Einstenio

elemento químico con número atómico 99

Elemento químico con número atómico 99

Einstenio,  ₉₉ Es

Einstenio
Pronunciación	/ Aɪ n s t aɪ n i ə m / ( eyen- STY -nee-əm )
Apariencia	plateado; brilla azul en la oscuridad
Número de masa	[252]
Einstenio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Ho ↑ Es ↓ (Arriba) californio ← einstenio → fermio
Número atómico ( Z )	99
Grupo	grupo n / a
Período	período 7
Cuadra	bloque f
Configuración electronica	[ Rn ] 5f 11 7s 2
Electrones por capa	2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido
Punto de fusion	1133  K (860 ° C, 1580 ° F)
Punto de ebullición	1269 K (996 ° C, 1825 ° F) (estimado)
Densidad (cerca de  rt )	8,84 g / cm 3
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	+2, +3 , +4
Electronegatividad	Escala de Pauling: 1.3
Energías de ionización	1 °: 619 kJ / mol
Líneas espectrales de einstenio
Otras propiedades
Ocurrencia natural	sintético
Estructura cristalina	cara cúbica centrada (fcc)
Orden magnético	paramagnético
Número CAS	7429-92-7
Historia
Nombrar	después de Albert Einstein
Descubrimiento	Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (1952)
Isótopos principales del einstenio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto 252 Es syn 471,7 días α 248 Bk ε 252 Cf β - 252 Fm 253 Es syn 20,47 días SF - α 249 Bk 254 Es syn 275,7 días ε 254 Cf β - 254 Fm α 250 Bk 255 Es syn 39,8 días β - 255 Fm α 251 Bk SF -
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El einstenio es un elemento sintético con el símbolo Es y número atómico 99. El einstenio es un miembro de la serie de actínidos y es el séptimo elemento transuránico . Lleva el nombre de Albert Einstein .

El einstenio se descubrió como un componente de los escombros de la primera explosión de una bomba de hidrógeno en 1952. Su isótopo más común, el einstenio-253 (vida media de 20,47 días) se produce artificialmente a partir de la desintegración del californio -253 en unos pocos reactores nucleares de alta potencia.con un rendimiento total del orden de un miligramo por año. La síntesis del reactor va seguida de un complejo proceso de separación del einstenio-253 de otros actínidos y productos de su desintegración. Otros isótopos se sintetizan en varios laboratorios, pero en cantidades mucho menores, bombardeando elementos actínidos pesados ​​con iones ligeros. Debido a las pequeñas cantidades de einstenio producido y la corta vida media de su isótopo de producción más fácil, actualmente casi no existen aplicaciones prácticas para él fuera de la investigación científica básica. En particular, el einstenio se utilizó para sintetizar, por primera vez, 17 átomos del nuevo elemento mendelevio en 1955.

El einstenio es un metal paramagnético blando y plateado . Su química es típica de los actínidos tardíos, con preponderancia del estado de oxidación +3 ; el estado de oxidación +2 también es accesible, especialmente en sólidos. La alta radiactividad del einstenio-253 produce un brillo visible y daña rápidamente su red de metal cristalino, con un calor liberado de aproximadamente 1000 vatios por gramo. La dificultad para estudiar sus propiedades se debe a la desintegración del einstenio-253 en berkelio-249 y luego californio-249 a una tasa de alrededor del 3% por día. El isótopo de einstenio con la vida media más larga, einstenio-252 (vida media 471,7 días) sería más adecuado para la investigación de propiedades físicas, pero ha demostrado ser mucho más difícil de producir y está disponible solo en cantidades mínimas, y no al por mayor. ^{[1] El} einstenio es el elemento con el número atómico más alto que se ha observado en cantidades macroscópicas en su forma pura, y este fue el isótopo común de vida corta einstenio-253. ^[2]

Como todos los elementos transuránicos sintéticos, los isótopos del einstenio son muy radiactivos y se consideran muy peligrosos para la salud por ingestión. ^[3]

Historia

El einstenio se observó por primera vez en las consecuencias de la prueba nuclear de Ivy Mike .

El einsteinio fue identificado por primera vez en diciembre de 1952 por Albert Ghiorso y sus colaboradores en la Universidad de California, Berkeley, en colaboración con los Laboratorios Nacionales Argonne y Los Alamos , en las consecuencias de la prueba nuclear de Ivy Mike . La prueba se llevó a cabo el 1 de noviembre de 1952 en el atolón Enewetak en el Océano Pacífico y fue la primera prueba exitosa de una bomba de hidrógeno . ^[4] El examen inicial de los restos de la explosión mostró la producción de un nuevo isótopo de plutonio ,²⁴⁴
₉₄Pu
, que solo pudo haberse formado por la absorción de seis neutrones por un núcleo de uranio-238 seguido de dos desintegraciones beta .

