El Nobelio es un elemento químico sintético ; tiene símbolo No y número atómico 102. Lleva el nombre en honor a Alfred Nobel , el inventor de la dinamita y benefactor de la ciencia. Un metal radiactivo , es el décimo elemento transuránico y es el penúltimo miembro de la serie de actínidos . Como todos los elementos con número atómico superior a 100, el nobelio sólo puede producirse en aceleradores de partículas bombardeando elementos más ligeros con partículas cargadas. Se sabe que existen un total de doce isótopos de nobelio ; el más estable es el 259 No, con una vida media de 58 minutos, pero el 255 No, de vida media más corta (vida media de 3,1 minutos), se utiliza con mayor frecuencia en química porque puede producirse a mayor escala.
Los experimentos químicos han confirmado que el nobelio se comporta como un homólogo más pesado del iterbio en la tabla periódica. Las propiedades químicas del nobelio no se conocen completamente: en su mayoría sólo se conocen en solución acuosa . Antes del descubrimiento del nobelio, se predijo que mostraría un estado de oxidación estable +2 , así como el estado +3 característico de los otros actínidos; Estas predicciones se confirmaron más tarde, ya que el estado +2 es mucho más estable que el estado +3 en solución acuosa y es difícil mantener el nobelio en el estado +3.
En las décadas de 1950 y 1960, muchas afirmaciones sobre el descubrimiento del nobelio se hicieron en laboratorios de Suecia , la Unión Soviética y los Estados Unidos . Aunque los científicos suecos pronto se retractaron de sus afirmaciones, la prioridad del descubrimiento y, por tanto, la denominación del elemento, fue objeto de disputa entre científicos soviéticos y estadounidenses. No fue hasta 1997 que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) atribuyó el descubrimiento al equipo soviético. Aun así, se mantuvo nobelio, la propuesta sueca, como nombre del elemento debido a su uso de larga data en la literatura.
Un núcleo atómico superpesado [b] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [c] 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. [11] 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. [12] 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. [12]
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. [12] [13] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [12] 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. . [d] 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. [12]
La fusión resultante es un estado excitado [16] , denominado núcleo compuesto , y por tanto es muy inestable. [12] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [17] 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. [17] 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 sus electrones externos y así mostrar sus propiedades químicas. [18] [e]
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. [20] 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. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y el momento de la llegada. [20] La transferencia tarda unos 10 −6 segundos; Para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [23] 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. [20]
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. [24] 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. [25] [26] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados [27] y hasta ahora se ha observado [28] que se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración causados por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [g] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [30] y el nucleido más ligero que sufre principalmente fisión espontánea tiene 238. [31] 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. [25] [26]
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. [33] 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. [26] 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), [34] y en 30 órdenes de magnitud del torio (elemento 90) al fermio (elemento 100). [35] El modelo anterior de gota de líquido sugería que la fisión espontánea se produciría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para los núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [26] [36] 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. [26] [36] 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. [37] Los experimentos con núcleos superpesados más ligeros, [38] así como con aquellos más cercanos a la isla esperada, [34] 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. [h]
