El rutherfordio ( 104 Rf) es un elemento sintético y, por lo tanto, no tiene isótopos estables . No se puede proporcionar un peso atómico estándar . El primer isótopo que se sintetizó fue el 259 Rf en 1966 o el 257 Rf en 1969. Hay 16 radioisótopos conocidos desde el 253 Rf hasta el 270 Rf (3 de los cuales, 266 Rf, 268 Rf y 270 Rf, no están confirmados) y varios isómeros . El isótopo de vida más larga es el 267 Rf con una vida media de 48 minutos, y el isómero de vida más larga es el 263m Rf con una vida media de 8 segundos.
^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
^ # – Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).
^ abc # – Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
^
Modos de descomposición:
^ ( ) valor de giro: indica giro con argumentos de asignación débiles.
^ abc El descubrimiento de este isótopo no está confirmado
^ No se sintetiza directamente, se produce en la cadena de desintegración de 282 Nh
^ No se sintetiza directamente, se produce en la cadena de desintegración de 287 Fl
^ No se sintetiza directamente, se produce en la cadena de desintegración de 288 Mc
^ No se sintetiza directamente, se produce en la cadena de desintegración de 294 Ts
Nucleosíntesis
Los elementos superpesados como el rutherfordio se producen bombardeando elementos más ligeros en aceleradores de partículas que inducen reacciones de fusión . Mientras que la mayoría de los isótopos del rutherfordio se pueden sintetizar directamente de esta manera, algunos de los más pesados solo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos más altos . [30]
Dependiendo de las energías involucradas, los primeros se separan en "calientes" y "fríos". En las reacciones de fusión caliente, proyectiles muy ligeros y de alta energía se aceleran hacia objetivos muy pesados ( actínidos ), dando lugar a núcleos compuestos a alta energía de excitación (~40–50 MeV ) que pueden fisionarse o evaporar varios neutrones (3 a 5). [30] En las reacciones de fusión fría, los núcleos fusionados producidos tienen una energía de excitación relativamente baja (~10–20 MeV), lo que disminuye la probabilidad de que estos productos experimenten reacciones de fisión. A medida que los núcleos fusionados se enfrían al estado fundamental , requieren la emisión de solo uno o dos neutrones y, por lo tanto, permiten la generación de productos más ricos en neutrones. [31] Este último es un concepto distinto del de la fusión nuclear que se afirma que se logra en condiciones de temperatura ambiente (ver fusión fría ). [32]
Estudios de fusión en caliente
La síntesis de rutherfordio fue intentada por primera vez en 1964 por el equipo de Dubna utilizando la reacción de fusión en caliente de proyectiles de neón -22 con objetivos de plutonio -242:
El primer estudio produjo evidencia de una fisión espontánea con una vida media de 0,3 segundos y otro de 8 segundos. Si bien la primera observación finalmente se retractó, la última finalmente se asoció con el isótopo 259 Rf. [33] En 1966, el equipo soviético repitió el experimento utilizando un estudio químico de productos de cloruro volátiles. Identificaron un cloruro volátil con propiedades de eka-hafnio que se desintegraba rápidamente a través de la fisión espontánea. Esto proporcionó una fuerte evidencia de la formación de RfCl 4 , y aunque no se midió una vida media con precisión, la evidencia posterior sugirió que el producto era muy probablemente 259 Rf. El equipo repitió el experimento varias veces durante los siguientes años y, en 1971, revisaron la vida media de fisión espontánea para el isótopo a 4,5 segundos. [33]
En 1969, investigadores de la Universidad de California , dirigidos por Albert Ghiorso , intentaron confirmar los resultados originales comunicados en Dubna. En una reacción del curio -248 con el oxígeno-16 , no pudieron confirmar el resultado del equipo soviético, pero lograron observar la fisión espontánea del 260 Rf con una vida media muy corta de 10-30 ms:
