El hasio es un elemento químico con el símbolo Hs y el número atómico 108. El hasio es altamente radiactivo ; sus isótopos más estables conocidos tienen vidas medias de aproximadamente diez segundos. [a] Uno de sus isótopos, 270 Hs, tiene números mágicos de protones y neutrones para núcleos deformados, lo que le da una mayor estabilidad frente a la fisión espontánea . Hassium es un elemento superpesado ; ha sido producido en un laboratorio sólo en cantidades muy pequeñas porfusionando núcleos pesados con otros más ligeros. Se han formulado hipótesis sobre apariciones naturales del elemento, pero nunca se han encontrado.
Hassium | |||||||||||||||||||||
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Pronunciación | / H æ s i ə m / ( escuchar ) [1] | ||||||||||||||||||||
Número de masa | [269] (datos no decisivos) [a] | ||||||||||||||||||||
Hassium en la tabla periódica | |||||||||||||||||||||
Número atómico ( Z ) | 108 | ||||||||||||||||||||
Grupo | grupo 8 | ||||||||||||||||||||
Período | período 7 | ||||||||||||||||||||
Cuadra | bloque d | ||||||||||||||||||||
Configuración electronica | [ Rn ] 5f 14 6d 6 7s 2 [4] | ||||||||||||||||||||
Electrones por capa | 2, 8, 18, 32, 32, 14, 2 | ||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||
Fase en STP | sólido (previsto) [5] | ||||||||||||||||||||
Densidad (cerca de rt ) | 27-29 g / cm 3 (predicho) [6] [7] | ||||||||||||||||||||
Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | (+2), ( +3 ), ( +4 ), (+6), +8 [8] [9] [10] (corchetes: predicción ) | ||||||||||||||||||||
Energías de ionización |
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Radio atómico | empírico: 126 pm (estimado) [8] | ||||||||||||||||||||
Radio covalente | 134 p . M. (Estimado) [12] | ||||||||||||||||||||
Otras propiedades | |||||||||||||||||||||
Ocurrencia natural | sintético | ||||||||||||||||||||
Estructura cristalina | hexagonal compacto (hcp) (predicho) [5] | ||||||||||||||||||||
Número CAS | 54037-57-9 | ||||||||||||||||||||
Historia | |||||||||||||||||||||
Nombrar | después de Hassia , latín de Hesse , Alemania, donde fue descubierto [13] | ||||||||||||||||||||
Descubrimiento | Gesellschaft für Schwerionenforschung (1984) | ||||||||||||||||||||
Principales isótopos de hassio | |||||||||||||||||||||
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En la tabla periódica de elementos, el hasio es un elemento transactínido , un miembro del séptimo período y del grupo 8 ; por tanto, es el sexto miembro de la serie 6d de metales de transición . Los experimentos químicos han confirmado que el hasio se comporta como el homólogo más pesado del osmio , reaccionando fácilmente con el oxígeno para formar un tetróxido volátil . Las propiedades químicas del hasio se han caracterizado solo en parte, pero se comparan bien con la química de los otros elementos del grupo 8.
La principal innovación que condujo al descubrimiento del hassio fue la técnica de fusión en frío, en la que los núcleos fusionados no diferían tanto en masa como en técnicas anteriores. Se basaba en una mayor estabilidad de los núcleos diana, lo que a su vez reducía la energía de excitación. Esto disminuyó el número de eyecciones de neutrones durante la síntesis, creando núcleos resultantes más pesados y estables. La técnica se probó por primera vez en el Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares (JINR) en Dubna , Óblast de Moscú , SFSR de Rusia , Unión Soviética , en 1974. El JINR utilizó esta técnica para intentar la síntesis del elemento 108 en 1978, en 1983 y en 1984; el último experimento resultó en una afirmación de que se había producido el elemento 108. Más tarde, en 1984, siguió una afirmación de síntesis de la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Darmstadt , Hesse , Alemania Occidental . El informe de 1993 del Transfermium Working Group, formado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada , concluyó que el informe de Darmstadt era concluyente por sí solo, mientras que el de Dubna no lo era, y un crédito importante. fue asignado a los científicos alemanes. GSI anunció formalmente que deseaban nombrar el elemento hassium en honor al estado alemán de Hesse (Hassia en latín), hogar de la instalación en 1992; este nombre fue aceptado como definitivo en 1997.
