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Dubnium,  105 Db
Dubnium
Pronunciación
Número de masa[268]
Dubnio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatineRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrencioRutherfordioDubniumSeaborgioBohriumHassiumMeitnerioDarmstadtiumRoentgenioCopérnicoNihoniumFlerovioMoscoviumLivermoriumTennessineOganesson
Ta
↑
Db
↓
(Arriba)
rutherfordio ← dubnio → seaborgio
Número atómico ( Z )105
Grupogrupo 5
Períodoperíodo 7
Cuadra  bloque d
Configuración electronica[ Rn ] 5f 14 6d 3 7s 2 [3]
Electrones por capa2, 8, 18, 32, 32, 11, 2
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido (previsto) [4]
Densidad (cerca de  rt )21,6 g / cm 3 (previsto) [5] [6]
Propiedades atómicas
Estados de oxidación(+3), (+4), +5 [3] [7] (entre paréntesis: predicción )
Energías de ionización
  • 1 °: 665 kJ / mol
  • 2do: 1547 kJ / mol
  • 3 °: 2378 kJ / mol
  • ( más ) (todas menos la primera estimación) [3]
Radio atómicoempírico: 139  pm (estimado) [3]
Radio covalente149 pm (estimado) [8]
Otras propiedades
Ocurrencia naturalsintético
Estructura cristalinacentrada en el cuerpo cúbico (BCC) (predicho) [4]
Número CAS53850-35-4
Historia
Nombrardespués de Dubna , Óblast de Moscú , Rusia, sede del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear
Descubrimientoindependientemente por el Laboratorio Lawrence Berkeley y el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (1970)
Principales isótopos de dubnium
IsótopoAbundanciaVida media ( t 1/2 )Modo de decaimientoProducto
262 Dbsyn34 s [9] [10]67% α258 Lr
33%  SF
263 Dbsyn27 s [10]56% SF
41% α259 Lr
3% ε263 m Rf
266 Dbsyn20 min [10]SF
ε?266 Rf
267 Dbsyn1,2 h [10]SF
ε?267 Rf
268 Dbsyn28 h [10]SF
ε?268 Rf
α [11]264 Lr
270 Dbsyn15 h [12]17% SF
83% α266 Lr
ε?270 Rf
Category Categoría: Dubnium
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El dubnio es un elemento químico sintético con el símbolo Db y el número atómico 105. El dubnio es altamente radiactivo: el isótopo más estable conocido , el dubnio-268, tiene una vida media de aproximadamente 28 horas. Esto limita enormemente la investigación extensa sobre dubnium.

El dubnio no se produce naturalmente en la Tierra y se produce de forma artificial. El Instituto Conjunto Soviético de Investigación Nuclear (JINR) reclamó el primer descubrimiento del elemento en 1968, seguido por el Laboratorio estadounidense Lawrence Berkeley en 1970. Ambos equipos propusieron sus nombres para el nuevo elemento y los usaron sin aprobación formal. La disputa de larga data se resolvió en 1993 mediante una investigación oficial de las afirmaciones del descubrimiento por parte del Transfermium Working Group, formado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada , lo que dio como resultado que el descubrimiento se acreditara oficialmente compartido entre ambos equipos. El elemento se denominó formalmente dubnium.en 1997 después de la ciudad de Dubna , el sitio del JINR.

La investigación teórica establece al dubnium como miembro del grupo 5 en la serie 6d de metales de transición , colocándolo debajo del vanadio , niobio y tantalio . El dubnio debería compartir la mayoría de las propiedades, como su configuración electrónica de valencia y tener un estado de oxidación dominante +5, con los otros elementos del grupo 5, con algunas anomalías debido a efectos relativistas . Una investigación limitada de la química del dubnio lo ha confirmado. Los experimentos de química de soluciones han revelado que el dubnio a menudo se comporta más como niobio que como tantalio, rompiendo tendencias periódicas .