${\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U->[{\ce {+6(n,\gamma )}}][-2\ \beta ^{-}]{}_{94}^{244}Pu}}}$

En ese momento, se pensaba que la absorción de múltiples neutrones era un proceso extremadamente raro, pero la identificación de ²⁴⁴
₉₄Pu
indicó que aún más neutrones podrían haber sido capturados por los núcleos de uranio, produciendo así nuevos elementos más pesados ​​que el californio . ^[4]

El elemento fue descubierto por un equipo encabezado por Albert Ghiorso .

Ghiorso y sus colaboradores analizaron papeles de filtro que habían volado a través de la nube de explosión en aviones (la misma técnica de muestreo que se había utilizado para descubrir ²⁴⁴
₉₄Pu
). ^[5] Posteriormente se aislaron cantidades más grandes de material radiactivo de los restos de coral del atolón, que se enviaron a los EE ^. UU. ^[4] La separación de los elementos nuevos sospechosos se llevó a cabo en presencia de una solución tampón de ácido cítrico / amonio en un medio ácido ( pH ≈ 3,5), utilizando intercambio iónico a temperaturas elevadas; Al final, se recuperaron menos de 200 átomos de einstenio. ^[6] Sin embargo, el elemento 99 (einstenio), es decir, su isótopo ²⁵³ Es, podría detectarse a través de su característica desintegración alfa de alta energía a 6,6 MeV. ^[4] Fue producido por elcaptura de 15 neutrones por núcleos de uranio-238 seguido de siete desintegraciones beta, y tuvo una vida media de 20,5 días. Esta absorción múltiple de neutrones fue posible gracias a la alta densidad de flujo de neutrones durante la detonación, por lo que los isótopos pesados ​​recién generados tenían muchos neutrones disponibles para absorber antes de que pudieran desintegrarse en elementos más ligeros. La captura de neutrones inicialmente aumentó el número de masa sin cambiar el número atómico del nucleido, y las desintegraciones beta concomitantes dieron como resultado un aumento gradual del número atómico: ^[4]

${\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U ->[{\ce {+15n}}][6 \beta^-] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-] ^{253}_{99}Es}}}$

Sin embargo, unos ²³⁸ átomos de U podrían absorber dos neutrones adicionales (para un total de 17), dando como resultado ²⁵⁵ Es, así como el isótopo ²⁵⁵ Fm de otro elemento nuevo, el fermio . ^[7] El descubrimiento de los nuevos elementos y los nuevos datos asociados sobre la captura de neutrones múltiples se mantuvieron inicialmente en secreto por orden del ejército estadounidense hasta 1955 debido a las tensiones de la Guerra Fría y la competencia con la Unión Soviética en tecnologías nucleares. ^{[4] [8] [9]} Sin embargo, la captura rápida de tantos neutrones proporcionaría la confirmación experimental directa necesaria del llamado proceso rLa absorción de múltiples neutrones necesaria para explicar la nucleosíntesis (producción) cósmica de ciertos elementos químicos pesados ​​(más pesados ​​que el níquel) en las explosiones de supernovas , antes de la desintegración beta . Este proceso es necesario para explicar la existencia de muchos elementos estables en el universo. ^[10]

Mientras tanto, los isótopos del elemento 99 (así como del nuevo elemento 100, fermio ) se produjeron en los laboratorios de Berkeley y Argonne, en una reacción nuclear entre nitrógeno -14 y uranio-238, ^[11] y más tarde por intensa irradiación neutrónica de plutonio. o californio :

${\displaystyle {\ce {^{252}_{98}Cf ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-][17.81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{254}_{99}Es ->[\beta^-] ^{254}_{100}Fm}}}$

Estos resultados fueron publicados en varios artículos en 1954 con la advertencia de que no eran los primeros estudios que se habían realizado sobre los elementos. ^{[12] [13] [14] [15] [16]} El equipo de Berkeley también informó algunos resultados sobre las propiedades químicas del einstenio y el fermio. ^{[17] [18]} Los resultados de Ivy Mike fueron desclasificados y publicados en 1955. ^[8]

El elemento recibió su nombre de Albert Einstein .

En su descubrimiento de los elementos 99 y 100, los equipos estadounidenses habían competido con un grupo en el Instituto Nobel de Física , Estocolmo , Suecia . A finales de 1953 y principios de 1954, el grupo sueco logró la síntesis de isótopos ligeros del elemento 100, en particular ²⁵⁰ Fm, bombardeando uranio con núcleos de oxígeno. Estos resultados también se publicaron en 1954. ^[19] Sin embargo, la prioridad del equipo de Berkeley fue generalmente reconocida, ya que sus publicaciones precedieron al artículo sueco y se basaron en los resultados previamente no revelados de la explosión termonuclear de 1952; por lo tanto, el equipo de Berkeley tuvo el privilegio de nombrar los nuevos elementos. Como el esfuerzo que había llevado al diseño deIvy Mike se llamaba Proyecto PANDA, ^{[20] el} elemento 99 había sido apodado en broma "Pandamonium" ^[21] pero los nombres oficiales sugeridos por el grupo de Berkeley se derivaban de dos científicos prominentes, Albert Einstein y Enrico Fermi : "Sugerimos el nombre de el elemento con número atómico 99, einstenio (símbolo E) después de Albert Einstein y para el nombre del elemento con número atómico 100, fermio (símbolo Fm), después de Enrico Fermi ". ^[8] Tanto Einstein como Fermi murieron entre el momento en que se propusieron originalmente los nombres y el momento en que se anunciaron. El descubrimiento de estos nuevos elementos fue anunciado por Albert Ghiorsoen la primera Conferencia Atómica de Ginebra celebrada del 8 al 20 de agosto de 1955. ^[4] El símbolo del einstenio fue dado primero como "E" y luego cambiado a "Es" por la IUPAC. ^{[22] [23]}