Introducción a los elementos más pesados
Video externo | |
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Visualización de una fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia [14] |
Los núcleos atómicos [b] más pesados se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual [c] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. [20] 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 interacción fuerte puede 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. [21] 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. [21] [22] 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 , [d] que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y 16 segundos después de la colisión inicial. [23] [e]
El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. [26] 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 la hora de la llegada. [26] La transferencia tarda entre 10 y 6 segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. [29] El núcleo se registra de nuevo una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de desintegración. [26]
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. [30] Los núcleos de los elementos más pesados se predicen teóricamente [31] y hasta ahora se ha observado [32] que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración que son causados por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea ; [g] 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. [h] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no se puede determinar a partir de sus hijas. [I]
La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados es, por lo 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. [j]
Descubrimiento
Fusión fría
Las reacciones nucleares utilizadas en la década de 1960 produjeron altas energías de excitación que requirieron la expulsión de cuatro o cinco neutrones; estas reacciones utilizaron dianas hechas de elementos con números atómicos altos para maximizar la diferencia de tamaño entre los dos núcleos en una reacción. Si bien esto aumentó la posibilidad de fusión debido a la menor repulsión electrostática entre el objetivo y el proyectil, los núcleos compuestos formados a menudo se rompieron y no sobrevivieron para formar un nuevo elemento. Además, los procesos de fusión producen inevitablemente núcleos pobres en neutrones, ya que los elementos más pesados requieren más neutrones por protón para maximizar la estabilidad; [k] por lo tanto, la expulsión necesaria de neutrones da como resultado productos finales que normalmente tienen una vida útil más corta . Como tal, los haces de luz (de seis a diez protones) permitieron la síntesis de elementos solo hasta 106 . [47]
Para avanzar a elementos más pesados, el físico soviético Yuri Oganessian del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Óblast de Moscú , RSFS de Rusia , Unión Soviética , propuso un mecanismo diferente, en el que el núcleo bombardeado sería plomo-208, que ha números mágicos de protones y neutrones, u otro núcleo cercano a él. [48] Cada protón y neutrón tiene un valor fijo de energía en reposo ; los de todos los protones son iguales y también los de todos los neutrones. En un núcleo, parte de esta energía se desvía para unir protones y neutrones; si un núcleo tiene un número mágico de protones y / o neutrones, entonces se desvía aún más de su energía en reposo, lo que le da al nucleido estabilidad adicional. Esta estabilidad adicional requiere más energía para que un núcleo externo rompa el existente y lo penetre. [38] Más energía desviada a los nucleones de unión significa menos energía en reposo, lo que a su vez significa menos masa (la masa es proporcional a la energía en reposo). Los números atómicos más iguales de los núcleos que reaccionan dan como resultado una mayor repulsión electrostática entre ellos, pero el menor exceso de masa del núcleo objetivo lo equilibra. [48] Esto deja menos energía de excitación para el núcleo compuesto recién creado, que necesita menos eyecciones de neutrones para alcanzar un estado estable. [38] Debido a esta diferencia de energía, el primer mecanismo se conoció como "fusión caliente" y el segundo como "fusión fría". [49]
La fusión fría fue declarada exitosa por primera vez en 1974 en JINR, cuando se probó para la síntesis del elemento 106 aún no descubierto . [38] Se proyectó que estos nuevos núcleos se descompondrían a través de la fisión espontánea. Los físicos del JINR concluyeron que el elemento 106 se produjo en el experimento porque ningún núcleo de fisión conocido en ese momento mostraba parámetros de fisión similares a los observados durante el experimento y porque el cambio de cualquiera de los dos núcleos en las reacciones anulaba los efectos observados. Los físicos del Laboratorio Lawrence Berkeley (LBL; originalmente Laboratorio de Radiación, RL, y más tarde Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley , LBNL) de la Universidad de California en Berkeley , California , Estados Unidos, también expresaron gran interés en la nueva técnica. [38] Cuando se le preguntó acerca de hasta dónde podría llegar este nuevo método y si los objetivos principales fueran un Klondike de física , Oganessian respondió: "Klondike puede ser una exageración [...] Pero pronto, intentaremos obtener elementos 107 ... 108 en estas reacciones ". [38]
Informes
La síntesis del elemento 108 se intentó por primera vez en 1978 por un equipo de investigación dirigido por Oganessian en el JINR. El equipo utilizó una reacción que generaría el elemento 108, específicamente, el isótopo 270108 , [l] a partir de la fusión del radio (específicamente, el isótopo226
88Real academia de bellas artes
) y calcio (48
20California
) . Los investigadores no estaban seguros de interpretar sus datos, y su artículo no afirmaba sin ambigüedades haber descubierto el elemento. [50] El mismo año, otro equipo de JINR investigó la posibilidad de síntesis del elemento 108 en reacciones entre plomo (208
82Pb
) y hierro (58
26Fe
) ; no estaban seguros de interpretar los datos, lo que sugiere la posibilidad de que el elemento 108 no se hubiera creado. [51]
En 1983, se realizaron nuevos experimentos en JINR. [54] Los experimentos probablemente dieron como resultado la síntesis del elemento 108; bismuto (209
83Bi
) fue bombardeado con manganeso (55
25Minnesota
) para obtener 263108 , plomo (207
82Pb
, 208
82Pb
) fue bombardeado con hierro (58
26Fe
) para obtener 264108 , y californio (249
98Cf
) fue bombardeado con neón (22
10Nordeste
) para obtener 270 108. [13] Estos experimentos no se afirmaron como un descubrimiento y Oganessian los anunció en una conferencia en lugar de en un informe escrito. [54]
En 1984, los investigadores del JINR en Dubna realizaron experimentos configurados de manera idéntica a los anteriores; bombardearon objetivos de bismuto y plomo con iones de elementos más ligeros manganeso y hierro, respectivamente. Se registraron veintiún eventos de fisión espontánea; los investigadores concluyeron que fueron causados por 264 108. [55]