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. [i] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estuvieran realmente relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que deben estar en el mismo lugar). [20] 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). [j] Sin embargo, la fisión espontánea 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 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. [l]
El descubrimiento del elemento 102 fue un proceso complicado y fue reivindicado por grupos de Suecia , Estados Unidos y la Unión Soviética . El primer informe completo e incontrovertible sobre su detección no llegó hasta 1966, del Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares de Dubna (entonces en la Unión Soviética). [49]
El primer anuncio del descubrimiento del elemento 102 lo hicieron físicos del Instituto Nobel de Suecia en 1957. El equipo informó que habían bombardeado un objetivo de curio con iones de carbono 13 durante veinticinco horas en intervalos de media hora. Entre bombardeos, se realizó química de intercambio iónico en el objetivo. Doce de los cincuenta bombardeos contenían muestras que emitían partículas alfa (8,5 ± 0,1) MeV , que estaban en gotas que eluían antes que el fermio (número atómico Z = 100) y el californio ( Z = 98). La vida media informada fue de 10 minutos y se asignó a 251 102 o 253 102, aunque se consideró la posibilidad de que las partículas alfa observadas fueran de un isótopo de mendelevio ( Z = 101) de vida presumiblemente corta creado a partir de la captura de electrones del elemento 102. no excluidos. [49] El equipo propuso el nombre nobelium (No) para el nuevo elemento, [50] [51] que fue inmediatamente aprobado por la IUPAC, [52] una decisión que el grupo Dubna caracterizó en 1968 como apresurada. [53]
En 1958, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley repitieron el experimento. El equipo de Berkeley, formado por Albert Ghiorso , Glenn T. Seaborg , John R. Walton y Torbjørn Sikkeland , utilizó el nuevo acelerador lineal de iones pesados (HILAC) para bombardear un objetivo de curio (95% 244 Cm y 5% 246 Cm) con Iones 13 C y 12 C. No pudieron confirmar la actividad de 8,5 MeV afirmada por los suecos, pero sí pudieron detectar desintegraciones del fermio-250, supuestamente hijo del 254 102 (producido a partir del curio-246), que tenía una vida media aparente de ~3. s. Probablemente esta afirmación también fue errónea, ya que un trabajo posterior de Dubna en 1963 demostró que la vida media del 254 No es significativamente más larga (alrededor de 50 s). Es más probable que las desintegraciones alfa observadas no provinieran del elemento 102, sino de 250 m Fm. [49]
En 1959, el equipo sueco intentó explicar la incapacidad del equipo de Berkeley para detectar el elemento 102 en 1958, sosteniendo que sí lo descubrieron. Sin embargo, trabajos posteriores han demostrado que no existen isótopos de nobelio más ligeros que el 259 No (no se podrían haber producido isótopos más pesados en los experimentos suecos) con una vida media superior a 3 minutos, y que lo más probable es que los resultados del equipo sueco sean del torio -225. , que tiene una vida media de 8 minutos y rápidamente sufre una triple desintegración alfa hasta polonio -213, que tiene una energía de desintegración de 8,53612 MeV. Esta hipótesis cobra peso por el hecho de que el torio-225 se puede producir fácilmente en la reacción utilizada y no se separaría mediante los métodos químicos utilizados. Trabajos posteriores sobre el nobelio también demostraron que el estado divalente es más estable que el trivalente y, por tanto, que las muestras que emiten las partículas alfa no podrían haber contenido nobelio, ya que el nobelio divalente no habría eluido con los otros actínidos trivalentes. [49] Por lo tanto, el equipo sueco se retractó más tarde de su afirmación y asoció la actividad a efectos de fondo. [52]
En 1959, el equipo continuó sus estudios y afirmó que eran capaces de producir un isótopo que se desintegraba predominantemente mediante la emisión de una partícula alfa de 8,3 MeV, con una vida media de 3 s con un 30% de rama de fisión espontánea asociada . La actividad se asignó inicialmente a 254 102 pero luego se cambió a 252 102. Sin embargo, también señalaron que no era seguro que el elemento 102 se hubiera producido debido a las difíciles condiciones. [49] El equipo de Berkeley decidió adoptar el nombre propuesto por el equipo sueco, "nobelium", para el elemento. [52]
