lawrencio sea un sólido en condiciones normales y tenga una estructura cristalina compacta hexagonal ( c / a = 1,58), similar a su congénere más ligero , el lutecio, aunque esto aún no se conoce experimentalmente. [7] La entalpía de sublimación del lawrencio se estima en 352 kJ/mol, cerca del valor del lutecio y sugiriendo fuertemente que el lawrencio metálico es trivalente con tres electrones deslocalizados , una predicción también apoyada por una extrapolación sistemática de los valores de calor de vaporización , módulo volumétrico y volumen atómico de elementos vecinos al lawrencio. [63] Esto lo hace diferente a los actínidos tardíos inmediatamente anteriores que se sabe que son (fermio y mendelevio) o se espera que sean (nobelio) divalentes. [64] Las entalpías de vaporización estimadas muestran que el lawrencio se desvía de la tendencia de los actínidos tardíos y en cambio coincide con la tendencia de los elementos 6d siguientes, rutherfordio y dubnio, [65] [66] consistente con la interpretación del lawrencio como un elemento del grupo 3. [66] Algunos científicos prefieren terminar los actínidos con nobelio y consideran que el lawrencio es el primer metal de transición del séptimo período. [67] [68]
Se espera que el lawrencio sea un metal trivalente, plateado, fácilmente oxidado por el aire, el vapor y los ácidos , [69] y que tenga un volumen atómico similar al del lutecio y un radio metálico trivalente de 171 pm . [63] Se espera que sea un metal bastante pesado con una densidad de alrededor de 14,4 g/cm 3 . [4] También se predice que tenga un punto de fusión de alrededor de 1900 K (1600 °C ), no muy lejos del valor del lutecio (1925 K). [70]
En 1949, Glenn T. Seaborg , quien ideó el concepto de actínido , predijo que el elemento 103 (lawrencio) debería ser el último actínido y que el ion Lr 3+ debería ser tan estable como Lu 3+ en solución acuosa . No fue hasta décadas después que el elemento 103 finalmente se sintetizó de manera concluyente y esta predicción se confirmó experimentalmente. [71]
Estudios sobre el elemento, realizados en 1969, mostraron que el lawrencio reacciona con el cloro para formar un producto que probablemente era el tricloruro, LrCl 3 . Se encontró que su volatilidad era similar a los cloruros de curio , fermio y nobelio y mucho menor que la del cloruro de rutherfordio . En 1970, se realizaron estudios químicos en 1500 átomos de 256 Lr, comparándolo con elementos divalentes ( No , Ba , Ra ), trivalentes ( Fm , Cf , Cm , Am , Ac ) y tetravalentes ( Th , Pu ). Se encontró que el lawrencio se coextraía con los iones trivalentes, pero la corta vida media del 256 Lr impedía confirmar que se eluía antes que el Md 3+ en la secuencia de elución. [71] El lawrencio se presenta como el ion trivalente Lr 3+ en solución acuosa y, por lo tanto, sus compuestos deberían ser similares a los de los otros actínidos trivalentes: por ejemplo, el fluoruro de lawrencio (III) ( LrF 3 ) y el hidróxido ( Lr(OH) 3 ) deberían ser ambos insolubles en agua. [71] Debido a la contracción del actínido , el radio iónico de Lr 3+ debería ser menor que el de Md 3+ y debería eluir antes que Md 3+ cuando se utiliza α-hidroxiisobutirato de amonio (α-HIB de amonio) como eluyente. [71] Experimentos posteriores de 1987 sobre el isótopo de vida más larga 260 Lr confirmaron la trivalencia del lawrencio y que eluía aproximadamente en el mismo lugar que el erbio , y encontraron que el radio iónico del lawrencio era88,6 ± 0,3 pm , mayor de lo que se esperaría de una simple extrapolación de tendencias periódicas . [71] Experimentos posteriores de 1988 con más átomos de lawrencio refinaron esto a88,1 ± 0,1 pm y se calculó un valor de entalpía de hidratación de−3685 ± 13 kJ/mol . [71] También se encontró que la contracción de los actínidos al final de los actínidos era mayor que la contracción análoga de los lantánidos, con la excepción del último actínido, el lawrencio: se especuló que la causa eran los efectos relativistas. [71]
Se ha especulado que los electrones 7s están estabilizados relativistamente, de modo que en condiciones reductoras, solo el electrón 7p 1/2 estaría ionizado, dando lugar al ion monovalente Lr + . Sin embargo, todos los experimentos para reducir Lr 3+ a Lr 2+ o Lr + en solución acuosa no tuvieron éxito, de manera similar al lutecio. Sobre la base de esto, se calculó que el potencial de electrodo estándar del par E ° ( Lr 3+ → Lr + ) era menor que −1,56 V , lo que indica que era improbable la existencia de iones Lr + en solución acuosa. Se predijo que el límite superior para el par E °( Lr 3+ → Lr 2+ ) sería −0,44 V: se predice que los valores para E °( Lr 3+ → Lr ) y E °( Lr 4+ → Lr 3+ ) serían −2,06 V y +7,9 V. [71] La estabilidad del estado de oxidación del grupo en la serie de transición 6d disminuye a medida que Rf IV > Db V > Sg VI , y el lawrencio continúa la tendencia con Lr III siendo más estable que Rf IV . [72]