Características

Físico

Brillo debido a la intensa radiación de ~ 300 µg de ²⁵³ Es. ^[24]

El einstenio es un metal radiactivo sintético de color blanco plateado. En la tabla periódica , se encuentra a la derecha del actínido californio , a la izquierda del actínido fermio y debajo del lantánido holmio con el que comparte muchas similitudes en propiedades físicas y químicas. Su densidad de 8,84 g / cm ³ es menor que la del californio (15,1 g / cm ³ ) y casi la misma que la del holmio (8,79 g / cm ³ ), a pesar de que el einstenio atómico es mucho más pesado que el holmio. El punto de fusión del einstenio (860 ° C) también es relativamente bajo, por debajo del californio (900 ° C), fermio (1527 ° C) y holmio (1461 ° C).^{[3] [25] El} einstenio es un metal blando, con un módulo de volumen de sólo 15 GPa, cuyo valor es uno de los más bajos entre los metales no alcalinos . ^[26]

A diferencia de los actínidos más ligeros californio , berkelio , curio y americio que cristalizan en una estructura hexagonal doble en condiciones ambientales, se cree que el einstenio tiene una simetría cúbica centrada en las caras ( fcc ) con el grupo espacial Fm 3 my la constante de celosía a = 575 pm. Sin embargo, hay un informe de einstenio metálico hexagonal a temperatura ambiente con a = 398 pm yc = 650 pm, que se convirtió en la fase fcc al calentarse a 300 ° C. ^[27]

La autolesión inducida por la radiactividad del einstenio es tan fuerte que destruye rápidamente la red cristalina, ^[28] y la energía liberada durante este proceso, 1000 vatios por gramo de ²⁵³ Es, induce un brillo visible. ^[2] Estos procesos pueden contribuir a la densidad relativamente baja y al punto de fusión del einstenio. ^[29] Además, debido al pequeño tamaño de las muestras disponibles, el punto de fusión del einstenio a menudo se deducía al observar cómo se calentaba la muestra dentro de un microscopio electrónico. ^[30] Por tanto, los efectos superficiales en muestras pequeñas podrían reducir el valor del punto de fusión.

El metal es trivalente y tiene una volatilidad notablemente alta. ^[31] Para reducir el daño por autoradiación, la mayoría de las mediciones de einstenio sólido y sus compuestos se realizan inmediatamente después del recocido térmico. ^[32] Además, algunos compuestos se estudian bajo la atmósfera del gas reductor, por ejemplo H ₂ O + HCl para EsOCl, de modo que la muestra vuelva a crecer parcialmente durante su descomposición. ^[33]

Aparte de la autodestrucción del einstenio sólido y sus compuestos, otras dificultades intrínsecas en el estudio de este elemento incluyen la escasez (el isótopo ²⁵³ Es más común está disponible solo una o dos veces al año en cantidades submiligramos) y la autocontaminación debido a la rápida conversión de einstenio en berkelio y luego en californio a una tasa de aproximadamente 3.3% por día: ^{[34] [35] [36]}

${\displaystyle {\ce {^{253}_{99}Es ->[\alpha][20 {\ce {d}}] ^{249}_{97}Bk ->[\beta^-][314 {\ce {d}}] ^{249}_{98}Cf}}}$

Por lo tanto, la mayoría de las muestras de einstenio están contaminadas y sus propiedades intrínsecas a menudo se deducen extrapolando los datos experimentales acumulados a lo largo del tiempo. Otras técnicas experimentales para eludir el problema de la contaminación incluyen la excitación óptica selectiva de iones de einstenio mediante un láser sintonizable, como en el estudio de sus propiedades de luminiscencia. ^[37]

Se han estudiado las propiedades magnéticas del einstenio metálico, su óxido y fluoruro. Los tres materiales mostraron un comportamiento paramagnético Curie-Weiss desde el helio líquido hasta la temperatura ambiente. Los momentos magnéticos efectivos se dedujeron como10,4 ± 0,3  µ B para Es ₂ O ₃ y11,4 ± 0,3 µ _B para el EsF ₃ , que son los valores más altos entre los actínidos, y las temperaturas de Curie correspondientes son 53 y 37 K. ^{[38] [39]}