En 1970, el equipo estadounidense también estudió la misma reacción con oxígeno-18 e identificó al 261 Rf con una vida media de 65 segundos (posteriormente refinada a 75 segundos). [34] [35] Experimentos posteriores en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California también revelaron la formación de un isómero de vida corta del 262 Rf (que sufre fisión espontánea con una vida media de 47 ms), [36] y actividades de fisión espontánea con vidas medias largas asignadas tentativamente al 263 Rf. [37]
Diagrama del montaje experimental utilizado en el descubrimiento de los isótopos 257Rf y 259Rf
El equipo de Ghiorso también investigó la reacción del californio -249 con el carbono-13 , indicando la formación del efímero 258 Rf (que sufre fisión espontánea en 11 ms): [38]
Al intentar confirmar estos resultados utilizando carbono-12 , también observaron las primeras desintegraciones alfa de 257 Rf. [38]
La reacción del berkelio -249 con el nitrógeno -14 se estudió por primera vez en Dubna en 1977 y en 1985 los investigadores confirmaron allí la formación del isótopo 260 Rf, que sufre una rápida fisión espontánea en 28 ms: [33]
El equipo determinó una vida media de 2,1 segundos, en contraste con informes anteriores de 47 ms y sugirió que las dos vidas medias podrían deberse a diferentes estados isoméricos de 262 Rf. [39] Estudios sobre la misma reacción por un equipo en Dubna, condujeron a la observación en 2000 de desintegraciones alfa de 261 Rf y fisiones espontáneas de 261m Rf. [40]
La primera vez que se informó sobre la reacción de fusión en caliente utilizando un blanco de uranio en Dubna fue en 2000:
Observaron desintegraciones de 260 Rf y 259 Rf, y posteriormente de 259 Rf. En 2006, como parte de su programa sobre el estudio de objetivos de uranio en reacciones de fusión en caliente, el equipo del LBNL también observó 261 Rf. [40] [41] [42]
Estudios de fusión fría
Los primeros experimentos de fusión fría con el elemento 104 se realizaron en 1974 en Dubna, utilizando núcleos ligeros de titanio-50 apuntados a objetivos isotópicos de plomo-208:
La medición de una actividad de fisión espontánea se asignó a 256 Rf, [43] mientras que estudios posteriores realizados en el Gesellschaft für Schwerionenforschung Institute (GSI), también midieron las propiedades de desintegración de los isótopos 257 Rf y 255 Rf. [44] [45]
En 1974, investigadores de Dubna investigaron la reacción del plomo-207 con titanio-50 para producir el isótopo 255 Rf. [46] En un estudio de 1994 en GSI que utilizó el isótopo plomo-206, se detectaron tanto 255 Rf como 254 Rf. Ese año se detectó de manera similar 253 Rf cuando se utilizó plomo-204 en su lugar. [45]
Estudios de descomposición
La mayoría de los isótopos con una masa atómica inferior a 262 también se han observado como productos de desintegración de elementos con un número atómico superior , lo que ha permitido refinar sus propiedades medidas previamente. Los isótopos más pesados del rutherfordio solo se han observado como productos de desintegración. Por ejemplo, se observaron algunos eventos de desintegración alfa que terminaban en 267 Rf en la cadena de desintegración del darmstadtio -279 desde 2004:
Éste sufrió además una fisión espontánea con una vida media de aproximadamente 1,3 h. [47] [48] [49]
Las investigaciones sobre la síntesis del isótopo dubnio -263 en 1999 en la Universidad de Berna revelaron eventos consistentes con la captura de electrones para formar 263 Rf. Se separó una fracción de rutherfordio y se observaron varios eventos de fisión espontánea con vidas medias largas de aproximadamente 15 minutos, así como desintegraciones alfa con vidas medias de aproximadamente 10 minutos. [37] Los informes sobre la cadena de desintegración del flerovio -285 en 2010 mostraron cinco desintegraciones alfa secuenciales que terminan en 265 Rf, que luego sufre una fisión espontánea con una vida media de 152 segundos. [50]
En 2004 se obtuvieron algunas pruebas experimentales de la presencia de un isótopo más pesado, el 268 Rf, en la cadena de desintegración de un isótopo del moscovio :