Introducción [ editar ]

Esta sección está transcluida de Introducción a los elementos más pesados . ( editar | historia )
Ver también: Elemento superpesado § Introducción
Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno y emiten un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos en este momento fueron similares, con la única diferencia posible de que a veces se liberaban varios neutrones singulares, o ninguno en absoluto.
Video externo
video icon Visualización de una fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia [13]

Los núcleos atómicos más pesados [a] se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual [b] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. [19] 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 acercan lo suficiente; normalmente, los núcleos (todos cargados positivamente) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La fuerte interacciónpuede superar esta repulsión, pero solo a una distancia muy corta de un núcleo; Por tanto, los núcleos de los haces se aceleran enormemente para hacer que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [20] Acercarse por sí solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan entre sí, 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 Forman un solo núcleo. [20] [21] Si se produce la fusión, la fusión temporal, denominada núcleo compuesto, es un estado excitado.. Para perder su energía de excitación y alcanzar un estado más estable, un núcleo compuesto se fisiona o expulsa uno o varios neutrones , [c] que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y 16  segundos después de la colisión inicial. [22] [d]

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. [25] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [e] y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y la hora de la llegada. [25] La transferencia tarda entre 10 y 6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [28] El núcleo se registra de nuevo una vez que se registra su desintegración, y la ubicación, la energía, y se mide el tiempo de decaimiento. [25]

La estabilidad del núcleo es proporcionada por 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 rompe por la repulsión electrostática entre protones, ya que tiene un alcance ilimitado. [29] Los núcleos de los elementos más pesados ​​se predicen teóricamente [30] y hasta ahora se ha observado que [31] se desintegran principalmente a través de modos de desintegración que son causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea ; [f] estos modos son predominantes para núcleos de elementos superpesados. 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 se puede determinar aritméticamente. [g] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijas. [h]

La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados ​​es, por tanto, la información recopilada en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, y los de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y buscan concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no pudo haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. 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. [I]

Descubrimiento [ editar ]

Antecedentes [ editar ]

El uranio , elemento 92, es el elemento más pesado que se encuentra en cantidades significativas en la naturaleza; los elementos más pesados ​​solo pueden producirse prácticamente por síntesis. La primera síntesis de un nuevo elemento, el neptunio , elemento 93, se logró en 1940 por un equipo de investigadores en los Estados Unidos. [43] En los años siguientes, los científicos estadounidenses sintetizaron los elementos hasta el mendelevio , elemento 101, que fue sintetizado en 1955. A partir del elemento 102 , la prioridad de los descubrimientos fue cuestionada entre físicos estadounidenses y soviéticos. [44] Su rivalidad resultó en una carrera por nuevos elementos y crédito por sus descubrimientos, más tarde llamada las Guerras Transfermium . [45]

Informes [ editar ]

Aparato en Dubna utilizado para la caracterización química de los elementos 104 , 105 y 106 [46]

El primer informe del descubrimiento del elemento 105 provino del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Óblast de Moscú , RSFS de Rusia , Unión Soviética , en abril de 1968. Los científicos bombardearon 243 Am con un haz de 22 iones Ne , y informaron 9,4 MeV (con una vida media de 0,1-3 segundos) y 9,7 MeV ( t 1/2  > 0,05 s) alfa actividades seguido de alfa actividades similares a las de cualquiera de 256 103 o 257 103. en base a las predicciones teóricas previas, las dos líneas de actividad fueron asignadas a261 105 y 260 105, respectivamente. [47]

243
95Soy
 + 22
10Nordeste
→ 265− x 105 + x
norte
( x = 4, 5)

Después de observar las desintegraciones alfa del elemento 105, los investigadores se propusieron observar la fisión espontánea (SF) del elemento y estudiar los fragmentos de fisión resultantes. Publicaron un artículo en febrero de 1970, informando múltiples ejemplos de dos de tales actividades, con vidas medias de 14 ms y2,2 ± 0,5 s . Asignaron la primera actividad a 242mf Am [j] y atribuyeron la última actividad a un isótopo del elemento 105. Sugirieron que era poco probable que esta actividad pudiera provenir de una reacción de transferencia en lugar del elemento 105, porque la relación de rendimiento para esta reacción fue significativamente menor que el de la reacción de transferencia que produce 242 mf Am, de acuerdo con las predicciones teóricas. Para establecer que esta actividad no provenía de una reacción ( 22 Ne, x n), los investigadores bombardearon un objetivo de 243 Am con 18 iones O; reacciones que producen 256103 y 257103 mostró muy poca actividad SF (coincidiendo con los datos establecidos), y la reacción que produjo 258 103 y 259 103 más pesados no produjo ninguna actividad SF en absoluto, de acuerdo con los datos teóricos. Los investigadores concluyeron que las actividades observadas procedían de SF del elemento 105. [47]

En abril de 1970, un equipo del Laboratorio Lawrence Berkeley (LBL), en Berkeley , California , Estados Unidos, afirmó haber sintetizado el elemento 105 bombardeando californio-249 con iones nitrógeno-15 , con una actividad alfa de 9,1 MeV. Para asegurarse de que esta actividad no fuera de una reacción diferente, el equipo intentó otras reacciones: bombardear 249 Cf con 14 N, Pb con 15 N y Hg con 15 N. Afirmaron que no se encontró tal actividad en esas reacciones. Las características de los núcleos hijos coincidían con las de 256103 , lo que implica que los núcleos parentales eran de 260105 .[47]