Más tarde, en 1984, un equipo de investigación dirigido por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI; Instituto de Investigación de Iones Pesados ) en Darmstadt , Hesse , Alemania Occidental , intentó crear el elemento 108. El equipo bombardeó una pista (208
82Pb
) objetivo con hierro acelerado (58
26Fe
) núcleos. [19] El experimento de GSI para crear el elemento 108 se retrasó hasta después de la creación del elemento 109 en 1982, ya que cálculos anteriores habían sugerido que incluso, incluso los isótopos del elemento 108 tendrían vidas medias de fisión espontánea de menos de un microsegundo , lo que los hacía difíciles. para detectar e identificar. [56] El experimento del elemento 108 finalmente se llevó a cabo después de que se sintetizaron 266 109 y se descubrió que se desintegraba por emisión alfa, lo que sugiere que los isótopos del elemento 108 harían lo mismo, y esto fue corroborado por un experimento destinado a sintetizar isótopos del elemento 106. GSI informó la síntesis de tres átomos de 265 108. Dos años más tarde, informaron la síntesis de un átomo de los pares 264 108. [56]
Arbitraje
En 1985, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) y la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) formaron el Grupo de Trabajo Transfermium (TWG) para evaluar los descubrimientos y establecer los nombres finales de los elementos con números atómicos superiores a 100. El partido mantuvo reuniones con delegados de los tres institutos competidores; en 1990, establecieron criterios para el reconocimiento de un elemento y en 1991, terminaron el trabajo de evaluación de descubrimientos y se disolvieron. Estos resultados se publicaron en 1993. [57]
Según el informe, las obras de 1984 de JINR y GSI establecieron de forma simultánea e independiente la síntesis del elemento 108. De las dos obras de 1984, se dijo que la de GSI era suficiente como descubrimiento por sí sola. El trabajo de JINR, que precedió al de GSI, "muy probablemente" mostró la síntesis del elemento 108. Sin embargo, eso se determinó en retrospectiva dado el trabajo de Darmstadt; el trabajo de JINR se centró en identificar químicamente a las nietas remotas de los isótopos del elemento 108 (lo que no podía excluir la posibilidad de que estos isótopos hijos tuvieran otros progenitores), mientras que el trabajo de GSI identificó claramente la ruta de desintegración de esos isótopos del elemento 108. El informe concluyó que el mayor crédito debería otorgarse a GSI. [55] En respuestas escritas a esta resolución, tanto JINR como GSI estuvieron de acuerdo con sus conclusiones. En la misma respuesta, GSI confirmó que ellos y JINR pudieron resolver todos los conflictos entre ellos. [42]
Nombrar
Históricamente, un elemento recién descubierto fue nombrado por su descubridor. La primera regulación se produjo en 1947, cuando la IUPAC decidió que la denominación requería una regulación en caso de que hubiera nombres en conflicto. [58] [m] Estos asuntos debían ser resueltos por la Comisión de Nomenclatura Inorgánica y la Comisión de Pesos Atómicos . Revisarían los nombres en caso de conflicto y seleccionarían uno; la decisión se basaría en una serie de factores, como el uso, y no sería un indicador de la prioridad de una reclamación. Las dos comisiones recomendarían un nombre al Consejo de la IUPAC, que sería la autoridad final. [58] Los descubridores tenían derecho a nombrar un elemento, pero su nombre estaría sujeto a la aprobación de la IUPAC. [58] La Comisión de Pesos Atómicos se distanció de la denominación de elementos en la mayoría de los casos. [58]
Bajo la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos , hassium se conocería como "eka- osmium ", como en "el primer elemento debajo del osmium en la tabla periódica" (del sánscrito eka que significa "uno"). En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría "unniloctium" y asignó el símbolo correspondiente de "Uno", [59] un nombre de elemento sistemático como marcador de posición hasta que el elemento fuera descubierto y luego confirmado el descubrimiento, y se decidió un nombre permanente. Aunque estas recomendaciones se siguieron ampliamente en la comunidad química, los físicos competidores en el campo las ignoraron. [60] [61] O lo llamaron "elemento 108", con los símbolos E108 , (108) o 108 , o utilizaron el nombre propuesto "hassium". [62]
En 1990, en un intento de romper un punto muerto al establecer la prioridad del descubrimiento y la denominación de varios elementos, la IUPAC reafirmó en su nomenclatura de química inorgánica que después de que se estableciera la existencia de un elemento, los descubridores podrían proponer un nombre. (Además, la Comisión de Pesos Atómicos fue excluida del proceso de denominación). La primera publicación sobre los criterios para el descubrimiento de un elemento, publicada en 1991, especificó la necesidad de reconocimiento por parte de TWG. [58]
Armbruster y sus colegas, los descubridores alemanes oficialmente reconocidos, llevaron a cabo una ceremonia de nombramiento de los elementos 107 a 109, que habían sido reconocidos como descubiertos por GSI, el 7 de septiembre de 1992. Para el elemento 108, los científicos propusieron el nombre "hassium". [63] Se deriva del nombre latino Hassia para el estado alemán de Hesse donde se encuentra el instituto. [13] [42] Este nombre fue propuesto a la IUPAC en una respuesta escrita a su decisión sobre la prioridad de las reclamaciones de descubrimiento de elementos, firmada el 29 de septiembre de 1992. [42]
El proceso de nombrar el elemento 108 fue parte de un proceso más amplio de nombrar varios elementos comenzando con el elemento 101 ; tres equipos, JINR, GSI y LBL, afirmaron haber descubierto varios elementos y el derecho a nombrar esos elementos. A veces, estas afirmaciones chocaban; Dado que se consideraba que un descubridor tenía derecho a nombrar un elemento, los conflictos sobre la prioridad del descubrimiento a menudo resultaban en conflictos sobre los nombres de estos nuevos elementos. Estos conflictos se conocieron como las Guerras Transfermium . [64] Diferentes sugerencias para nombrar todo el conjunto de elementos desde 101 en adelante y ocasionalmente asignaban nombres sugeridos por un equipo para ser usados por elementos descubiertos por otro. [n] Sin embargo, no todas las sugerencias fueron recibidas con la misma aprobación; los equipos protestaron abiertamente por las propuestas de nombres en varias ocasiones. [66]
