El lawrencio es un elemento químico sintético ; tiene símbolo Lr (antes Lw ) y número atómico 103. Lleva el nombre en honor a Ernest Lawrence , inventor del ciclotrón , dispositivo que sirvió para descubrir muchos elementos radiactivos artificiales . Un metal radiactivo , el lawrencio es el undécimo elemento transuránico y el último miembro de la serie de actínidos . Como todos los elementos con un número atómico superior a 100, el lawrencio sólo puede producirse 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 media más corta (vida media de 2,7 minutos) se usa más comúnmente en química porque puede producirse a mayor escala.
Los experimentos de química 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, teniendo 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, muchas afirmaciones sobre la síntesis de lawrencio de diversa calidad se hicieron en laboratorios de la Unión Soviética y los Estados Unidos . La prioridad del descubrimiento y, por tanto, el nombre del elemento, fue objeto de disputa entre científicos soviéticos y estadounidenses. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) inicialmente estableció lawrencio como el nombre oficial del elemento y le dio al equipo estadounidense el crédito por el descubrimiento; esto fue reevaluado en 1997, dando a ambos equipos el crédito compartido por el descubrimiento pero sin cambiar el nombre del elemento.
Un núcleo atómico superpesado [a] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [b] en uno; En términos generales, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa, mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [13] 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. [14] 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. [14]
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. [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 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. [14]
La fusión resultante es un estado excitado [18] , denominado núcleo compuesto , y por 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 , 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. [19] 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. [20] [d]
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. [22] 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. [22] La transferencia tarda unos 10 −6 segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [25] El núcleo se registra nuevamente una vez registrada su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [22]
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. [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 que los núcleos superpesados [29] y hasta ahora se ha observado [30] 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, [32] y el nucleido más ligero que sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [33] 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. [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 utilice 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 casos 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 la fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) al nobelio (elemento 102), [36] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [37] 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. [28] [38] 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. [28] [38] 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. [39] Los experimentos con núcleos superpesados más ligeros, [40] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [36] 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). [22] 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 1958, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley afirmaron el descubrimiento del 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 energía de decadencia alrededor9 ± 1 MeV y vida media alrededor de 0,25 s; El equipo de Berkeley observó 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 más tarde para 257 Lr ( energía de desintegración alfa 8,87 MeV, vida media 0,6 s), la evidencia obtenida en este experimento estuvo muy por debajo de la fuerza requerida para demostrar de manera concluyente la síntesis del elemento 103. Este experimento no se realizó porque 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 lo realizó en Berkeley el equipo de física nuclear formado por Albert Ghiorso , Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh, Robert M. Latimer y sus colaboradores el 14 de febrero de 1961. [53] Los primeros átomos de lawrencium se produjeron bombardeando un objetivo de tres miligramos compuesto por 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 ± 2s . [52] Esta identificación se corrigió