Mientras tanto, en Dubná se llevaron a cabo experimentos en 1958 y 1960 con el objetivo de sintetizar también el elemento 102. El primer experimento de 1958 bombardeó plutonio-239 y -241 con iones de oxígeno-16 . Se observaron algunas desintegraciones alfa con energías de poco más de 8,5 MeV y se asignaron a 251.252.253 102, aunque el equipo escribió que no se podía descartar la formación de isótopos a partir de impurezas de plomo o bismuto (que no producirían nobelio). Si bien experimentos posteriores de 1958 observaron que se podían producir nuevos isótopos a partir de impurezas de mercurio , talio , plomo o bismuto, los científicos aún mantuvieron su conclusión de que el elemento 102 podría producirse a partir de esta reacción, mencionando una vida media de menos de 30 segundos y una energía de desintegración de (8,8 ± 0,5) MeV. Experimentos posteriores de 1960 demostraron que se trataba de efectos de fondo. Los experimentos de 1967 también redujeron la energía de desintegración a (8,6 ± 0,4) MeV, pero ambos valores son demasiado altos para coincidir con los del 253 No o el 254 No. [49] El equipo de Dubna declaró más tarde en 1970 y nuevamente en 1987 que estos resultados eran no concluyente. [49]
En 1961, los científicos de Berkeley afirmaron haber descubierto el elemento 103 en la reacción del californio con iones de boro y carbono. Afirmaron haber producido el isótopo 257 103 y también afirmaron haber sintetizado un isótopo en descomposición alfa del elemento 102 que tenía una vida media de 15 s y una energía de desintegración alfa de 8,2 MeV. Lo asignaron al 255 102 sin dar el motivo de la asignación. Los valores no concuerdan con los que ahora se conocen para el 255 No, aunque sí con los que ahora se conocen para el 257 No, y aunque este isótopo probablemente jugó un papel en este experimento, su descubrimiento no fue concluyente. [49]
El trabajo sobre el elemento 102 también continuó en Dubna, y en 1964 se llevaron a cabo allí experimentos para detectar hijas de desintegración alfa de los isótopos del elemento 102 mediante la síntesis del elemento 102 a partir de la reacción de un objetivo de uranio-238 con iones de neón . Los productos se transportaron a lo largo de una lámina de plata y se purificaron químicamente, y se detectaron los isótopos 250 Fm y 252 Fm. El rendimiento de 252 Fm se interpretó como prueba de que su progenitor 256 102 también se había sintetizado: como se observó que 252 Fm también podía producirse directamente en esta reacción mediante la emisión simultánea de una partícula alfa con el exceso de neutrones, se tomaron medidas para asegúrese de que 252 Fm no pueda ir directamente al receptor de lámina. La vida media detectada para 256 102 fue de 8 s, mucho más alta que el valor más moderno de 1967 de (3,2 ± 0,2) s. [49] Se realizaron más experimentos en 1966 para 254 102, utilizando las reacciones 243 Am ( 15 N , 4n) 254 102 y 238 U ( 22 Ne, 6n) 254 102, encontrando una vida media de (50 ± 10) s. : en aquel momento no se entendía la discrepancia entre este valor y el valor anterior de Berkeley, aunque trabajos posteriores demostraron que la formación del isómero 250m Fm era menos probable en los experimentos de Dubna que en los de Berkeley. En retrospectiva, los resultados de Dubna sobre 254 102 probablemente fueron correctos y ahora pueden considerarse una detección concluyente del elemento 102. [49]
En 1966 se publicó otro experimento muy convincente de Dubna (aunque se presentó en 1965), utilizando nuevamente las mismas dos reacciones, que concluyó que 254 102 en realidad tenía una vida media mucho más larga que los 3 segundos afirmados por Berkeley. [49] Trabajos posteriores en 1967 en Berkeley y 1971 en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge confirmaron completamente el descubrimiento del elemento 102 y aclararon observaciones anteriores. [52] En diciembre de 1966, el grupo de Berkeley repitió los experimentos de Dubna y los confirmó completamente, y utilizó estos datos para finalmente asignar correctamente los isótopos que habían sintetizado previamente pero que aún no podían identificar en ese momento, y por lo tanto afirmaron haber descubierto el nobelio en 1958 a 1961. [52]
En 1969, el equipo de Dubna llevó a cabo experimentos químicos con el elemento 102 y concluyó que se comportaba como el homólogo más pesado del iterbio . Los científicos rusos propusieron el nombre joliotio (Jo) para el nuevo elemento en honor a Irène Joliot-Curie , que había muerto recientemente, creando una controversia sobre la denominación de elementos que no se resolvería durante varias décadas, y cada grupo utilizaría sus propios nombres propuestos. [52] [54]