En la molécula dihidruro de lawrencio ( LrH 2 ), que se predice que estará doblada , no se espera que el orbital 6d del lawrencio desempeñe un papel en el enlace, a diferencia del dihidruro de lantano ( LaH 2 ). LaH 2 tiene distancias de enlace La–H de 2,158 Å, mientras que LrH 2 debería tener distancias de enlace Lr–H más cortas de 2,042 Å debido a la contracción relativista y la estabilización de los orbitales 7s y 7p involucrados en el enlace, en contraste con la subcapa 5f similar al núcleo y la subcapa 6d casi no involucrada. En general, se espera que el LrH 2 y el LrH moleculares se asemejen a las especies de talio correspondientes (talio que tiene una configuración de valencia 6s 2 6p 1 en la fase gaseosa, como el 7s 2 7p 1 del lawrencio ) más que las especies de lantánidos correspondientes . [73] Se espera que las configuraciones electrónicas de Lr + y Lr 2+ sean 7s 2 y 7s 1 respectivamente. Sin embargo, en especies donde los tres electrones de valencia del lawrencio están ionizados para dar al menos formalmente el catión Lr 3+ , se espera que el lawrencio se comporte como un actínido típico y el congénere más pesado del lutecio, especialmente porque se predice que los primeros tres potenciales de ionización del lawrencio son similares a los del lutecio. Por lo tanto, a diferencia del talio pero al igual que el lutecio, el lawrencio preferiría formar LrH 3 que LrH, y se espera que Lr CO sea similar al también desconocido LuCO, ambos metales tienen configuración de valencia σ 2 π 1 en sus monocarbonilos. Se espera que el enlace pπ–dπ se vea en LrCl 3 tal como se ve para LuCl 3 y más generalmente todos los LnCl 3 . Se espera que el anión complejo [Lr(C 5 H 4 SiMe 3 ) 3 ] − sea estable con una configuración de 6d 1 para lawrencio; este orbital 6d sería su orbital molecular ocupado más alto . Esto es análogo a la estructura electrónica del compuesto análogo de lutecio. [74]
El lawrencio tiene tres electrones de valencia : los electrones 5f están en el núcleo atómico. [75] En 1970, se predijo que la configuración electrónica del estado fundamental del lawrencio era [Rn]5f 14 6d 1 7s 2 ( símbolo del término del estado fundamental 2 D 3/2 ), según el principio de Aufbau y conforme a la configuración [Xe]4f 14 5d 1 6s 2 del homólogo más ligero del lawrencio, el lutecio. [76] Pero al año siguiente, se publicaron cálculos que cuestionaron esta predicción, esperando en cambio una configuración anómala [Rn]5f 14 7s 2 7p 1. [76] Aunque los primeros cálculos dieron resultados contradictorios, [77] estudios y cálculos más recientes confirman la sugerencia s 2 p. [78] [79] Los cálculos relativistas de 1974 concluyeron que la diferencia de energía entre las dos configuraciones era pequeña y que no estaba claro cuál era el estado fundamental. [76] Los cálculos posteriores de 1995 concluyeron que la configuración s 2 p debería ser favorecida energéticamente, porque los orbitales esféricos s y p 1/2 son los más cercanos al núcleo atómico y, por lo tanto, se mueven lo suficientemente rápido como para que su masa relativista aumente significativamente. [76]
En 1988, un equipo de científicos dirigido por Eichler calculó que la entalpía de adsorción del lawrencio sobre fuentes metálicas diferiría lo suficiente dependiendo de su configuración electrónica como para que fuera factible llevar a cabo experimentos para explotar este hecho para medir la configuración electrónica del lawrencio. [76] Se esperaba que la configuración s 2 p fuera más volátil que la configuración s 2 d, y más similar a la del elemento del bloque p plomo . No se obtuvo evidencia de que el lawrencio fuera volátil y el límite inferior para la entalpía de adsorción del lawrencio sobre cuarzo o platino fue significativamente más alto que el valor estimado para la configuración s 2 p. [76]
En 2015, se midió la primera energía de ionización del lawrencio, utilizando el isótopo 256 Lr. [6] El valor medido, 4,96+0,08