249
98Cf
 + 15
7norte
→ 260105 + 4
norte

Estos resultados no confirmaron los hallazgos del JINR con respecto a la desintegración alfa de 9,4 MeV o 9,7 MeV de 260 105, dejando solo 261 105 como un isótopo posiblemente producido. [47]

Luego, JINR intentó otro experimento para crear el elemento 105, publicado en un informe en mayo de 1970. Afirmaron que habían sintetizado más núcleos del elemento 105 y que el experimento confirmó su trabajo anterior. Según el documento, el isótopo producido por JINR fue probablemente 261 105, o posiblemente 260 105. [47] Este informe incluyó un examen químico inicial: la versión de gradiente térmico del método de cromatografía de gases se aplicó para demostrar que el cloruro de lo que se había formado a partir de la actividad de SF que casi coincidía con la del pentacloruro de niobio , en lugar del tetracloruro de hafnio. El equipo identificó una actividad SF de 2,2 segundos en un cloruro volátil que presenta las propiedades del eka-tantalum, e infirió que la fuente de la actividad SF debe haber sido el elemento 105. [47]

En junio de 1970, JINR realizó mejoras en su primer experimento, utilizando un objetivo más puro y reduciendo la intensidad de las reacciones de transferencia al instalar un colimador antes del receptor. Esta vez, pudieron encontrar actividades alfa de 9.1 MeV con isótopos hijos identificables como 256 103 o 257 103, lo que implica que el isótopo original era 260 105 o 261 105. [47]

Controversia de nombres [ editar ]

El físico nuclear danés Niels Bohr y el químico nuclear alemán Otto Hahn , ambos propusieron como posibles homónimos del elemento 105

JINR no propuso un nombre después de su primer informe en el que se afirmaba la síntesis del elemento 105, que habría sido la práctica habitual. Esto llevó a LBL a creer que JINR no tenía suficientes datos experimentales para respaldar su afirmación. [48] Después de recopilar más datos, JINR propuso el nombre nielsbohrium (Ns) en honor al físico nuclear danés Niels Bohr , fundador de las teorías de la estructura atómica y la teoría cuántica . Cuando LBL anunció por primera vez su síntesis del elemento 105, propusieron que el nuevo elemento se llamara hahnio (Ha) en honor al químico alemán Otto Hahn , el "padre de la química nuclear", creando así una controversia sobre el nombre del elemento.. [49]

A principios de la década de 1970, ambos equipos informaron sobre la síntesis del siguiente elemento, el elemento 106, pero no sugirieron nombres. [50] JINR sugirió establecer un comité internacional para aclarar los criterios de descubrimiento. Esta propuesta fue aceptada en 1974 y se formó un grupo conjunto neutral. [51] Ninguno de los equipos mostró interés en resolver el conflicto a través de un tercero, por lo que los principales científicos de LBL, Albert Ghiorso y Glenn Seaborg, viajaron a Dubna en 1975 y se reunieron con los principales científicos del JINR: Georgy Flerov , Yuri Oganessian y otros, para tratar de resolver el conflicto internamente y hacer innecesario el grupo conjunto neutral; después de dos horas de discusiones, esto falló. [52]El grupo neutral conjunto nunca se reunió para evaluar las reclamaciones y el conflicto siguió sin resolverse. [51] En 1979, la IUPAC sugirió que se utilizaran nombres de elementos sistemáticos como marcadores de posición hasta que se establecieran nombres permanentes; debajo de él, el elemento 105 sería unnilpentium , de las raíces latinas un- y nil- y la raíz griega pent- (que significa "uno", "cero" y "cinco", respectivamente, los dígitos del número atómico). Ambos equipos lo ignoraron ya que no querían debilitar sus reclamos pendientes. [53]

En 1981, la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI; Sociedad para la Investigación de Iones Pesados ) en Darmstadt , Hesse , Alemania Occidental, reclamó la síntesis del elemento 107; su informe salió cinco años después del primer informe de JINR pero con mayor precisión, haciendo una afirmación más sólida sobre el descubrimiento. [47] GSI reconoció los esfuerzos de JINR sugiriendo el nombre nielsbohrium para el nuevo elemento. [51] JINR no sugirió un nuevo nombre para el elemento 105, afirmando que era más importante determinar primero a sus descubridores. [51]