En 1992, el Grupo de Trabajo IUPAC - IUPAP Transfermium (TWG) reevaluó las afirmaciones del descubrimiento y concluyó que sólo el trabajo de Dubna de 1966 detectó y asignó correctamente desintegraciones a núcleos con número atómico 102 en ese momento. Por lo tanto, el equipo de Dubna es reconocido oficialmente como el descubridor del nobelio, aunque es posible que haya sido detectado en Berkeley en 1959. [49] Esta decisión fue criticada por Berkeley al año siguiente, calificando la reapertura de los casos de los elementos 101 a 103 como una "pérdida de tiempo inútil", mientras que Dubna estuvo de acuerdo con la decisión de la IUPAC. [53]
En 1994, como parte de un intento de resolver la controversia sobre el nombre de los elementos, la IUPAC ratificó los nombres de los elementos 101 a 109. Para el elemento 102, ratificó el nombre Nobelium (No), basándose en que se había arraigado en la literatura a lo largo de 30 años y que Alfred Nobel debería ser conmemorado de esta manera. [55] Debido a la protesta por los nombres de 1994, que en su mayoría no respetaban las elecciones de los descubridores, se abrió un período de comentarios y en 1995 la IUPAC nombró al elemento 102 flerovium (Fl) como parte de una nueva propuesta, en honor a Georgy Flyorov o su homónimo Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares . [56] Esta propuesta tampoco fue aceptada y en 1997 se restableció el nombre nobelium . [55] Hoy en día el nombre flerovium , con el mismo símbolo, hace referencia al elemento 114 . [57]
En la tabla periódica , el nobelio se encuentra a la derecha del actínido mendelevio , a la izquierda del actínido lawrencio y debajo del lantánido iterbio . El Nobelio metálico aún no se ha preparado en grandes cantidades y actualmente es imposible hacerlo. [59] Sin embargo, se han realizado una serie de predicciones y algunos resultados experimentales preliminares con respecto a sus propiedades. [59]
Los lantánidos y actínidos, en estado metálico, pueden existir como metales divalentes (como el europio y el iterbio ) o trivalentes (la mayoría de los demás lantánidos). Los primeros tienen configuraciones f n s 2 , mientras que los segundos tienen configuraciones f n −1 d 1 s 2 . En 1975, Johansson y Rosengren examinaron los valores medidos y predichos de las energías cohesivas ( entalpías de cristalización) de los lantánidos y actínidos metálicos , tanto como metales divalentes como trivalentes. [60] [61] La conclusión fue que el aumento de la energía de enlace de la configuración [Rn]5f 13 6d 1 7s 2 sobre la configuración [Rn]5f 14 7s 2 para el nobelio no era suficiente para compensar la energía necesaria para promover uno 5f electrón a 6d, como también ocurre con los actínidos muy tardíos: así se esperaba que el einstenio , el fermio , el mendelevio y el nobelio fueran metales divalentes, aunque para el nobelio esta predicción aún no se ha confirmado. [60] El creciente predominio del estado divalente mucho antes de que concluya la serie de actínidos se atribuye a la estabilización relativista de los electrones 5f, que aumenta al aumentar el número atómico: un efecto de esto es que el nobelio es predominantemente divalente en lugar de trivalente, a diferencia de todos los demás lantánidos y actínidos. [62] En 1986, se estimó que el metal nobelio tenía una entalpía de sublimación de entre 126 kJ/mol, un valor cercano a los valores del einstenio, fermio y mendelevio y que apoyaba la teoría de que el nobelio formaría un metal divalente. [59] Al igual que los otros actínidos tardíos divalentes (excepto el lawrencio nuevamente trivalente), el nobelio metálico debería asumir una estructura cristalina cúbica centrada en la cara . [2] El metal de nobelio divalente debería tener un radio metálico de alrededor de 197 pm . [59] Se ha predicho que el punto de fusión del Nobelio será de 800 °C, el mismo valor estimado para el elemento vecino mendelevio. [63] Se prevé que su densidad sea de alrededor de 9,9 ± 0,4 g/cm 3 . [2]
La química del nobelio está caracterizada de forma incompleta y sólo se conoce en solución acuosa, en la que puede adoptar los estados de oxidación +3 o +2 , siendo este último más estable. [50] Antes del descubrimiento del nobelio, se esperaba en gran medida que, en solución, se comportaría como los otros actínidos, siendo predominante el estado trivalente; sin embargo, Seaborg predijo en 1949 que el estado +2 también sería relativamente estable para el nobelio, ya que el ion No 2+ tendría la configuración electrónica del estado fundamental [Rn]5f 14 , incluida la capa estable llena de 5f 14 . Pasaron diecinueve años antes de que se confirmara esta predicción. [64]