En 1994, la Comisión de Nomenclatura de Química Inorgánica de la IUPAC recomendó que el elemento 108 se llamara "hahnio" (Hn) en honor al físico alemán Otto Hahn, por lo que los elementos que llevan el nombre de Hahn y Lise Meitner (se recomendó que el elemento 109 se llamara meitnerio, siguiendo la sugerencia de GSI ) estarían uno al lado del otro, en honor a su descubrimiento conjunto de la fisión nuclear; [67] La IUPAC comentó que sentían que la sugerencia alemana era oscura. [68] GSI protestó, diciendo que esta propuesta contradecía la convención de larga data de dar al descubridor el derecho a sugerir un nombre; [69] la American Chemical Society apoyó a GSI. [13] El nombre "hahnium", aunque con el símbolo diferente Ha, ya había sido propuesto y utilizado por los científicos estadounidenses para el elemento 105 , por el cual tenían una disputa de descubrimiento con JINR; así protestaron por la confusa mezcla de nombres. [70] Tras el alboroto, la IUPAC formó un comité ad hoc de representantes de las organizaciones nacionales adheridas de los tres países que albergan a las instituciones competidoras; produjeron un nuevo conjunto de nombres en 1995. El elemento 108 se llamó nuevamente hahnio ; esta propuesta también fue retractada. [71] El compromiso final se alcanzó en 1996 y se publicó en 1997; el elemento 108 se llamó hassium (Hs). [72] Simultáneamente, el nombre dubnium (Db; de Dubna, la ubicación del JINR) se asignó al elemento 105, y el nombre hahnium no se usó para ningún elemento. [43] [o]
La justificación oficial para este nombre, junto con el de darmstadtium para el elemento 110, fue que completó un conjunto de nombres geográficos para la ubicación del GSI; este conjunto había sido iniciado por los nombres europio y germanio del siglo XIX . Este conjunto serviría como respuesta a la denominación anterior de americio , californio y berkelio para elementos descubiertos en Berkeley. Armbruster comentó sobre esto, "esta mala tradición [p] fue establecida por Berkeley. Queríamos hacerlo para Europa". [74] Más tarde, al comentar sobre el nombre del elemento 112 , Armbruster dijo: "Hice todo lo posible para asegurarme de que no continuamos con los científicos alemanes y las ciudades alemanas". [74]
Isótopos
Isótopo | Vida media [q] [r] | Modo de decaimiento | Año del descubrimiento [76] | Reacción de descubrimiento [77] [s] | |
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Valor | Árbitro | ||||
263 Hs | 760 μs | [76] | α, SF | 2009 | 208 Pb ( 56 Fe, n) |
264 Hs | 540 μs | [76] | α, SF | 1986 | 207 Pb ( 58 Fe, n) |
265 Hs | 1,96 ms | [76] | α, SF | 1984 | 208 Pb ( 58 Fe, n) |
265 millones de Hs | 360 μs | [76] | α | 1995 | 208 Pb ( 56 Fe, n) |
266 Hs | 3,02 ms | [76] | α, SF | 2001 | 270 Ds (-, α) |
266 millones de Hs | 280 ms | [76] | α | 2011 | 270 m Ds (-, α) |
267 Hs | 55 ms | [75] | α | 1995 | 238 U ( 34 S, 5n) |
267 millones de Hs | 990 μs | [75] | α | 2004 | 238 U ( 34 S, 5n) |
268 Hs | 1,42 s | [75] | α | 2010 | 238 U ( 34 S, 4n) |
269 Hs | 16 s | [75] | α | 1996 | 277 Cn (-, 2α) |
270 Hs | 9 s | [75] | α | 2003 | 248 cm ( 26 mg, 4 n) |
271 Hs | 10 s [t] | [78] | α | 2008 | 248 cm ( 26 mg, 3 n) |
273 Hs | 510 ms | [79] | α | 2010 | 285 Fl (-, 3α) |
275 Hs | 200 ms | [80] | α | 2004 | 287 Fl (-, 3α) |
277 Hs | 11 ms | [3] | α | 2010 | 289 Fl (-, 3α) |
277m Hs | 110 s [u] | [3] | SF | 2012 | 293m Lv (-, 4α) |
El hasio no tiene isótopos estables o de origen natural. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea fusionando dos átomos o observando la desintegración de elementos más pesados. A partir de 2019, la cantidad de todo el hasio jamás producido fue del orden de cientos de átomos. [81] [82] Se han informado doce isótopos con números de masa que van de 263 a 277 (con las excepciones de 272, 274 y 276), cuatro de los cuales — hassio-265, -267, -269 y -277— tienen estados metaestables conocidos , [83] [v] aunque el del hassium-277 no está confirmado. [84] La mayoría de estos isótopos se desintegran predominantemente por desintegración alfa; este es el más común para todos los isótopos para los que se dispone de características completas de desintegración, siendo la única excepción el hassio-277, que sufre una fisión espontánea. [83] Los isótopos más ligeros se sintetizaron generalmente por fusión directa entre dos núcleos más ligeros, mientras que los isótopos más pesados se observaron típicamente como productos de desintegración de núcleos con números atómicos más grandes. [77]
Los núcleos atómicos tienen capas nucleares bien establecidas, y la existencia de estas capas proporciona a los núcleos una estabilidad adicional. Si un núcleo tiene cierta cantidad de protones o neutrones, llamados números mágicos, que completan ciertas capas nucleares, entonces el núcleo es aún más estable contra la desintegración. Los números mágicos más altos conocidos son 82 para protones y 126 para neutrones. Esta noción a veces se amplía para incluir números adicionales entre esos números mágicos, que también proporcionan cierta estabilidad adicional e indican el cierre de "subconchas". A diferencia de los núcleos más ligeros más conocidos, los núcleos superpesados están deformados. Hasta la década de 1960, el modelo de gota de líquido fue la explicación dominante de la estructura nuclear. Sugirió que la barrera de fisión desaparecería para núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [85] [86] Por lo tanto, se pensó que la fisión espontánea ocurriría casi instantáneamente antes de que los núcleos pudieran formar una estructura que pudiera estabilizarlos; [47] parecía que los núcleos con Z ≈ 103 [w] eran demasiado pesados para existir durante un período de tiempo considerable. [87]
El último modelo de capa nuclear sugirió que los núcleos con aproximadamente trescientos nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serán más resistentes a la fisión espontánea y sufrirán principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas, [85] [86] y el siguiente Se espera que el núcleo doblemente mágico (que tiene números mágicos de protones y neutrones) se encuentre en el centro de la isla de estabilidad en las proximidades de Z = 110-114 y el número de neutrones mágicos predicho N = 184. Descubrimientos posteriores sugirieron que la la isla podría estar más lejos de lo previsto originalmente; También demostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de vida larga y la isla predicha se deforman y obtienen estabilidad adicional a partir de los efectos de la capa. [86] La adición a la estabilidad contra la fisión espontánea debería ser particularmente grande contra la fisión espontánea, aunque el aumento de la estabilidad contra la desintegración alfa también sería pronunciado. [86] El centro de la región en un gráfico de nucleidos que correspondería a esta estabilidad para núcleos deformados se determinó como 270 Hs, y se espera que 108 sea un número mágico para protones para núcleos deformados (núcleos que están lejos de ser esféricos) y 162 un número mágico de neutrones para tales núcleos. [88] Los experimentos con núcleos superpesados más ligeros, [89] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [47] han mostrado una estabilidad mayor de la anticipada contra la fisión espontánea, lo que demuestra la importancia de los efectos de caparazón en los núcleos.