Dubna
Dubna
Ubicación de Dubna dentro de la Rusia europea

En 1985, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) formaron un Grupo de Trabajo de Transfermium (TWG) para evaluar los descubrimientos y establecer los nombres finales de los elementos controvertidos. [47] El partido celebró reuniones con delegados de los tres institutos competidores; en 1990, establecieron criterios sobre el reconocimiento de un elemento, y en 1991, terminaron el trabajo de evaluación de descubrimientos y se disolvieron. Estos resultados se publicaron en 1993. Según el informe, el primer experimento definitivamente exitoso fue el experimento LBL de abril de 1970, seguido de cerca por el experimento JINR de junio de 1970, por lo que el crédito por el descubrimiento del elemento debe ser compartido entre los dos equipos. [47]

LBL dijo que el aporte de JINR fue sobrevalorado en la revisión. Afirmaron que JINR solo pudo demostrar de manera inequívoca la síntesis del elemento 105 un año después de que lo hicieron. JINR y GSI respaldaron el informe. [51]

En 1994, la IUPAC publicó una recomendación sobre el nombre de los elementos en disputa. Para el elemento 105, propusieron joliotium (Jl) en honor al físico francés Frédéric Joliot-Curie , un contribuyente al desarrollo de la física y la química nucleares; este nombre fue propuesto originalmente por el equipo soviético para el elemento 102, que para entonces se había llamado nobelio durante mucho tiempo . [54] Esta recomendación fue criticada por los científicos estadounidenses por varias razones. En primer lugar, se mezclaron sus sugerencias: los nombres rutherfordium y hahnium, originalmente sugeridos por Berkeley para los elementos 104 y 105, fueron reasignados respectivamente a los elementos 106 y 108. En segundo lugar, los elementos 104 y 105 recibieron nombres favorecidos por JINR, a pesar del reconocimiento anterior de LBL como un co-descubridor igual para ambos. En tercer lugar, y lo más importante, la IUPAC rechazó el nombre de seaborgio para el elemento 106, ya que acababa de aprobar una regla de que un elemento no podía llevar el nombre de una persona viva, a pesar de que el informe de 1993 había otorgado al equipo de LBL el único crédito por su descubrimiento. [55]

En 1995, la IUPAC abandonó la controvertida regla y estableció un comité de representantes nacionales con el objetivo de encontrar un compromiso. Sugirieron seaborgio para el elemento 106 a cambio de la eliminación de todas las demás propuestas estadounidenses, excepto el nombre establecido lawrencium para el elemento 103. El nombre igualmente arraigado nobelium para el elemento 102 fue reemplazado por flerovium en honor a Georgy Flerov, tras el reconocimiento de 1993 informan que ese elemento se sintetizó por primera vez en Dubna. Esto fue rechazado por científicos estadounidenses y la decisión fue retractada. [56] [3] El nombre flerovium se utilizó más tarde para el elemento 114. [57]

En 1996, la IUPAC celebró otra reunión, reconsideró todos los nombres en la mano y aceptó otro conjunto de recomendaciones; fue aprobado y publicado en 1997. [58] El elemento 105 fue nombrado dubnium (Db), en honor a Dubna en Rusia, la ubicación del JINR; las sugerencias estadounidenses se utilizaron para los elementos 102, 103, 104 y 106. El nombre dubnium se había utilizado para el elemento 104 en la recomendación anterior de la IUPAC. Los científicos estadounidenses aprobaron "a regañadientes" esta decisión. [59] La IUPAC señaló que el laboratorio de Berkeley ya había sido reconocido varias veces en la denominación de berkelio , californio y americio., y que la aceptación de los nombres rutherfordio y seaborgio para los elementos 104 y 106 debe compensarse reconociendo las contribuciones de JINR al descubrimiento de los elementos 104, 105 y 106. [60]

Isótopos [ editar ]

Artículo principal: Isótopos de dubnio
Un gráfico de estabilidad de nucleidos utilizado por JINR en 2012. Los isótopos caracterizados se muestran con bordes. [61]

El dubnio, que tiene un número atómico de 105, es un elemento superpesado ; como todos los elementos con números atómicos tan altos, es muy inestable. El isótopo de dubnio más duradero conocido, 268 Db, tiene una vida media de alrededor de un día. [62] No se han observado isótopos estables, y un cálculo de 2012 realizado por JINR sugirió que la vida media de todos los isótopos de dubnio no excedería significativamente un día. [61] [k] El dubnio solo puede obtenerse mediante producción artificial. [l]