Química

Como todos los actínidos, el einstenio es bastante reactivo. Su estado de oxidación trivalente es más estable en sólidos y solución acuosa donde induce un color rosa pálido. ^[40] La existencia de einstenio divalente está firmemente establecida, especialmente en la fase sólida; tal estado +2 no se observa en muchos otros actínidos, incluidos protactinio , uranio , neptunio , plutonio, curio y berkelio. Los compuestos de einstenio (II) pueden obtenerse, por ejemplo, reduciendo einstenio (III) con cloruro de samario (II) . ^[41] El estado de oxidación +4 se postuló a partir de estudios de vapor y aún es incierto. ^[42]

Isótopos

Artículo principal: Isótopos de einstenio

Se conocen diecinueve isótopos y tres isómeros nucleares para el einstenio, con números de masa que oscilan entre 240 y 257. Todos son radiactivos y el nucleido más estable, ²⁵² Es, tiene una vida media de 471,7 días. ^[43] Los siguientes isótopos más estables son ²⁵⁴ Es (vida media 275,7 días), ^{[44] 255} Es (39,8 días) y ²⁵³ Es (20,47 días). Todos los isótopos restantes tienen vidas medias inferiores a 40 horas y la mayoría de ellos se descomponen en menos de 30 minutos. De los tres isómeros nucleares, el más estable es ^{254 m} Es con una vida media de 39,3 horas. ^[45]

Fisión nuclear

El einstenio tiene una alta tasa de fisión nuclear que resulta en una masa crítica baja para una reacción en cadena nuclear sostenida . Esta masa es de 9,89 kilogramos para una esfera desnuda de isótopo ²⁵⁴ Es, y se puede reducir a 2,9 kilogramos añadiendo un reflector de neutrones de acero de 30 centímetros de espesor , o incluso a 2,26 kilogramos con un reflector de agua de 20 centímetros de espesor. Sin embargo, incluso esta pequeña masa crítica supera con creces la cantidad total de einstenio aislado hasta ahora, especialmente del raro isótopo ²⁵⁴ Es. ^[46]

Ocurrencia natural

Debido a la corta vida media de todos los isótopos del einstenio, cualquier einstenio primordial , es decir, el einstenio que posiblemente podría haber estado presente en la Tierra durante su formación, ha decaído hace mucho tiempo. La síntesis de einstenio a partir de actínidos naturales, uranio y torio en la corteza terrestre requiere la captura de múltiples neutrones, lo cual es un evento extremadamente improbable. Por lo tanto, todo el einstenio terrestre se produce en laboratorios científicos, reactores nucleares de alta potencia o en pruebas de armas nucleares , y está presente solo dentro de unos pocos años desde el momento de la síntesis. ^[6]

Los elementos transuránicos de americio a fermio , incluyendo einstenio, se produjo de forma natural en el reactor de fisión nuclear naturales en Oklo , pero ya no lo hacen. ^[47]

Se observó einstenio en la estrella de Przybylski en 2008. ^[48]

Síntesis y extracción

Evolución temprana de la producción de einstenio en los EE ^. UU. ^[49]

El einstenio se produce en cantidades diminutas bombardeando actínidos más ligeros con neutrones en reactores nucleares dedicados de alto flujo . Las principales fuentes de irradiación del mundo son el Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) de 85 megavatios en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, EE. UU., ^[50] y el reactor de bucle SM-2 en el Instituto de Investigación de Reactores Atómicos (NIIAR) en Dimitrovgrad. , Rusia , ^[51] que se dedican a la producción de elementos transcurium ( Z  > 96). Estas instalaciones tienen niveles de potencia y flujo similares, y se espera que tengan capacidades de producción comparables para elementos transcurium, ^[52]aunque las cantidades producidas en NIIAR no se informan ampliamente. En una "campaña de procesamiento típica" en Oak Ridge, se irradian decenas de gramos de curio para producir cantidades de decigramos de californio , cantidades de miligramos de berkelio ( ²⁴⁹ Bk) y einstenio y cantidades de picogramos de fermio . ^{[53] [54]}

La primera muestra microscópica de muestra de ²⁵³ Es que pesa alrededor de 10 nanogramos se preparó en 1961 en HFIR. Se diseñó una balanza magnética especial para estimar su peso. ^{[3] [55]} Posteriormente se produjeron lotes más grandes a partir de varios kilogramos de plutonio con rendimientos de einstenio (en su mayoría ²⁵³ Es) de 0,48 miligramos en 1967-1970, 3,2 miligramos en 1971-1973, seguidos de una producción constante de aproximadamente 3 miligramos por año entre 1974 y 1978. ^[56] Sin embargo, estas cantidades se refieren a la cantidad integral en el objetivo inmediatamente después de la irradiación. Los procedimientos de separación posteriores redujeron aproximadamente diez veces la cantidad de einstenio isotópicamente puro. ^[52]