Los modelos teóricos predicen que una región de inestabilidad para algunos isótopos de hassio se encuentra alrededor de A = 275 [90] y N = 168-170, que se encuentra entre los cierres de capa de neutrones pronosticados en N = 162 para núcleos deformados y N = 184 para núcleos esféricos. [91] Se predice que los nucleidos dentro de esta región tienen bajas alturas de barrera de fisión, lo que resulta en vidas medias parciales cortas hacia la fisión espontánea. Esta predicción está respaldada por la vida media de once milisegundos observada de 277 Hs y la de la isobara vecina 277 Mt porque se demostró que los factores de impedimento del nucleón impar eran mucho más bajos de lo esperado. Las vidas medias medidas son incluso más bajas que las predichas para los pares pares 276 Hs y 278 Ds, lo que sugiere una brecha en la estabilidad lejos de los cierres de caparazón y quizás un debilitamiento de los cierres de caparazón en esta región. [91]
En 1991, los físicos polacos Zygmunt Patyk y Adam Sobiczewski predijeron [92] que 108 es un número mágico de protones para núcleos deformados y 162 es un número mágico de neutrones para tales núcleos. Esto significa que dichos núcleos se deforman permanentemente en su estado fundamental, pero tienen barreras de fisión altas y estrechas para una mayor deformación y, por lo tanto, una vida útil relativamente larga hacia la fisión espontánea. [93] [94] Las perspectivas computacionales para la estabilización del caparazón para 270 Hs lo convirtieron en un candidato prometedor para un núcleo doblemente mágico deformado. [95] Los datos experimentales son escasos, pero los investigadores interpretan los datos existentes para respaldar la asignación de N = 162 como un número mágico. En particular, esta conclusión se extrajo de los datos de desintegración de 269 Hs, 270 Hs y 271 Hs. [x] En 1997, el físico polaco Robert Smolańczuk calculó que el isótopo 292 Hs puede ser el núcleo superpesado más estable contra la desintegración alfa y la fisión espontánea como consecuencia del cierre de capa N = 184 previsto . [98] [99]
Ocurrencia natural
No se sabe que el hasio se encuentre de forma natural en la Tierra; las vidas medias de todos sus isótopos conocidos son lo suficientemente cortas como para que ningún hasio primordial hubiera sobrevivido hasta el día de hoy. Esto no descarta la posibilidad de la existencia de isótopos desconocidos, de vida más larga o isómeros nucleares , algunos de los cuales aún podrían existir en cantidades traza si tienen una vida suficiente. Ya en 1914, el físico alemán Richard Swinne propuso el elemento 108 como fuente de rayos X en la capa de hielo de Groenlandia . Aunque Swinne no pudo verificar esta observación y, por lo tanto, no reclamó el descubrimiento, propuso en 1931 la existencia de "regiones" de elementos transuránicos de larga vida, incluida una alrededor de Z = 108. [100]
En 1963, el geólogo soviético y físico Viktor Cherdyntsev, que había solicitado previamente la existencia de primordial curio -247, [101] afirmó haber descubierto el elemento 108 de forma específica al 267 108 isótopos, que supuestamente tenía una vida media de 400 a 500 millones de años — en molibdenita natural y sugirió el nombre provisional sergenium (símbolo Sg); [102] [y] este nombre toma su origen del nombre de la Ruta de la Seda y se explicó como "procedente de Kazajstán ". [102] Su razón fundamental para afirmar que el sergenio era el homólogo más pesado del osmio era que los minerales que supuestamente contenían sergenio formaban óxidos volátiles cuando se hervían en ácido nítrico , de forma similar al osmio. [103]
Los hallazgos de Cherdyntsev fueron criticados por el físico soviético Vladimir Kulakov con el argumento de que algunas de las propiedades que Cherdyntsev afirmaba que tenía el sergenio eran incompatibles con la física nuclear vigente en ese momento. Las principales preguntas planteadas por Kulakov fueron que la energía de desintegración alfa alegada del sergenio era muchos órdenes de magnitud más baja de lo esperado y la vida media dada fue ocho órdenes de magnitud más corta de lo que se predeciría para un núclido alfa en desintegración con la desintegración declarada. energía. Al mismo tiempo, una vida media corregida en la región de 10 16 años sería imposible porque implicaría que las muestras contienen alrededor de cien miligramos de sergenio. [103] En 2003, se sugirió que la desintegración alfa observada con energía de 4.5 MeV podría deberse a una transición de baja energía y fuertemente mejorada entre diferentes estados hiperdeformados de un isótopo de hasio alrededor de 271 Hs, sugiriendo así que la existencia de elementos superpesados en la naturaleza era al menos posible, aunque poco probable. [104]
En 2006, el geólogo ruso Alexei Ivanov planteó la hipótesis de que un isómero de 271 Hs podría tener una vida media de alrededor de(2,5 ± 0,5) × 10 8 años, lo que explicaría la observación de partículas alfa con energías del orden de 4,4 MeV en algunas muestras de molibdenita y osmiridio . [105] Este isómero de 271 Hs podría producirse a partir de la desintegración beta de 271 Bh y 271 Sg, que, siendo homólogos al renio y al molibdeno respectivamente, deberían aparecer en la molibdenita junto con el renio y el molibdeno si ocurrieran en la naturaleza. Debido a que el hassium es homólogo al osmio, debería ocurrir junto con el osmio en el osmiridium si ocurre en la naturaleza. Las cadenas de desintegración de 271 Bh y 271 Sg son hipotéticas y la vida media predicha de este hipotético isómero de hassio no es lo suficientemente larga para que quede una cantidad suficiente en la Tierra. [105] Es posible que se depositen más 271 Hs en la Tierra a medida que el Sistema Solar viaja a través de los brazos espirales de la Vía Láctea ; esto explicaría los excesos de plutonio-239 que se encuentran en los fondos oceánicos del Océano Pacífico y el Golfo de Finlandia . Sin embargo, se prevé que los minerales enriquecidos con 271 Hs tengan excesos de sus derivados uranio-235 y plomo-207; también tendrían diferentes proporciones de elementos que se forman durante la fisión espontánea, como el criptón , el circonio y el xenón . La presencia natural de hassio en minerales como molibdenita y osmirida es teóricamente posible, pero muy poco probable. [105]
En 2004, JINR inició una búsqueda de hassium natural en el Laboratorio Subterráneo Modane en Modane , Auvergne-Rhône-Alpes , Francia; esto se hizo bajo tierra para evitar interferencias y falsos positivos de los rayos cósmicos . [13] En 2008-09, un experimento realizado en el laboratorio dio como resultado la detección de varios eventos registrados de multiplicidad de neutrones (número de neutrones libres emitidos después de que un neutrón golpeó un núcleo y se fisionó) por encima de tres en el osmio natural, y en 2012-13, estos hallazgos se reafirmaron en otro experimento realizado en el laboratorio. Estos resultados insinuaron que el hassium natural podría existir en la naturaleza en cantidades que permitan su detección por medio de la química analítica, pero esta conclusión se basa en una suposición explícita de que existe un isótopo de hassium de larga duración al que podrían atribuirse los eventos registrados. [106]
Dado que 292 Hs puede ser particularmente estable contra la desintegración alfa y la fisión espontánea, se consideró como un candidato para existir en la naturaleza. Sin embargo, se predice que este nucleido será muy inestable hacia la desintegración beta y cualquier isótopo beta estable de hasio, como 286 Hs, sería demasiado inestable en los otros canales de desintegración para ser observado en la naturaleza. [99] Una búsqueda en 2012 de 292 Hs en la naturaleza junto con su osmio homólogo en el Laboratorio Maier-Leibnitz en Garching , Baviera , Alemania, no tuvo éxito, estableciendo un límite superior para su abundancia en3 × 10 -15 gramos de hassium por gramo de osmio. [107]
Propiedades previstas
Varios cálculos sugieren que el hassium debería ser el elemento del grupo 8 más pesado hasta ahora, de acuerdo con la ley periódica . Por lo general, sus propiedades deberían coincidir con las esperadas para un homólogo más pesado de osmio; como es el caso de todos los transactínidos , se espera que surjan algunas desviaciones de los efectos relativistas . [108]
Se han medido muy pocas propiedades del hasio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y cara [20] y al hecho de que el hasio (y sus padres) se descompone muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades singulares relacionadas con la química, como la entalpía de adsorción del tetróxido de hasio, pero las propiedades del metal de hasio siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.