La corta vida media del dubnium limita la experimentación. Esto se ve agravado por el hecho de que los isótopos más estables son los más difíciles de sintetizar. [65] Los elementos con un número atómico más bajo tienen isótopos estables con una relación neutrón-protón más baja que aquellos con un número atómico más alto, lo que significa que los núcleos objetivo y del haz que podrían emplearse para crear el elemento superpesado tienen menos neutrones de los necesarios para formarlos. isótopos más estables. (A partir de la década de 2010 se están considerando diferentes técnicas basadas en reacciones rápidas de captura y transferencia de neutrones , pero las basadas en la colisión de un núcleo grande y pequeño todavía dominan la investigación en el área). [66] [67]

Solo se pueden producir unos pocos átomos de 268 Db en cada experimento y, por lo tanto, las vidas útiles medidas varían significativamente durante el proceso. Durante tres experimentos, se crearon 23 átomos en total, con una vida media resultante de 28+11
−4 horas . [68] El segundo isótopo más estable, 270 Db, se ha producido en cantidades aún más pequeñas: tres átomos en total, con vidas útiles de 33,4 h, [69] 1,3 hy 1,6 h. [70] Estos dos son los isótopos más pesados ​​de dubnium hasta la fecha, y ambos se produjeron como resultado de la desintegración de los núcleos más pesados 288 Mc y 294 Ts en lugar de directamente, porque los experimentos que los produjeron fueron diseñados originalmente en Dubna para 48 Ca vigas. [71] Por su masa, 48 Ca tiene, con mucho, el mayor exceso de neutrones de todos los núcleos prácticamente estables, tanto cuantitativos como relativos,[62] que, en consecuencia, ayuda a sintetizar núcleos superpesados ​​con más neutrones, pero esta ganancia se compensa con la menor probabilidad de fusión para números atómicos altos. [72]

Propiedades previstas [ editar ]

Según la ley periódica , el dubnio debería pertenecer al grupo 5, junto con el vanadio , el niobio y el tantalio . Varios estudios han investigado las propiedades del elemento 105 y han descubierto que, en general, concuerdan con las predicciones de la ley periódica. No obstante, pueden producirse desviaciones significativas debido a efectos relativistas , [m]que cambian drásticamente las propiedades físicas tanto a escala atómica como macroscópica. Estas propiedades han seguido siendo difíciles de medir por varias razones: las dificultades de producción de átomos superpesados, las bajas tasas de producción, que solo permiten escalas microscópicas, los requisitos de un laboratorio de radioquímica para probar los átomos, las vidas medias cortas de esos átomos, y la presencia de muchas actividades no deseadas además de las de síntesis de átomos superpesados. Hasta ahora, los estudios solo se han realizado en átomos individuales. [3]

Atómico y físico [ editar ]

Distribución radial relativista (línea continua) y no relativista (línea discontinua) de los electrones de valencia 7s en dubnium.

Un efecto relativista directo es que a medida que aumenta el número atómico de elementos, los electrones más internos comienzan a girar más rápido alrededor del núcleo como resultado de un aumento de la atracción electromagnética entre un electrón y un núcleo. Se han encontrado efectos similares para los orbitales s más externos (y los p 1/2 , aunque en dubnium no están ocupados): por ejemplo, el orbital 7s se contrae un 25% en tamaño y se estabiliza en 2,6  eV . [3]

Un efecto más indirecto es que los orbitales syp 1/2 contraídos protegen la carga del núcleo de manera más efectiva, dejando menos para los electrones externos d y f, que por lo tanto se mueven en orbitales más grandes. El dubnio se ve muy afectado por esto: a diferencia de los miembros anteriores del grupo 5, sus electrones 7s son un poco más difíciles de extraer que sus electrones 6d. [3]

Estabilización relativista de los orbitales n s, la desestabilización de los orbitales ( n -1) d y su división de espín-órbita para los elementos del grupo 5.