En 1967, se llevaron a cabo experimentos para comparar el comportamiento químico del nobelio con el del terbio , el californio y el fermio . Los cuatro elementos se hicieron reaccionar con cloro y los cloruros resultantes se depositaron a lo largo de un tubo, a lo largo del cual fueron transportados por un gas. Se comprobó que el cloruro de nobelio producido se adsorbía fuertemente en superficies sólidas, lo que demuestra que no era muy volátil , como los cloruros de los otros tres elementos investigados. Sin embargo, se esperaba que tanto el NoCl 2 como el NoCl 3 exhibieran un comportamiento no volátil y, por lo tanto, este experimento no fue concluyente en cuanto a cuál era el estado de oxidación preferido del nobelio. [64] La determinación de la preferencia del nobelio por el estado +2 tuvo que esperar hasta el año siguiente, cuando se llevaron a cabo experimentos de cromatografía de intercambio catiónico y coprecipitación en alrededor de cincuenta mil 255 átomos de No, descubriendo que se comportaba de manera diferente a los otros actínidos y más. como los metales alcalinotérreos divalentes . Esto demostró que en solución acuosa, el nobelio es más estable en estado divalente cuando no hay oxidantes fuertes. [64] Experimentos posteriores en 1974 demostraron que el nobelio eluía con los metales alcalinotérreos, entre Ca 2+ y Sr 2+ . [64] El Nobelio es el único elemento del bloque f conocido para el cual el estado +2 es el más común y estable en solución acuosa. Esto ocurre debido a la gran brecha de energía entre los orbitales 5f y 6d al final de la serie de actínidos. [sesenta y cinco]
Se espera que la estabilización relativista del subnivel 7s desestabilice en gran medida el dihidruro de nobelio, NoH2 , y la estabilización relativista del espinor 7p 1/2 sobre el espinor 6d 3/2 significa que los estados excitados en los átomos de nobelio tienen una contribución de 7s y 7p en lugar de la contribución esperada de 6d. Las largas distancias No-H en la molécula de NoH 2 y la importante transferencia de carga conducen a una ionicidad extrema con un momento dipolar de 5,94 D para esta molécula. En esta molécula, se espera que el nobelio exhiba un comportamiento similar al de un grupo principal , actuando específicamente como un metal alcalinotérreo con su configuración de capa de valencia n s 2 y orbitales 5f similares a un núcleo. [66]
La capacidad de complejación del Nobelio con iones cloruro es muy similar a la del bario , que forma complejos bastante débiles. [64] Su capacidad complejante con citrato , oxalato y acetato en una solución acuosa de nitrato de amonio 0,5 M está entre la del calcio y el estroncio, aunque algo más cercana a la del estroncio. [64]
En 1967 se estimó que el potencial de reducción estándar del par E °(No 3+ →No 2+ ) estaba entre +1,4 y +1,5 V ; [64] Posteriormente se descubrió en 2009 que era solo de aproximadamente +0,75 V. [67] El valor positivo muestra que el No 2+ es más estable que el No 3+ y que el No 3+ es un buen agente oxidante. Si bien los valores citados para E °(No 2+ →No 0 ) y E °(No 3+ →No 0 ) varían entre fuentes, las estimaciones estándar aceptadas son −2,61 y −1,26 V. [64] Se ha predicho que el valor para el par E °(No 4+ →No 3+ ) sería +6,5 V. [64] Se estima que las energías de formación de Gibbs para No 3+ y No 2+ son −342 y −480 kJ/ moles , respectivamente. [64]
Un átomo de nobelio tiene 102 electrones. Se espera que estén dispuestos en la configuración [Rn]5f 14 7s 2 ( símbolo del término del estado fundamental 1 S 0 ), aunque en 2006 aún no se había realizado una verificación experimental de esta configuración electrónica. Los dieciséis electrones en 5f y 7s las subcapas son electrones de valencia . [59] Al formar compuestos, se pueden perder tres electrones de valencia, dejando atrás un núcleo [Rn]5f 13 : esto se ajusta a la tendencia marcada por los otros actínidos con sus configuraciones electrónicas [Rn]5f n en estado tripositivo. Sin embargo, es más probable que sólo se pierdan dos electrones de valencia, dejando atrás un núcleo [Rn]5f 14 estable con una capa de 5f 14 llena . Se midió que el primer potencial de ionización del nobelio era como máximo (6,65 ± 0,07) eV en 1974, basándose en el supuesto de que los electrones 7s se ionizarían antes que los 5f; [68] este valor aún no se ha refinado más debido a la escasez de nobelio y su alta radiactividad. [69] El radio iónico de la hexacoordinada y la octacoordenada nº 3+ se había estimado preliminarmente en 1978 en alrededor de 90 y 102 pm respectivamente; [64] Se ha descubierto experimentalmente que el radio iónico del No 2+ es de 100 pm con dos cifras significativas . [59] La entalpía de hidratación del No 2+ se ha calculado en 1486 kJ/mol. [64]