Efectos relativistas
Los efectos relativistas sobre el hasio deberían surgir debido a la alta carga de sus núcleos, lo que hace que los electrones alrededor del núcleo se muevan más rápido, tan rápido que su velocidad se vuelve comparable a la velocidad de la luz. [109] Hay tres efectos principales: el efecto relativista directo, el efecto relativista indirecto y la división espín-órbita . (Los cálculos existentes no tienen en cuenta las interacciones Breit , pero son insignificantes y su omisión solo puede dar lugar a una incertidumbre de los cálculos actuales de no más del 2%). [110]
A medida que aumenta el número atómico, también lo hace la atracción electrostática entre un electrón y el núcleo. Esto hace que la velocidad del electrón aumente, lo que conduce a un aumento de su masa . Esto a su vez conduce a la contracción de los orbitales atómicos , más específicamente los orbitales syp 1/2 . Sus electrones se unen más estrechamente al átomo y son más difíciles de extraer del núcleo. Este es el efecto relativista directo. Originalmente se pensó que era fuerte solo para los electrones más internos, pero más tarde se estableció que también influía significativamente en los electrones de valencia. [111]
Dado que los orbitales syp 1/2 están más cerca del núcleo, toman una porción mayor de la carga eléctrica del núcleo sobre sí mismos (lo "protegen"). Esto deja menos carga para la atracción de los electrones restantes, cuyos orbitales, por lo tanto, se expanden, lo que facilita su extracción del núcleo. Este es el efecto relativista indirecto. [112] Como resultado de la combinación de los efectos relativistas directos e indirectos, el ion Hs + , en comparación con el átomo neutro, carece de un electrón 6d, en lugar de un electrón 7s. En comparación, Os + carece de un electrón 6s en comparación con el átomo neutro. [4] El radio iónico (en estado de oxidación +8) del hassio es mayor que el del osmio debido a la expansión relativista de los orbitales 6p 3/2 , que son los orbitales más externos de un ion Hs 8+ (aunque en la práctica tales Los iones altamente cargados estarían demasiado polarizados en entornos químicos para tener mucha realidad). [113]
Hay varios tipos de orbitales electrónicos, indicados por las letras s, p, d y f (se espera que los orbitales g comiencen a ser químicamente activos entre los elementos posteriores al elemento 120 ). Cada uno de estos corresponde a un número cuántico azimutal l : sa 0, p a 1, d a 2 y f a 3. Cada electrón también corresponde a un número cuántico de espín s , que puede ser igual a +1/2 o −1 / 2. [114] Por lo tanto, el número cuántico de momento angular total j = l + s es igual a j = l ± 1/2 (excepto para l = 0, para el cual para ambos electrones en cada orbital j = 0 + 1/2 = 1 / 2). [114] El espín de un electrón interactúa relativistamente con su órbita, y esta interacción conduce a la división de una subcapa en dos con diferentes energías (la que tiene j = 1 - 1/2 es menor en energía y, por lo tanto, estos electrones son más difíciles de manipular). extracto): [115] por ejemplo, de los seis electrones 6p, dos se convierten en 6p 1/2 y cuatro en 6p 3/2 . Esta es la división espín-órbita (a veces también conocida como división de subcapa o acoplamiento jj ). [116] [z] Es más visible con los electrones p, [110] que no juegan un papel importante en la química del hasio, [11] pero los de los electrones dyf están dentro del mismo orden de magnitud [110] (cuantitativamente, división espín-órbita expresada en unidades de energía, como electronvoltios ). [114]
Estos efectos relativistas son responsables del aumento esperado de la energía de ionización , disminución de la afinidad electrónica y aumento de la estabilidad del estado de oxidación +8 en comparación con el osmio; sin ellos, las tendencias se revertirían. [118] Los efectos relativistas disminuyen las energías de atomización de los compuestos de hasio porque la división espín-órbita del orbital d reduce la energía de enlace entre los electrones y el núcleo y porque los efectos relativistas reducen el carácter iónico en el enlace. [118]
Físico y atómico
Los miembros anteriores del grupo 8 tienen puntos de fusión relativamente altos: Fe, 1538 ° C; Ru , 2334 ° C; Os, 3033ºC . Al igual que ellos, se predice que el hassio será un sólido a temperatura ambiente [5], aunque su punto de fusión no se ha calculado con precisión. El hasio debería cristalizar en la estructura hexagonal compacta ( c / a = 1,59), [5] de forma similar a su congénere osmio más ligero . [5] Se calcula que el hassio metálico puro [5] [119] tiene un módulo de volumen (resistencia a la compresión uniforme) de 450 GPa , comparable con el del diamante , 442 GPa. [120] Se espera que el hasio sea uno de los 118 elementos más densos conocidos, con una densidad prevista de 27-29 g / cm 3 frente a los 22,59 g / cm 3 medidos para el osmio. [6] [7]
Se espera que el radio atómico del hasio sea de alrededor de 126 pm. [8] Debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización del orbital 6d, se predice que el ion Hs + tendrá una configuración electrónica de [ Rn ] 5f 14 6d 5 7s 2 , dando un electrón 6d en lugar de un 7s electrón, que es lo opuesto al comportamiento de sus homólogos más ligeros. Se espera que el ion Hs 2+ tenga una configuración electrónica de [Rn] 5f 14 6d 5 7s 1 , análoga a la calculada para el ion Os 2+ . [4] En compuestos químicos , el hassio se calcula para mostrar la característica de unión de un elemento de bloque d , cuya unión será ejecutada principalmente por orbitales 6d 3/2 y 6d 5/2 ; en comparación con los elementos de los períodos anteriores, los orbitales 7s, 6p 1/2 , 6p 3/2 y 7p 1/2 deberían ser más importantes. [121]