Otro efecto es la interacción espín-órbita , particularmente la división espín-órbita, que divide la subcapa 6d (el número cuántico azimutal ℓ de la capa publicitaria es 2) en dos subcapas, con cuatro de los diez orbitales con su ℓ reducido a 3/2 y seis elevado a 5/2. Se elevan los diez niveles de energía; cuatro de ellos son más bajos que los otros seis. (Los tres electrones 6d normalmente ocupan los niveles de energía más bajos, 6d 3/2 .) [3]

Un átomo de dubnio ionizado individualmente (Db + ) debería perder un electrón 6d en comparación con un átomo neutro; los átomos de dubnio ionizados doble (Db 2+ ) o triplicamente (Db 3+ ) deberían eliminar electrones 7s, a diferencia de sus homólogos más ligeros. A pesar de los cambios, todavía se espera que el dubnio tenga cinco electrones de valencia; No se ha demostrado que los niveles de energía de 7p influyan en el dubnio y sus propiedades. Como los orbitales 6d del dubnium están más desestabilizados que los 5d del tantalio, y Db 3+Se espera que queden dos electrones 6d, en lugar de 7s, y se espera que el estado de oxidación +3 resultante sea inestable e incluso más raro que el del tantalio. El potencial de ionización del dubnio en su estado de oxidación máximo +5 debería ser ligeramente más bajo que el del tantalio y el radio iónico del dubnio debería aumentar en comparación con el tantalio; esto tiene un efecto significativo en la química del dubnium. [3]

Los átomos de dubnio en estado sólido deberían disponerse en una configuración cúbica centrada en el cuerpo , como los elementos del grupo 5 anterior. [4] La densidad prevista del dubnio es de 21,6 g / cm 3 . [5]

Química [ editar ]

Valores relativistas (rel) y no relativistas (nr) de la carga efectiva (Q M ) y la población de superposición (OP) en MCl 5 , donde M = V, Nb, Ta y Db

La química computacional es más simple en la química en fase gaseosa , en la que las interacciones entre moléculas pueden ignorarse como insignificantes. Varios autores [3] han investigado el pentacloruro de dubnio; los cálculos muestran que es consistente con las leyes periódicas al exhibir las propiedades de un compuesto de un elemento del grupo 5. Por ejemplo, los niveles de orbitales moleculares indican que el dubnio usa tres niveles de electrones 6d como se esperaba. En comparación con su análogo de tantalio, se espera que el pentacloruro de dubnio muestre un carácter covalente aumentado : una disminución de la carga efectiva de un átomo y un aumento de la población superpuesta (entre los orbitales del dubnio y el cloro). [3]

Los cálculos de la química de la solución indican que el estado de oxidación máximo del dubnio, +5, será más estable que el del niobio y el tantalio y los estados +3 y +4 serán menos estables. La tendencia a la hidrólisis de los cationes con el estado de oxidación más alto debería continuar disminuyendo dentro del grupo 5, pero aún se espera que sea bastante rápida. Se espera que la complejación del dubnio siga las tendencias del grupo 5 en su riqueza. Los cálculos para los complejos de hidroxoclorido han mostrado una inversión en las tendencias de formación de complejos y extracción de elementos del grupo 5, siendo el dubnio más propenso a hacerlo que el tantalio. [3]

Química experimental [ editar ]

Los resultados experimentales de la química del dubnio se remontan a 1974 y 1976. Los investigadores del JINR utilizaron un sistema termocromatográfico y concluyeron que la volatilidad del bromuro de dubnio era menor que la del bromuro de niobio y aproximadamente la misma que la del bromuro de hafnio. No es seguro que los productos de fisión detectados confirmaron que el padre era efectivamente el elemento 105. Estos resultados pueden implicar que el dubnio se comporta más como hafnio que como niobio. [3]

Los siguientes estudios sobre la química del dubnium se realizaron en 1988, en Berkeley. Examinaron si el estado de oxidación más estable del dubnio en solución acuosa era +5. El dubnio se fumó dos veces y se lavó con ácido nítrico concentrado ; La sorción de dubnio en cubreobjetos de vidrio se comparó luego con la de los elementos del grupo 5 niobio y tántalo y los elementos del grupo 4 circonio y hafnio producidos en condiciones similares. Se sabe que los elementos del grupo 5 se absorben en superficies de vidrio; los elementos del grupo 4 no lo hacen. Dubnium fue confirmado como miembro del grupo 5. Sorprendentemente, el comportamiento en la extracción de una solución mixta de ácido nítrico y fluorhídrico en metil isobutil cetonadifería entre dubnio, tantalio y niobio. El dubnio no se extrajo y su comportamiento se parecía más al niobio que al tantalio, lo que indica que el comportamiento complejante no se puede predecir simplemente a partir de extrapolaciones simples de tendencias dentro de un grupo en la tabla periódica. [3]