posteriormente 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 ese momento como una prueba convincente de la síntesis del elemento 103: si bien la asignación de masa era menos segura y resultó ser errónea, no afectó los argumentos a favor de que el elemento 103 había sido sintetizado. Los científicos del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Dubna (entonces en la Unión Soviética ) plantearon varias críticas: todas menos una recibieron respuesta adecuada. La excepción fue que 252 Cf era el isótopo más común en el objetivo, y en las reacciones con 10 B, 258 Lr sólo podría haberse producido emitiendo cuatro neutrones, y se esperaba que emitir tres neutrones fuera mucho menos probable que emitir cuatro o más. cinco. Esto conduciría a una curva de rendimiento estrecha, no a la amplia que informó 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 "lawrencium" 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 produjo en 1965, cuando informaron haber obtenido 256 103 en 1965 bombardeando 243 Am con 18 O , identificándolo indirectamente de su nieta fermio -252. La vida media que informaron fue demasiado alta, posiblemente debido a eventos de fondo. Posteriormente, un trabajo de 1967 sobre la misma reacción identificó dos energías de desintegración en los rangos de 8,35 a 8,50 MeV y de 8,50 a 8,60 MeV: estas fueron asignadas a 256 103 y 257 103. [52] A pesar de repetidos intentos, no pudieron confirmar la asignación de una energía alfa. emisor 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 más tarde por Berkeley para el elemento 104 . [58]
Otros experimentos realizados en 1969 en Dubna y en 1970 en Berkeley demostraron una química actínida para el nuevo elemento; así en 1970 se sabía que el elemento 103 es el último actínido. [52] [59] En 1970, el grupo Dubna informó 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 másicos de 255 a 260, [60] [61] que todos los resultados anteriores de Berkeley y Dubna fueron confirmados, aparte de la asignación errónea inicial del grupo de Berkeley de su primer isótopo producido al 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 por 258 103. [52]
En 1971, la IUPAC concedió el descubrimiento del lawrencio al Laboratorio Lawrence Berkeley, aunque no disponían de datos ideales sobre la existencia del elemento. Pero en 1992, el Grupo de Trabajo sobre Transfermio (TWG) de la IUPAC reconoció oficialmente a los equipos de física nuclear de Dubna y Berkeley como codescubridores del lawrencio, y concluyó que, si bien los experimentos de Berkeley de 1961 fueron un paso importante hacia el descubrimiento del lawrencio, aún no eran completamente convincentes. ; y si bien los experimentos de Dubna de 1965, 1968 y 1970 se acercaron mucho al nivel necesario de confianza en conjunto, sólo los experimentos de Berkeley de 1971, que aclararon y confirmaron observaciones anteriores, finalmente dieron como resultado una confianza total en el descubrimiento del elemento 103. [51 ] [55] Debido a que el nombre "lawrencium" se había utilizado durante mucho tiempo en ese momento, la IUPAC lo retuvo, [51] y en agosto de 1997, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ratificó el nombre. lawrencium y el símbolo "Lr" durante una reunión en Ginebra . [55]
Lawrencium es el último actínido . Los autores que analizan 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 hexagonal compacta ( c / a = 1,58), similar a su congénere más ligero , el lutecio, aunque esto aún no se sabe experimentalmente. [5] La entalpía de sublimación del lawrencio se estima en 352 kJ/mol, cercana al valor del lutecio y lo que sugiere fuertemente que el lawrencio metálico es trivalente con tres electrones deslocalizados , una predicción también respaldada por una extrapolación sistemática de los valores de calor de vaporización , módulo de masa y volumen atómico de los elementos vecinos al lawrencio: [62] esto lo diferencia de los actínidos tardíos inmediatamente anteriores, que se sabe que son (fermio y mendelevio) o se espera que sean (nobelio) divalentes. [63] Las entalpías estimadas de vaporización muestran que lawrencium se desvía de la tendencia de los actínidos tardíos y, en cambio, coincide con la tendencia de los sucesivos elementos 6d rutherfordium y dubnium, [64] [65] consistente con la interpretación de lawrencium como un elemento del grupo 3. [65] Algunos científicos prefieren terminar los actínidos con nobelio y consideran al lawrencio como el primer metal de transición del séptimo período. [66] [67]