Síntesis de laboratorio

La irradiación de plutonio con neutrones pesados ​​da como resultado cuatro isótopos principales de einstenio: ²⁵³ Es (emisor α con una vida media de 20,47 días y una vida media de fisión espontánea de 7 × 10 ⁵ años); ^{254 m} Es (emisor β con vida media de 39,3 horas), ²⁵⁴ Es (emisor α con vida media de aproximadamente 276 días) y ²⁵⁵ Es (emisor β con vida media de 39,8 días). ^{[57] [45]} Una ruta alternativa implica el bombardeo de uranio-238 con haces de iones de nitrógeno u oxígeno de alta intensidad. ^[58]

Se produjo einstenio-247 (vida media de 4,55 minutos) irradiando americio-241 con carbono o uranio-238 con iones de nitrógeno. ^[59] La última reacción se realizó por primera vez en 1967 en Dubna, Rusia, y los científicos involucrados recibieron el Premio Lenin Komsomol . ^[60]

El isótopo ²⁴⁸ Es se produjo irradiando ²⁴⁹ Cf con iones deuterio . Se desintegra principalmente por emisión de electrones a ²⁴⁸ Cf con una vida media de25 ± 5 minutos, pero también libera partículas α de 6,87 MeV de energía, con una relación de electrones a partículas α de aproximadamente 400. ^[61]

${\displaystyle {\ce {^{249}_{98}Cf + ^{2}_{1}D -> ^{248}_{99}Es + 3^{1}_{0}n}}\quad \left({\ce {^{248}_{99}Es ->[\epsilon][27 {\ce {min}}] ^{248}_{98}Cf}}\right)}$

Los isótopos más pesados ²⁴⁹ Es, ²⁵⁰ Es, ²⁵¹ Es y ²⁵² Es se obtuvieron bombardeando ²⁴⁹ Bk con partículas α. En este proceso se liberan de uno a cuatro neutrones, lo que hace posible la formación de cuatro isótopos diferentes en una reacción. ^[62]

${\displaystyle {\ce {^{249}_{97}Bk ->[+\alpha] ^{249,250,251,252}_{99}Es}}}$

El einstenio-253 se produjo irradiando un objetivo de 0,1-0,2 miligramos de ²⁵² Cf con un flujo de neutrones térmicos de (2-5) × 10 ¹⁴ neutrones · cm ⁻² · s ⁻¹ durante 500 a 900 horas: ^[63]

${\displaystyle {\ce {^{252}_{98}Cf ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-][17.81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es}}}$

En 2020, los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge pudieron crear 233 nanogramos de ²⁵⁴ Es, un nuevo récord mundial. Esto permitió estudiar por primera vez algunas propiedades químicas del elemento. ^[64]

Síntesis en explosiones nucleares

Rendimiento estimado de elementos transuránicos en las pruebas nucleares estadounidenses Hutch y Cyclamen. ^{[sesenta y cinco]}

El análisis de los escombros en la prueba nuclear de 10 megatones de Ivy Mike fue parte de un proyecto a largo plazo. Uno de los objetivos del cual era estudiar la eficiencia de la producción de elementos transuránicos en explosiones nucleares de alta potencia. La motivación de estos experimentos fue que la síntesis de tales elementos a partir de uranio requiere la captura de múltiples neutrones. La probabilidad de tales eventos aumenta con el flujo de neutrones , y las explosiones nucleares son las fuentes de neutrones artificiales más poderosas, proporcionando densidades del orden de 10 ²³ neutrones / cm ² en un microsegundo, o alrededor de 10 ²⁹ neutrones / (cm ² · s ). En comparación, el flujo del reactor HFIR es 5 × 10¹⁵ neutrones / (cm ² · s). Se instaló un laboratorio exclusivo en el atolón de Enewetak para el análisis preliminar de los desechos, ya que algunos isótopos podrían haberse descompuesto cuando las muestras de desechos llegaron a los Estados Unidos continentales. El laboratorio estaba recibiendo muestras para análisis lo antes posible, de aviones equipados con filtros de papel. que voló sobre el atolón después de las pruebas. Si bien se esperaba descubrir nuevos elementos químicos más pesados ​​que el fermio, ninguno de ellos se encontró incluso después de una serie de explosiones de megatones realizadas entre 1954 y 1956 en el atolón. ^[5]

Los resultados atmosféricos se complementaron con los datos de pruebas subterráneas acumulados en la década de 1960 en el sitio de pruebas de Nevada , ya que se esperaba que poderosas explosiones llevadas a cabo en espacios confinados pudieran dar como resultado rendimientos mejorados e isótopos más pesados. Aparte de las cargas tradicionales de uranio, combinaciones de uranio con americio y torioSe han probado, así como con una carga mixta de plutonio y neptunio, pero tuvieron menos éxito en términos de rendimiento y se atribuyeron a pérdidas más fuertes de isótopos pesados ​​debido a tasas de fisión mejoradas en cargas de elementos pesados. El aislamiento del producto fue problemático ya que las explosiones esparcieron los escombros al derretir y vaporizar las rocas circundantes a profundidades de 300 a 600 metros. La perforación a tales profundidades para extraer los productos fue lenta e ineficiente en términos de volúmenes recolectados. ^{[5] [65]}