Esto motivó una mayor exploración del comportamiento químico de los complejos de dubnio. Varios laboratorios realizaron conjuntamente miles de experimentos cromatográficos repetitivos entre 1988 y 1993. Todos los elementos del grupo 5 y el protactinio se extrajeron del ácido clorhídrico concentrado ; después de mezclar con concentraciones más bajas de cloruro de hidrógeno, se agregaron pequeñas cantidades de fluoruro de hidrógeno para iniciar la reextracción selectiva. El dubnio mostró un comportamiento diferente al del tantalio pero similar al del niobio y su pseudohomólogo protactinio a concentraciones de cloruro de hidrógeno por debajo de 12 moles por litro . Esta similitud con los dos elementos sugirió que el complejo formado era DbOX-
4o [Db (OH)
2X
4]-
. Después de experimentos de extracción de dubnio a partir de bromuro de hidrógeno en diisobutil carbinol(2,6-dimetilheptan-4-ol), un extractante específico para protactinio, con eluciones posteriores con la mezcla de cloruro de hidrógeno / fluoruro de hidrógeno, así como cloruro de hidrógeno, se encontró que el dubnio era menos propenso a la extracción que el protactinio o el niobio. Esto se explicó como una tendencia creciente a formar complejos no extraíbles de múltiples cargas negativas. Experimentos adicionales en 1992 confirmaron la estabilidad del estado +5: Db (V) demostró ser extraíble de columnas de intercambio catiónico con α-hidroxiisobutirato, como los elementos del grupo 5 y protactinio; Db (III) y Db (IV) no lo fueron. En 1998 y 1999, nuevas predicciones sugirieron que el dubnium extraería casi tan bien como el niobio y mejor que el tantalio de las soluciones de haluro, lo que se confirmó más tarde. [3]

Los primeros experimentos de cromatografía de gases isotérmica se realizaron en 1992 con 262 Db (vida media 35 segundos). Las volatilidades del niobio y el tantalio fueron similares dentro de los límites de error, pero el dubnio pareció ser significativamente menos volátil. Se postuló que las trazas de oxígeno en el sistema podrían haber llevado a la formación de DbOBr
3, que se predijo que sería menos volátil que DbBr
5. Experimentos posteriores en 1996 mostraron que los cloruros del grupo 5 eran más volátiles que los bromuros correspondientes, con la excepción del tantalio, presumiblemente debido a la formación de TaOCl.
3. Estudios posteriores de volatilidad de cloruros de dubnio y niobio en función de las presiones parciales controladas de oxígeno mostraron que la formación de oxicloruros y la volatilidad general dependen de las concentraciones de oxígeno. Se demostró que los oxicloruros eran menos volátiles que los cloruros. [3]

En 2004-05, investigadores de Dubna y Livermore identificaron un nuevo isótopo de dubnio, 268 Db, como un producto de desintegración alfa quíntuple del elemento 115 recién creado . Este nuevo isótopo demostró tener una vida lo suficientemente larga como para permitir una mayor experimentación química, con una vida media de más de un día. En el experimento de 2004, se eliminó una capa delgada con dubnio de la superficie del objetivo y se disolvió en agua regia con trazadores y un portador de lantano , de la cual se precipitaron varias especies +3, +4 y +5 al agregar hidróxido de amonio.. El precipitado se lavó y se disolvió en ácido clorhídrico, donde se convirtió en forma de nitrato y luego se secó sobre una película y se contó. En su mayoría contenía una especie +5, que se asignó inmediatamente a dubnium, también tenía una especie +4; sobre la base de ese resultado, el equipo decidió que se necesitaba una separación química adicional. En 2005, se repitió el experimento, siendo el producto final hidróxido en lugar de precipitado de nitrato, que se procesó más en Livermore (basado en cromatografía de fase inversa) y Dubna (basado en cromatografía de intercambio aniónico). La especie +5 se aisló efectivamente; El dubnio apareció tres veces en fracciones de solo tántalo y nunca en fracciones de niobio solo. Se señaló que estos experimentos eran insuficientes para sacar conclusiones sobre el perfil químico general del dubnio.[73]

En 2009, en el acelerador en tándem JAEA en Japón, el dubnio se procesó en una solución de ácido nítrico y fluorhídrico, en concentraciones donde el niobio forma NbOF.-
4y tantalio forma TaF-
6. El comportamiento de Dubnium fue similar al del niobio pero no al del tantalio; así se dedujo que el dubnium formó DbOF-
4. A partir de la información disponible, se concluyó que el dubnium a menudo se comportaba como el niobio, a veces como el protactinio, pero rara vez como el tantalio. [74]

Notas [ editar ]