Químico
Elemento | Estados de oxidación estables | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
planchar | +6 | +3 | +2 | |||||
rutenio | +8 | +6 | +5 | +4 | +3 | +2 | ||
osmio | +8 | +6 | +5 | +4 | +3 | +2 |
Hassium es el sexto miembro de la serie 6d de metales de transición y se espera que sea muy parecido a los metales del grupo del platino . [123] Algunas de estas propiedades fueron confirmadas por experimentos de química en fase gaseosa. [124] [125] [126] Los elementos del grupo 8 representan una amplia variedad de estados de oxidación, pero el rutenio y el osmio muestran fácilmente su estado de oxidación de grupo de +8; este estado se vuelve más estable en el grupo. [122] [127] [128] Este estado de oxidación es extremadamente raro: entre los elementos estables, solo el rutenio, el osmio y el xenón pueden alcanzarlo en compuestos razonablemente estables. [aa] Se espera que el hasio siga a sus congéneres y tenga un estado estable +8, [125] pero al igual que ellos, debería mostrar estados de oxidación estables más bajos como +6, +4, +3 y +2. [8] [10] Se espera que el hasio (IV) sea más estable que el hasio (VIII) en solución acuosa. [131] El hasio debería ser un metal bastante noble . [132] Se espera que el potencial de reducción estándar para la pareja Hs 4+ / Hs sea de 0,4 V. [8]
Los elementos del grupo 8 muestran una química de óxido distintiva . Todos los miembros más ligeros tienen tetróxidos conocidos o hipotéticos, MO 4 . [133] Su poder oxidante disminuye a medida que uno desciende del grupo. FeO 4 no se conoce debido a su extraordinariamente grande de electrones por afinidad la cantidad de energía liberada cuando se añade un electrón a un átomo neutro o molécula para formar un ion negativo [134] resultados -que en la formación de la conocida oxianión ferrato (VI) , FeO2−
4. [135] El tetróxido de rutenio , RuO 4 , que se forma por oxidación de rutenio (VI) en ácido, se reduce fácilmente a rutenato (VI), RuO2−
4. [136] [137] La oxidación del rutenio metálico en el aire forma el dióxido, RuO 2 . [138] Por el contrario, quemaduras de osmio para formar el estable tetróxido , OSO 4 , [139] [140] que complejos con el ión hidróxido para formar una de osmio (VIII) - comió complejo, [OsO _ 4 (OH) 2 ] 2- . [141] Por lo tanto, el hassio debería comportarse como un homólogo más pesado del osmio al formar un tetróxido HsO 4 estable y muy volátil , [13] [124] [126] [127] [142] que se compleja con hidróxido para formar un hassate (VIII), [HsO 4 (OH) 2 ] 2− . [143] El tetróxido de rutenio y el tetróxido de osmio son volátiles debido a su geometría molecular tetraédrica simétrica y porque son de carga neutra; De manera similar, el tetróxido de hasio debería ser un sólido muy volátil. Se sabe experimentalmente que la tendencia de las volatilidades de los tetróxidos del grupo 8 es RuO 4 < OsO 4 > HsO 4 , lo que confirma los resultados calculados. En particular, las entalpías de adsorción calculadas ( la energía requerida para la adhesión de átomos, moléculas o iones de un gas, líquido o sólido disuelto a una superficie) de HsO 4 , - (45,4 ± 1) kJ / mol en cuarzo , concuerda muy bien con el valor experimental de - (46 ± 2) kJ / mol. [144]
Química experimental
El primer objetivo de la investigación química fue la formación del tetróxido; se eligió porque el rutenio y el osmio forman tetróxidos volátiles, siendo los únicos metales de transición que presentan un compuesto estable en el estado de oxidación +8. [145] A pesar de que esta selección para los estudios químicos en fase gaseosa fue clara desde el principio, [127] la caracterización química del hasio se consideró una tarea difícil durante mucho tiempo. [127] Aunque los isótopos de hassio se sintetizaron por primera vez en 1984, no fue hasta 1996 que se sintetizó un isótopo de hassio lo suficientemente longevo como para permitir estudios químicos. Desafortunadamente, este isótopo de hassio, 269 Hs, se sintetizó indirectamente a partir de la desintegración de 277 Cn; [127] no solo los métodos de síntesis indirecta no son favorables para los estudios químicos, [146] sino que la reacción que produjo el isótopo 277 Cn tuvo un bajo rendimiento (su sección transversal fue de solo 1 pb [127]) y, por lo tanto, no proporcionó suficiente hasio átomos para una investigación química. [123] La síntesis directa de 269 Hs y 270 Hs en la reacción 248 Cm ( 26 Mg, x n) 274− x Hs ( x = 4 o 5) parecía más prometedora porque la sección transversal de esta reacción era algo mayor a 7 pb . [127] Este rendimiento fue todavía alrededor de diez veces menor que el de la reacción utilizada para la caracterización química del bohrium . [127] Se tuvieron que introducir nuevas técnicas de irradiación, separación y detección antes de que el hasio pudiera caracterizarse químicamente con éxito. [127]
El rutenio y el osmio tienen una química muy similar debido a la contracción del lantánido, pero el hierro muestra algunas diferencias con respecto a ellos; por ejemplo, aunque el rutenio y el osmio forman tetróxidos estables en los que el metal se encuentra en el estado de oxidación +8, el hierro no lo hace. [127] [133] En preparación para la caracterización química del hasio, la investigación se centró en el rutenio y el osmio en lugar del hierro [127] porque se esperaba que el hasio fuera similar al rutenio y al osmio, ya que los datos previstos sobre el hasio coincidían estrechamente con los de aquellos dos. [147] [148]
Los primeros experimentos de química se realizaron mediante termocromatografía de gases en 2001, utilizando como referencia los radioisótopos de osmio sintético 172 Os y 173 Os. Durante el experimento, se sintetizaron siete átomos de hasio usando las reacciones 248 Cm ( 26 Mg, 5n) 269 Hs y 248 Cm ( 26 Mg, 4n) 270 Hs. Luego se termalizaron y oxidaron en una mezcla de gases de helio y oxígeno para formar moléculas de tetróxido de hasio. [124] [126] [149]