Entre las nueve pruebas subterráneas que se llevaron a cabo entre 1962 y 1969, ^{[66] [67]} la última fue la más poderosa y tuvo el mayor rendimiento de elementos transuránicos. En un microsegundo se produjeron miligramos de einstenio que normalmente tomarían un año de irradiación en un reactor de alta potencia. ^[65] Sin embargo, el principal problema práctico de toda la propuesta fue recolectar los desechos radiactivos dispersados ​​por la poderosa explosión. Los filtros de las aeronaves se adsorben solo alrededor de 4 × 10 ^{- 14}de la cantidad total, y la recolección de toneladas de corales en el atolón Enewetak aumentó esta fracción en solo dos órdenes de magnitud. La extracción de aproximadamente 500 kilogramos de rocas subterráneas 60 días después de la explosión de Hutch recuperó solo alrededor de 1 × 10 ^{- 7} de la carga total. La cantidad de elementos transuránicos en este lote de 500 kg fue solo 30 veces mayor que en una roca de 0,4 kg recogida 7 días después de la prueba, que demostró la dependencia altamente no lineal del rendimiento de elementos transuránicos de la cantidad de roca radiactiva recuperada. ^[68]Se perforaron pozos en el sitio antes de la prueba para acelerar la recolección de muestras después de la explosión, de modo que la explosión expulsara material radiactivo del epicentro a través de los pozos y recoja volúmenes cerca de la superficie. Este método se probó en dos pruebas y proporcionó instantáneamente cientos de kilogramos de material, pero con una concentración de actínidos 3 veces menor que en las muestras obtenidas después de la perforación. Si bien dicho método podría haber sido eficaz en estudios científicos de isótopos de vida corta, no pudo mejorar la eficacia global de recogida de los actínidos producidos. ^[69]

Aunque no se pudieron detectar elementos nuevos (aparte del einstenio y el fermio) en los restos de la prueba nuclear, y los rendimientos totales de elementos transuránicos fueron decepcionantemente bajos, estas pruebas proporcionaron cantidades significativamente más altas de isótopos pesados ​​raros que las disponibles anteriormente en los laboratorios. ^[70]

Separación

Curvas de elución : separación cromatográfica de Fm (100), Es (99), Cf, Bk, Cm y Am

El procedimiento de separación del einstenio depende del método de síntesis. En el caso del bombardeo de iones ligeros dentro de un ciclotrón, el objetivo de iones pesados ​​se une a una lámina delgada y el einstenio generado simplemente se lava de la lámina después de la irradiación. Sin embargo, las cantidades producidas en tales experimentos son relativamente bajas. ^[71] Los rendimientos son mucho mayores para la irradiación del reactor, pero allí, el producto es una mezcla de varios isótopos de actínidos, así como lantánidos producidos en las desintegraciones de fisión nuclear. En este caso, el aislamiento de einstenio es un procedimiento tedioso que implica varios pasos repetidos de intercambio catiónico, a temperatura y presión elevadas, y cromatografía. La separación del berkelio es importante, porque el isótopo de einstenio más común producido en los reactores nucleares,²⁵³ Es, decae con una vida media de solo 20 días a ²⁴⁹ Bk, que es rápido en la escala de tiempo de la mayoría de los experimentos. Tal separación se basa en el hecho de que el berkelio se oxida fácilmente al estado sólido +4 y precipita, mientras que otros actínidos, incluido el einstenio, permanecen en su estado +3 en soluciones. ^[72]

La separación de actínidos trivalentes de los productos de fisión de lantánidos se puede realizar mediante una columna de resina de intercambio catiónico utilizando una solución al 90% de agua / etanol al 10% saturada con ácido clorhídrico (HCl) como eluyente . Por lo general, va seguida de una cromatografía de intercambio aniónico utilizando HCl 6 molar como eluyente. A continuación, se utiliza una columna de resina de intercambio catiónico (columna de intercambio Dowex-50) tratada con sales de amonio para separar las fracciones que contienen los elementos 99, 100 y 101. Estos elementos pueden identificarse luego simplemente en función de su posición / tiempo de elución, utilizando α-hidroxiisobutirato solución (α-HIB), por ejemplo, como eluyente. ^[73]

La separación de los actínidos 3+ también se puede lograr mediante cromatografía de extracción con disolvente, utilizando ácido bis- (2-etilhexil) fosfórico (abreviado como HDEHP) como fase orgánica estacionaria y ácido nítrico como fase acuosa móvil. La secuencia de elución de actínidos se invierte con respecto a la de la columna de resina de intercambio catiónico. El einstenio separado por este método tiene la ventaja de estar libre de agentes complejantes orgánicos, en comparación con la separación usando una columna de resina. ^[73]