Específicamente, se espera que el lawrencio sea un metal plateado trivalente, fácilmente oxidable por el aire, el vapor y los ácidos , [68] y que tenga un volumen atómico similar al del lutecio y un radio metálico trivalente de 171 pm . [62] Se espera que sea un metal bastante pesado con una densidad de alrededor de 14,4 g/cm 3 . [2] También se predice que tendrá un punto de fusión de alrededor de 1900 K (1600 °C ), no muy lejos del valor del lutecio (1925 K). [69]
En 1949, Glenn T. Seaborg , que 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 el 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. [70]
Los estudios de 1969 sobre el elemento demostraron que el lawrencio reacciona con el cloro para formar un producto que probablemente era el tricloruro, LrCl 3 . Se descubrió que su volatilidad era similar a la de los cloruros de curio , fermio y nobelio y mucho menor que la del cloruro de rutherfordio . En 1970, se realizaron estudios químicos sobre 1500 átomos de 256 Lr, comparándolo con elementos divalentes ( No , Ba , Ra ), trivalentes ( Fm , Cf , Cm , Am , Ac ) y tetravalentes ( Th , Pu ). Se descubrió que lawrencium se coextraía con los iones trivalentes, pero la corta vida media de 256 Lr impidió confirmar que eluyó antes que Md 3+ en la secuencia de elución. [70] El lawrencio se presenta como el ion trivalente Lr 3+ en solución acuosa y, por lo tanto, sus compuestos deben ser similares a los de otros actínidos trivalentes: por ejemplo, fluoruro de lawrencio (III) ( LrF 3 ) e hidróxido ( Lr(OH) 3). ) deben ser ambos insolubles en agua. [70] Debido a la contracción actínida , el radio iónico de Lr 3+ debe ser menor que el de Md 3+ , y debe eluir antes que Md 3+ cuando se utiliza α-hidroxiisobutirato de amonio (α-HIB de amonio) como eluyente. [70] Experimentos posteriores de 1987 con el isótopo de vida más larga 260 Lr confirmaron la trivalencia del lawrencio y que eluyó aproximadamente en el mismo lugar que el erbio , y descubrieron que el radio iónico del lawrencio era88,6 ± 0,3 pm , mayor de lo que se esperaría a partir de una simple extrapolación de tendencias periódicas . [70] Experimentos posteriores de 1988 con más átomos de lawrencio refinaron esto a88,1 ± 0,1 pm y calculó una entalpía de valor de hidratación de−3685 ± 13 kJ/mol . [70] También se encontró que la contracción de actínido al final de los actínidos era mayor que la contracción de lantánido análoga, con la excepción del último actínido, lawrencium: se especuló que la causa eran efectos relativistas. [70]
Se ha especulado que los electrones 7s están estabilizados relativistamente, de modo que en condiciones reductoras, sólo el electrón 7p 1/2 sería 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, al igual que el lutecio. Sobre la base de esto, se calculó que el potencial del electrodo estándar del par E ° ( Lr 3+ → Lr + ) era inferior a −1,56 V , lo que indica que la existencia de iones Lr + en solución acuosa era poco probable. Se predijo que el límite superior para el par E °( Lr 3+ → Lr 2+ ) sería −0,44 V: los valores para E °( Lr 3+ → Lr ) y E °( Lr 4+ → Lr 3+ ) son Se predice que será −2,06 V y +7,9 V. [70] 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 lawrencium continúa la tendencia con Lr III siendo más estable que Rf IV . [71]
En la molécula de dihidruro de lawrencio ( LrH 2 ), que se predice que estará doblada , no se espera que el orbital 6d de 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 el núcleo- como el subnivel 5f y el subnivel 6d, en su mayoría no involucrado. En general, se espera que los LrH 2 y LrH moleculares se parezcan más a las especies de talio correspondientes (el talio que tiene una configuración de valencia 6s 2 6p 1 en la fase gaseosa, como el 7s 2 7p 1 de lawrencium) que a las especies de lantánidos correspondientes . [72] 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 los primeros tres potenciales de ionización del lawrencio son Se prevé que sean 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, teniendo ambos metales una configuración de valencia σ 2 π 1 en sus monocarbonilos. Se espera que el enlace pπ-dπ se vea en LrCl 3 tal como ocurre con LuCl 3 y, más generalmente, con todo el 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 lawrencium; este orbital 6d sería su orbital molecular ocupado más alto . Esto es análogo a la estructura electrónica del compuesto análogo de lutecio. [73]