−0,07 eV , concordó muy bien con la predicción teórica relativista de 4.963(15) eV, y también proporcionó un primer paso para medir las primeras energías de ionización de los transactínidos . [6] Este valor es el más bajo entre todos los lantánidos y actínidos, y apoya laconfiguración s 2 p ya que se espera que el electrón 7p 1/2 esté solo débilmente unido. Como las energías de ionización generalmente aumentan de izquierda a derecha en el bloque f, este bajo valor sugiere que el lutecio y el lawrencio pertenecen al bloque d (cuya tendencia siguen) y no al bloque f. Eso los convertiría en los congéneres más pesados del escandio y el itrio , en lugar del lantano y el actinio . [80] Aunque se ha predichoalgún comportamiento similar al del metal alcalino , [81] los experimentos de adsorción sugieren que el lawrencio es trivalente como el escandio y el itrio, no monovalente como los metales alcalinos. [65] En 2021 se encontró experimentalmente un límite inferior para la segunda energía de ionización del lawrencio (>13,3 eV). [82]
Aunque ahora se sabe que s 2 p es la configuración del estado fundamental del átomo de lawrencio, ds 2 debería ser una configuración de estado excitado de baja altitud, con una energía de excitación calculada de diversas formas como 0,156 eV, 0,165 eV o 0,626 eV. [74] Como tal, el lawrencio todavía puede considerarse un elemento del bloque d, aunque con una configuración electrónica anómala (como el cromo o el cobre ), ya que su comportamiento químico coincide con las expectativas para un análogo más pesado del lutecio. [66]
Se conocen catorce isótopos de lawrencio, con número de masa 251-262, 264 y 266; todos son radiactivos. [83] [84] [85] Se conocen siete isómeros nucleares . El isótopo de vida más larga, 266 Lr, tiene una vida media de aproximadamente diez horas y es uno de los isótopos superpesados de vida más larga conocidos hasta la fecha. [86] Sin embargo, los isótopos de vida más corta se utilizan generalmente en experimentos químicos porque 266 Lr actualmente solo se puede producir como un producto de desintegración final de elementos aún más pesados y difíciles de producir: fue descubierto en 2014 en la cadena de desintegración de 294 Ts . [83] [84] El 256 Lr (vida media de 27 segundos) se utilizó en los primeros estudios químicos sobre el lawrencio: actualmente, se suele utilizar para este propósito el 260 Lr de vida media más larga (vida media de 2,7 minutos). [83] Después del 266 Lr, los isótopos de vida más larga son el 264 Lr (4.8+2,2
-1,3 h ), 262 Lr (3,6 h) y 261 Lr (44 min). [83] [87] [88] Todos los demás isótopos de lawrencio conocidos tienen vidas medias inferiores a 5 minutos, y el de vida más corta de ellos ( 251 Lr) tiene una vida media de 24,4 milisegundos. [85] [87] [88] [89] Las vidas medias de los isótopos de lawrencio aumentan en su mayoría de manera suave de 251 Lr a 266 Lr, con una caída de 257 Lr a 259 Lr. [83] [87] [88]
La mayoría de los isótopos de lawrencio se pueden producir bombardeando objetivos de actínidos ( americio a einstenio ) con iones ligeros (desde boro hasta neón). Los dos isótopos más importantes, 256 Lr y 260 Lr, se pueden producir respectivamente bombardeando californio -249 con iones de boro -11 de 70 MeV (produciendo lawrencio-256 y cuatro neutrones ) y bombardeando berkelio -249 con oxígeno -18 (produciendo lawrencio-260, una partícula alfa y tres neutrones). [90] Los dos isótopos conocidos más pesados y de vida más larga, 264 Lr y 266 Lr, solo se pueden producir con rendimientos mucho más bajos como productos de desintegración del dubnio, cuyos progenitores son isótopos de moscovio y tenesina.
Tanto el 256 Lr como el 260 Lr tienen vidas medias demasiado cortas para permitir un proceso de purificación química completo. Por lo tanto, los primeros experimentos con 256 Lr utilizaron una extracción rápida con disolventes , con el agente quelante tenoiltrifluoroacetona (TTA) disuelto en metil isobutil cetona (MIBK) como fase orgánica, y con la fase acuosa siendo soluciones de acetato tamponadas . Los iones de diferente carga (+2, +3 o +4) se extraerán entonces en la fase orgánica en diferentes rangos de pH , pero este método no separará los actínidos trivalentes y, por lo tanto, el 256 Lr debe identificarse por sus partículas alfa de 8,24 MeV emitidas. [90] Los métodos más recientes han permitido que se produzca una elución selectiva rápida con α-HIB en el tiempo suficiente para separar el isótopo de vida más larga 260 Lr, que se puede eliminar de la lámina colectora con ácido clorhídrico 0,05 M. [90 ]
El lawrencio (Lw) fue sintetizado por primera vez el 14 de febrero de 1961 por un equipo dirigido por Ghiorso, quien fue codescubridor de un récord de 12 elementos químicos en la tabla periódica.
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