Preparación del metal

El einstenio es altamente reactivo y, por lo tanto, se requieren agentes reductores fuertes para obtener el metal puro a partir de sus compuestos. ^[74] Esto se puede lograr mediante la reducción del fluoruro de einstenio (III) con litio metálico :

EsF ₃ + 3 Li → Es + 3 LiF

Sin embargo, debido a su bajo punto de fusión y alta tasa de daño por autoradiación, el einstenio tiene una alta presión de vapor, que es más alta que la del fluoruro de litio. Esto hace que esta reacción de reducción sea bastante ineficaz. Se probó en los primeros intentos de preparación y se abandonó rápidamente a favor de la reducción del óxido de einstenio (III) con lantano metálico: ^{[27] [29] [75]}

Es ₂ O ₃ + 2 La → 2 Es + La ₂ O ₃

Compuestos químicos

Estructura cristalina y constantes reticulares de algunos compuestos Es

Compuesto	Color	Simetría	Grupo espacial	No	Símbolo de Pearson	a ( pm )	b (pm)	c (pm)
Es 2 O 3	Incoloro	Cúbico [35]	Ia 3	206	cI80	1076,6
Es 2 O 3	Incoloro	Monoclínico [76]	C2 / m	12	mS30	1411	359	880
Es 2 O 3	Incoloro	Hexagonal [76]	P 3 m1	164	hP5	370		600
EsF 3		Hexagonal [34]
EsF 4		Monoclínico [77]	C2 / c	15	mS60
EsCl 3	naranja	Hexagonal [78] [79]	C6 3 / m		HP8	727		410
EsBr 3	Amarillo	Monoclínico [80]	C2 / m	12	mS16	727	1259	681
EsI 3	Ámbar	Hexagonal [81] [82]	R 3	148	HR24	753		2084
EsOCl		Tetragonal [81] [83]	P4 / nmm			394,8		670,2

Óxidos

El óxido de einstenio (III) (Es ₂ O ₃ ) se obtuvo quemando nitrato de einstenio (III). Forma cristales cúbicos incoloros, que se caracterizaron por primera vez a partir de muestras de microgramos de aproximadamente 30 nanómetros. ^{[28] [35]} Se conocen otras dos fases, monoclínica y hexagonal, para este óxido. La formación de una determinada fase de Es ₂ O ₃ depende de la técnica de preparación y del historial de la muestra, y no existe un diagrama de fase claro. Las interconversiones entre las tres fases pueden ocurrir espontáneamente, como resultado de la autoirradiación o el autocalentamiento. ^[84] La fase hexagonal es isotípica con el óxido de lantano (III) donde el Es ³⁺El ion está rodeado por un grupo coordinado de 6 iones O ²⁻ . ^{[76] [81]}

Haluros

Yoduro de einstenio (III) brillando en la oscuridad

Los haluros de einstenio son conocidos por los estados de oxidación +2 y +3. ^{[83] [85]} El estado más estable es +3 para todos los haluros desde el fluoruro hasta el yoduro.

El fluoruro de einstenio (III) (EsF ₃ ) se puede precipitar a partir de soluciones de cloruro de einstenio (III) al reaccionar con iones fluoruro . Un procedimiento de preparación alternativo es exponer óxido de einstenio (III) a trifluoruro de cloro (ClF ₃ ) o gas F ₂ a una presión de 1 a 2 atmósferas y una temperatura entre 300 y 400 ° C. La estructura cristalina de EsF ₃ es hexagonal, como en el fluoruro de californio (III) (CfF ₃ ), donde los iones Es ³⁺ están coordinados 8 veces por iones flúor en una disposición de prisma trigonal bicap . ^{[34] [86] [87]}

Einsteinium (III) cloruro (ESCL ₃ ) se puede preparar por el óxido de recocido einsteinium (III) en la atmósfera de los vapores de cloruro de hidrógeno seco a aproximadamente 500 ° C durante unos 20 minutos. Cristaliza al enfriarse a aproximadamente 425 ° C en un sólido naranja con una estructura hexagonal de tipo UCl 3 , donde los átomos de einstenio están coordinados 9 veces por átomos de cloro en una geometría de prisma trigonal tricapado. ^{[79] [86] [88]} El bromuro de einstenio (III) (EsBr ₃ ) es un sólido de color amarillo pálido con una estructura monoclínica de tipo AlCl 3 , donde los átomos de einstenio son octaédricoscoordinado por bromo (número de coordinación 6). ^{[82] [86]}

Los compuestos divalentes del einstenio se obtienen reduciendo los haluros trivalentes con hidrógeno : ^[89]

2 EsX ₃ + H ₂ → 2 EsX ₂ + 2 HX, X = F, Cl, Br, I

El cloruro de einstenio (II) (EsCl ₂ ), ^[90] bromuro de einstenio (II) (EsBr ₂ ), ^[91] y yoduro de einstenio (II) (EsI ₂ ) ^[83] se han producido y caracterizado por absorción óptica, sin información estructural disponible todavía. ^[82]