Lawrencium tiene tres electrones de valencia : los electrones 5f están en el núcleo atómico. [74] 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 al [Xe ]4f 14 5d 1 6s 2 configuración del lutecio, homólogo más ligero de lawrencium. [75] Pero al año siguiente, se publicaron cálculos que cuestionaban esta predicción, esperando en cambio una configuración anómala [Rn]5f 14 7s 2 7p 1 . [75] Aunque los primeros cálculos arrojaron resultados contradictorios, [76] estudios y cálculos más recientes confirman la sugerencia de s 2 p. [77] [78] 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. [75] Cálculos posteriores de 1995 concluyeron que la configuración s 2 p debería verse favorecida energéticamente, porque los orbitales esféricos s y p 1/2 están más cerca del núcleo atómico y, por lo tanto, se mueven lo suficientemente rápido como para que su masa relativista aumente significativamente. [75]
En 1988, un equipo de científicos dirigido por Eichler calculó que la entalpía de adsorción del lawrencio en fuentes metálicas diferiría lo suficiente dependiendo de su configuración electrónica como para que sería factible llevar a cabo experimentos para explotar este hecho para medir la configuración electrónica del lawrencio. [75] Se esperaba que la configuración s 2 p fuera más volátil que la configuración s 2 d y más similar a la del elemento de bloque p líder . 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 mayor que el valor estimado para la configuración s 2 p. [75]
En 2015 se midió la primera energía de ionización del lawrencio, utilizando el isótopo 256 Lr. [4] El valor medido, 4,96+0,08
−0,07 eV , coincidió 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 . [4] Este valor es el más bajo entre todos los lantánidos y actínidos, y respalda laconfiguración s 2 p, ya que se espera que el electrón 7p 1/2 esté débilmente unido. Como las energías de ionización generalmente aumentan de izquierda a derecha en el bloque f, este valor bajo sugiere que el lutecio y el lawrencio pertenecen al bloque d (cuya tendencia siguen) y no al bloque f. Eso los convertiría en congéneres más pesados del escandio y el itrio , en lugar del lantano y el actinio . [79] Aunquese ha predicho cierto comportamiento similar al de los metales alcalinos , [80] los experimentos de adsorción sugieren que el lawrencio es trivalente como el escandio y el itrio, no monovalente como los metales alcalinos. [64] En 2021 se encontró experimentalmente un límite inferior en la segunda energía de ionización del lawrencio (>13,3 eV).
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 bajo, con una energía de excitación calculada de diversas formas como 0,156 eV, 0,165 eV o 0,626 eV. [73] 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 de un análogo más pesado del lutecio. [sesenta y cinco]
Se conocen catorce isótopos de lawrencio, con números de masa 251–262, 264 y 266; todos son radiactivos. [82] [83] [84] Se conocen siete isómeros nucleares . El isótopo más longevo, el 266 Lr, tiene una vida media de unas diez horas y es uno de los isótopos superpesados más longevos conocidos hasta la fecha. [85] Sin embargo, los isótopos de vida más corta se suelen utilizar en experimentos químicos porque actualmente el 266 Lr solo puede producirse como producto final de la desintegración de elementos aún más pesados y difíciles de fabricar: se descubrió en 2014 en la cadena de desintegración del 294. Ts . [82] [83] En los primeros estudios químicos sobre lawrencio se utilizó 256 Lr (vida media de 27 segundos): actualmente, el 260 Lr (vida media de 2,7 minutos) de vida más larga se utiliza habitualmente para este fin. [82] Después de 266 Lr, los isótopos de vida más larga son 264 Lr (4.8+2,2
−1,3 h ), 262 Lr (3,6 h) y 261 Lr (44 min). [82] [86] [87] Todos los demás isótopos de lawrencio conocidos tienen vidas medias inferiores a 5 minutos, y el de vida más corta ( 251 Lr) tiene una vida media de 24,4 milisegundos. [84] [86] [87] [88] Las vidas medias de los isótopos de lawrencio en su mayoría aumentan suavemente de 251 Lr a 266 Lr, con una caída de 257 Lr a 259 Lr. [82] [86] [87]
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). [89] Los dos isótopos conocidos más pesados y de mayor duración, 264 Lr y 266 Lr, sólo pueden producirse con rendimientos mucho más bajos como productos de desintegración del dubnio, cuyos progenitores son isótopos de moscovio y tennessina.
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 extracción rápida con disolvente , 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) luego se extraerán en la fase orgánica en diferentes rangos de pH , pero este método no separará los actínidos trivalentes y, por lo tanto, 256 Lr deben identificarse por sus partículas alfa de 8,24 MeV emitidas. . [89] Los métodos más recientes han permitido una elución selectiva rápida con α-HIB en tiempo suficiente para separar el isótopo de vida más larga 260 Lr, que se puede eliminar de la lámina receptora con ácido clorhídrico 0,05 M. [89]
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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