Se conocen catorce isótopos de nobelio, con números de masa 248–260 y 262; todos son radiactivos. [5] Además, los isómeros nucleares son conocidos por sus números de masa 250, 251, 253 y 254. [70] [71] De estos, el isótopo de vida más larga es el 259 No con una vida media de 58 minutos, y el más largo El isómero de vida media es 251 m No y tiene una vida media de 1,7 segundos. [70] [71] Sin embargo, se predice que el isótopo 261 No aún no descubierto tendrá una vida media aún más larga de 3 horas. [5] Además, el 255 No de vida más corta (vida media de 3,1 minutos) se utiliza con más frecuencia en experimentos químicos porque puede producirse en mayores cantidades a partir de la irradiación de californio-249 con iones de carbono-12 . [72] Después del 259 No y el 255 No, los siguientes isótopos de nobelio más estables son el 253 No (vida media de 1,62 minutos), el 254 No (51 segundos ), el 257 No (25 segundos), el 256 No (2,91 segundos) y el 252. No (2,57 segundos). [72] [70] [71] Todos los isótopos de nobelio restantes tienen vidas medias inferiores a un segundo, y el isótopo de nobelio de vida más corta conocido ( 248 No) tiene una vida media de menos de 2 microsegundos . [5] El isótopo 254 No es especialmente interesante desde el punto de vista teórico, ya que se encuentra en medio de una serie de núcleos alargados desde 231 Pa hasta 279 Rg , y la formación de sus isómeros nucleares (de los cuales se conocen dos) está controlada por orbitales de protones como como 2f 5/2 que se encuentran justo encima de la capa esférica de protones; se puede sintetizar en la reacción de 208 Pb con 48 Ca. [73]
Las vidas medias de los isótopos de nobelio aumentan suavemente desde 250 No a 253 No. Sin embargo, aparece una caída en 254 No, y más allá de esto, las vidas medias de los isótopos pares de nobelio caen bruscamente a medida que la fisión espontánea se convierte en el modo de desintegración dominante. Por ejemplo, la vida media del 256 No es de casi tres segundos, pero la del 258 No es de sólo 1,2 milisegundos. [72] [70] [71] Esto muestra que en el nobelio, la repulsión mutua de protones plantea un límite a la región de núcleos de larga vida en la serie de actínidos . [74] La mayoría de los isótopos pares e impares de nobelio continúan teniendo vidas medias más largas a medida que aumenta su número de masa, con una caída en la tendencia a 257 No. [72] [70] [71]
Los isótopos del nobelio se producen principalmente bombardeando objetivos actínidos ( uranio , plutonio , curio , californio o einstenio ), con la excepción del nobelio-262, que se produce como hijo del lawrencio-262. [72] El isótopo más utilizado, el 255 No, se puede producir bombardeando curio -248 o californio-249 con carbono-12: este último método es más común. Irradiar un objetivo de 350 μg cm -2 de californio-249 con tres billones (3 × 10 12 ) de iones de carbono-12 de 73 MeV por segundo durante diez minutos puede producir alrededor de 1200 átomos de nobelio-255. [72]
Una vez que se produce el nobelio-255, se puede separar de manera similar a como se usa para purificar el actínido mendelevio vecino. El impulso de retroceso de los átomos de Nobelio-255 producidos se utiliza para alejarlos físicamente del objetivo a partir del cual se producen, colocándolos sobre una delgada lámina de metal (generalmente berilio , aluminio , platino u oro ) justo detrás del objetivo. en el vacío: esto generalmente se combina atrapando los átomos de nobelio en una atmósfera de gas (frecuentemente helio ) y transportándolos junto con un chorro de gas desde una pequeña abertura en la cámara de reacción. Utilizando un tubo capilar largo e incluyendo aerosoles de cloruro de potasio en el gas helio, los átomos de nobelio pueden transportarse a lo largo de decenas de metros . [75] La fina capa de nobelio recogida en la lámina se puede eliminar con ácido diluido sin disolver completamente la lámina. [75] Luego, el nobelio se puede aislar aprovechando su tendencia a formar el estado divalente, a diferencia de los otros actínidos trivalentes: en condiciones de elución típicamente utilizadas (ácido bis-(2-etilhexil)fosfórico (HDEHP) como fase orgánica estacionaria y 0,05 M ácido clorhídrico como fase acuosa móvil, o usando ácido clorhídrico 3 M como eluyente de columnas de resina de intercambio catiónico ), el nobelio pasará a través de la columna y eluirá mientras los otros actínidos trivalentes permanecen en la columna. [75] Sin embargo, si se utiliza una lámina de oro "receptora" directa, el proceso se complica por la necesidad de separar el oro mediante cromatografía de intercambio aniónico antes de aislar el nobelio mediante elución de columnas de extracción cromatográfica que utilizan HDEHP. [75]