Los oxihaluros de einstenio conocidos incluyen EsOCl, ^[83] EsOBr ^[89] y EsOI. ^[83] Estas sales se sintetizan tratando un trihaluro con una mezcla de vapor de agua y el correspondiente haluro de hidrógeno: por ejemplo, EsCl ₃ + H ₂ O / HCl para obtener EsOCl. ^[33]

Compuestos de organoeinstenio

La alta radiactividad del einstenio tiene un uso potencial en radioterapia , y se han sintetizado complejos organometálicos para llevar átomos de einstenio a un órgano apropiado del cuerpo. Se han realizado experimentos para inyectar citrato de einstenio (así como compuestos de fermio) a perros. ^{[2] El} einstenio (III) también se incorporó a los complejos de quelato de beta-dicetona , ya que los complejos análogos con lantánidos mostraban anteriormente la luminiscencia excitada por UV más fuerte entre los compuestos metalorgánicos. Al preparar complejos de einstenio, los iones Es ³⁺ se diluyeron 1000 veces con Gd ³⁺iones. Esto permitió reducir el daño por radiación para que los compuestos no se desintegraran durante el período de 20 minutos requerido para las mediciones. La luminiscencia resultante de Es ³⁺ era demasiado débil para ser detectada. Esto se explica por las energías relativas desfavorables de los componentes individuales del compuesto que obstaculizan la transferencia de energía eficiente desde la matriz del quelato a los iones Es ³⁺ . Se llegó a una conclusión similar para otros actínidos americio, berkelio y fermio. ^[92]

Sin embargo, se observó luminiscencia de iones Es ³⁺ en soluciones de ácido clorhídrico inorgánico así como en solución orgánica con ácido di (2-etilhexil) ortofosfórico. Muestra un pico ancho de aproximadamente 1064 nanómetros (ancho medio de aproximadamente 100 nm) que puede ser excitado resonantemente por luz verde (aproximadamente 495 nm de longitud de onda). La luminiscencia tiene una vida útil de varios microsegundos y el rendimiento cuántico es inferior al 0,1%. Las tasas de desintegración no radiativa relativamente altas, en comparación con las de los lantánidos, en Es ³⁺ se asociaron con la interacción más fuerte de los electrones f con los electrones internos Es ³⁺ . ^[93]

Aplicaciones

Casi no hay uso para ningún isótopo de einstenio fuera de la investigación científica básica que tiene como objetivo la producción de transactínidos y elementos transuránicos superiores . ^[94]

En 1955, se sintetizó mendelevio irradiando un objetivo que constaba de aproximadamente ¹⁰⁹ átomos de ²⁵³ Es en el ciclotrón de 60 pulgadas en el Laboratorio de Berkeley. La reacción resultante de ²⁵³ Es (α, n) ²⁵⁶ Md produjo 17 átomos del nuevo elemento con el número atómico de 101. ^[95]

El isótopo raro einstenio-254 se ve favorecido para la producción de elementos ultrapesados debido a su gran masa, vida media relativamente larga de 270 días y disponibilidad en cantidades significativas de varios microgramos. ^[96] Por lo tanto, el einstenio-254 se utilizó como objetivo en el intento de síntesis de ununennio (elemento 119) en 1985 bombardeándolo con iones de calcio-48 en el acelerador lineal superHILAC en Berkeley, California. No se identificaron átomos, estableciendo un límite superior para la sección transversal de esta reacción en 300 nanobarns . ^[97]

${\displaystyle {\ce {{^{254}_{99}Es}+{^{48}_{20}Ca}->{^{302}_{119}Uue^{\ast }}->no\ atoms}}}$

Se utilizó einstenio-254 como marcador de calibración en el espectrómetro de análisis químico (" analizador de superficie de dispersión alfa ") de la sonda lunar Surveyor 5 . La gran masa de este isótopo redujo la superposición espectral entre las señales del marcador y los elementos más ligeros estudiados de la superficie lunar. ^[98]

Seguridad

La mayoría de los datos disponibles sobre la toxicidad del einstenio proceden de investigaciones en animales. Tras la ingestión por ratas , solo aproximadamente el 0,01% de einstenio termina en el torrente sanguíneo. A partir de ahí, alrededor del 65% va a los huesos, donde permanecería durante unos 50 años si no fuera por su desintegración radiactiva, por no hablar de la vida útil máxima de 3 años de las ratas, el 25% a los pulmones (vida media biológica aproximadamente 20 años, aunque esto vuelve a ser irrelevante por la corta vida media de los isótopos de einstenio), 0.035% a los testículos o 0.01% a los ovarios, donde el einstenio permanece indefinidamente. Aproximadamente el 10% de la cantidad ingerida se excreta. La distribución del einstenio sobre las superficies óseas es uniforme y similar a la del plutonio. ^[99]

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Bibliografía

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Enlaces externos

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• Einstenio en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
• Factores relacionados con la edad en el metabolismo y la dosimetría de radionúclidos: Actas : contiene varios estudios relacionados con la salud del einstenio