  1. ^ En física nuclear , un elemento se llama pesado si su número atómico es alto; el plomo (elemento 82) es un ejemplo de un elemento tan pesado. El término "elementos superpesados" se refiere típicamente a elementos con número atómico mayor que 103 (aunque existen otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [14] o 112 ; [15] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de laseriehipotética de superactínidos ). [dieciséis] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de gran masa (para el elemento dado) y núcleos de gran masa, respectivamente.
  2. ^ En 2009, un equipo de JINR dirigido por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hassium en unareacciónsimétrica 136 Xe +  136 Xe. No pudieron observar un solo átomo en tal reacción, poniendo el límite superior en la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, como 2.5  pb . [17] En comparación, la reacción que resultó en el descubrimiento de hassio, 208 Pb + 58 Fe, tenía una sección transversal de ~ 20 pb (más específicamente, 19+19
    −11     pb), según lo estimado por los descubridores. [18]
  3. ^ Cuanto mayor es la energía de excitación, más neutrones se expulsan. Si la energía de excitación es menor que la energía que une cada neutrón al resto del núcleo, no se emiten neutrones; en cambio, el núcleo compuesto se desexcita emitiendo un rayo gamma . [22]
  4. ^ La definición del Grupo de Trabajo Conjunto IUPAC / IUPAP establece que un elemento químico solo puede reconocerse como descubierto si un núcleo del mismo no se ha descompuesto en 10-14 segundos. Este valor se eligió como una estimación del tiempo que tarda un núcleo en adquirir sus electrones externosy mostrar así sus propiedades químicas. [23] Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [24]
  5. ^ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes se mueven más allá del objetivo más lentamente que los núcleos del haz sin reaccionar. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se cancelan para una velocidad específica de una partícula. [26] Dicha separación también puede ser ayudada por una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de los dos puede permitir estimar la masa de un núcleo. [27]
  6. ^ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [32]
  7. ^ Dado que la masa de un núcleo no se mide directamente, sino que se calcula a partir de la de otro núcleo, dicha medición se denomina indirecta. Las mediciones directas también son posibles, pero en su mayor parte no han estado disponibles para los núcleos más pesados. [33] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [34] La masa se determinó a partir de la ubicación de un núcleo después de la transferencia (la ubicación ayuda a determinar su trayectoria, que está vinculada a la relación masa-carga del núcleo, ya que la transferencia se realizó en presencia de un imán). [35]
  8. ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [36] un destacado científico del JINR, por lo que fue un "caballo de batalla" para la instalación. [37] Por el contrario, los científicos de LBL creían que la información de fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no se había estudiado lo suficiente como para usarla para la identificación de un nuevo elemento, ya que existía la dificultad de establecer que un núcleo compuesto solo había expulsado neutrones y no partículas cargadas como protones o partículas alfa. [24] Por lo tanto, prefirieron vincular nuevos isótopos a los ya conocidos mediante sucesivas desintegraciones alfa. [36]
  9. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 se identificó erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [38] No hubo afirmaciones definitivas anteriores sobre la creación de este elemento, y sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos, nobelium , le asignaron un nombre. Más tarde se demostró que la identificación era incorrecta. [39] Al año siguiente, LBNL no pudo reproducir los resultados suecos y anunció en su lugar su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [39] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento.joliotium ; [40] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego se refirió al nombre del elemento 102 como "apresurado"). [41] El nombre "nobelio" se mantuvo sin cambios debido a su uso generalizado. [42]
  10. ^ Esta notación significa que el núcleo es un isómero nuclear que se desintegra por fisión espontánea.
  11. ^ El valor experimental actual es 28+11
    −4     horas para 268 Db, pero la ley estadística de los grandes números , en la que se basa la determinación de las vidas medias, no se puede aplicar directamente debido a un número muy limitado de experimentos (desintegraciones). El rango de incertidumbre es una indicación de que el período de vida media se encuentra dentro de este rango con una probabilidad del 95%.
  12. ↑ La teoría moderna del núcleo atómico no sugiere un isótopo de dubnio de larga duración, pero en el pasado se hicieron afirmaciones de que los isótopos desconocidos de elementos superpesados ​​existían primordialmente en la Tierra: por ejemplo, tal afirmación se planteó para 267 108 de una vida media de 400 a 500 millones de años en 1963 [63] o 292 122 de una vida media de más de 100 millones de años en 2009; [64] ninguna de las afirmaciones obtuvo aceptación.
  13. ^ Los efectos relativistas surgen cuando un objeto se mueve a velocidades comparables a la velocidad de la luz; en átomos pesados, los objetos que se mueven rápidamente son electrones.

Referencias [ editar ]

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