Sin embargo, el último paso de esta cadena era incierto. Después de observar los cinco eventos de desintegración alfa que generan dubnio -268, se observaron eventos de fisión espontánea con una vida media larga. No está claro si estos eventos se debieron a la fisión espontánea directa de 268 Db, o si 268 Db produjo eventos de captura de electrones con vidas medias largas para generar 268 Rf. Si este último se produce y se desintegra con una vida media corta, no se pueden distinguir las dos posibilidades. [51] Dado que la captura de electrones de 268 Db no se puede detectar, estos eventos de fisión espontánea pueden deberse a 268 Rf, en cuyo caso no se puede extraer la vida media de este isótopo. [27] [52] Se propone un mecanismo similar para la formación del isótopo aún más pesado 270 Rf como una hija de corta vida de 270 Db (en la cadena de desintegración de 294 Ts, sintetizada por primera vez en 2010) que luego sufre fisión espontánea: [28]
Según un informe de 2007 sobre la síntesis de nihonio , se observó dos veces que el isótopo 282 Nh sufría una desintegración similar para formar 266 Db. En un caso, este sufrió una fisión espontánea con una vida media de 22 minutos. Dado que no se puede detectar la captura de electrones de 266 Db, estos eventos de fisión espontánea pueden deberse a 266 Rf, en cuyo caso no se puede extraer la vida media de este isótopo. En el otro caso, no se observó ningún evento de fisión espontánea; podría haberse pasado por alto, o 266 Db podría haber sufrido dos desintegraciones alfa más para formar 258 Md de larga duración , con una vida media (51,5 días) más larga que el tiempo total del experimento. [25] [53]
Isomería nuclear
Esquema de nivel de desintegración sugerido actualmente para 257 Rf g,m a partir de los estudios informados en 2007 por Hessberger et al. en GSI [54]
Varios estudios tempranos sobre la síntesis de 263 Rf han indicado que este nucleido se desintegra principalmente por fisión espontánea con una vida media de 10 a 20 minutos. Más recientemente, un estudio de los isótopos de hassio permitió la síntesis de átomos de 263 Rf que se desintegran con una vida media más corta de 8 segundos. Estos dos modos de desintegración diferentes deben estar asociados con dos estados isoméricos, pero las asignaciones específicas son difíciles debido al bajo número de eventos observados. [37]
Durante la investigación sobre la síntesis de isótopos de rutherfordio utilizando la reacción 244 Pu( 22 Ne,5n) 261 Rf, se descubrió que el producto sufría una desintegración alfa exclusiva de 8,28 MeV con una vida media de 78 segundos. Estudios posteriores en GSI sobre la síntesis de isótopos de copernicio y hassio produjeron datos contradictorios, ya que se descubrió que el 261 Rf producido en la cadena de desintegración sufría una desintegración alfa de 8,52 MeV con una vida media de 4 segundos. Resultados posteriores indicaron una rama de fisión predominante. Estas contradicciones llevaron a algunas dudas sobre el descubrimiento del copernicio. El primer isómero se denomina actualmente 261a Rf (o simplemente 261 Rf) mientras que el segundo se denomina 261b Rf (o 261m Rf). Sin embargo, se cree que el primer núcleo pertenece a un estado fundamental de alto espín y el último a un estado metaestable de bajo espín. [55]
El descubrimiento y confirmación de 261b Rf proporcionó pruebas del descubrimiento del copernicio en 1996. [56]
Un estudio espectroscópico detallado de la producción de núcleos de 257 Rf mediante la reacción 208 Pb( 50 Ti,n) 257 Rf permitió la identificación de un nivel isomérico en 257 Rf. El trabajo confirmó que 257g Rf tiene un espectro complejo con 15 líneas alfa. Se calculó un diagrama de estructura de niveles para ambos isómeros. [57] También se informaron isómeros similares para 256 Rf. [58]
Rendimientos químicos de los isótopos
Fusión fría
La siguiente tabla muestra las secciones transversales y las energías de excitación de las reacciones de fusión fría que producen isótopos de rutherfordio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. + representa un canal de salida observado.
Fusión caliente
La siguiente tabla muestra las secciones transversales y las energías de excitación de las reacciones de fusión en caliente que producen isótopos de rutherfordio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. + representa un canal de salida observado.
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