- Hs + 2 O 2 → HsO 4
La temperatura de deposición medida del tetróxido de hassio fue más alta que la del tetróxido de osmio, lo que indicó que el primero era el menos volátil, y esto colocó al hassio firmemente en el grupo 8. [124] [126] [150] La entalpía de adsorción para HsO 4 Medido,−46 ± 2 kJ / mol , fue significativamente menor que el valor predicho,−36,7 ± 1,5 kJ / mol , lo que indica que el OsO 4 es más volátil que el HsO 4 , lo que contradice cálculos anteriores que implicaban que deberían tener volatilidades muy similares. A modo de comparación, el valor de OsO 4 es−39 ± 1 kJ / mol . [151] (Los cálculos que arrojaron una coincidencia más cercana con los datos experimentales llegaron después del experimento, en 2008.) [144] Es posible que el tetróxido de hasio interactúe de manera diferente con el nitruro de silicio que con el dióxido de silicio , los productos químicos utilizados para el detector; Se requiere más investigación para establecer si existe una diferencia entre tales interacciones y si ha influido en las mediciones. Dicha investigación incluiría mediciones más precisas de las propiedades nucleares de 269 Hs y comparaciones con RuO 4 además de OsO 4 . [150]
En 2004, los científicos hicieron reaccionar tetróxido de hassio e hidróxido de sodio para formar hassato de sodio (VIII), una reacción que es bien conocida con el osmio. Esta fue la primera reacción ácido-base con un compuesto de hassio, formando hassato de sodio (VIII): [143]
- HsO
4+ 2 NaOH → Na
2[HsO
4(OH)
2]
El equipo de la Universidad de Mainz planeó en 2008 estudiar la electrodeposición de átomos de hasio utilizando la nueva instalación TASCA en GSI. Su objetivo era utilizar la reacción 226 Ra ( 48 Ca, 4n) 270 Hs. [152] Los científicos de GSI esperaban utilizar TASCA para estudiar la síntesis y las propiedades del compuesto hassoceno de hasio (II), Hs ( C 5 H 5 ) 2 , utilizando la reacción 226 Ra ( 48 Ca, x n). Este compuesto es análogo a los compuestos más ligeros ferroceno , rutenoceno y osmoceno , y se espera que tenga los dos anillos ciclopentadienilo en una conformación eclipsada como el rutenoceno y el osmoceno y no en una conformación escalonada como el ferroceno. [10] Se eligió el hassoceno, que se espera que sea un compuesto estable y altamente volátil, porque tiene hasio en el estado de oxidación formal bajo de + 2, aunque la unión entre el metal y los anillos es principalmente covalente en los metalocenos, en lugar de el estado alto +8 que se había investigado previamente, y se esperaba que los efectos relativistas fueran más fuertes en el estado de oxidación más bajo. La estructura altamente simétrica del hassoceno y su bajo número de átomos facilitan los cálculos relativistas. [10] A partir de 2019[actualizar], no hay informes experimentales de hassocene. [153]
Notas
- ^ a b El isótopo más estable de hassio no se puede determinar en base a los datos existentes debido a la incertidumbre que surge del bajo número de mediciones. El intervalo de confianza de la vida media de 269 Hs correspondiente a una desviación estándar es, según los datos existentes,16 ± 6 segundos, mientras que el de 270 Hs es9 ± 4 segundos. También es posible que 277m Hs sea más estable que ambos, y su vida media probablemente sea110 ± 70 segundos, pero en 2016 solo se ha registrado un evento de desintegración de este isótopo[actualizar]. [2] [3]
- ^ 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 [15] o 112 ; [16] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de laseriehipotética de superactínidos ). [17] 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.
- ^ 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 . [18] 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. [19] - ^ 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 . [23]
- ^ 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. [24] Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [25]
- ^ 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. [27] 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. [28]
- ^ No todos los modos de desintegración son causados por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [33]
- ^ 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. [34] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [35] 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). [36]
- ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [37] un destacado científico del JINR, y por lo tanto fue un "caballo de batalla" para la instalación. [38] En contraste, 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. [25] Por lo tanto, prefirieron vincular nuevos isótopos a los ya conocidos mediante sucesivas desintegraciones alfa. [37]
- ↑ Por ejemplo, el elemento 102 se identificó erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física de Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [39] 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. [40] Al año siguiente, LBNL no pudo reproducir los resultados suecos y, en cambio, anunció su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [40] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotium ; [41] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR luego se refirió al nombre del elemento 102 como "apresurado"). [42] El nombre "nobelio" se mantuvo sin cambios debido a su uso generalizado. [43]
- ^ Generalmente, los núcleos más pesados requieren más neutrones porque a medida que aumenta el número de protones, también lo hace la repulsión electrostática entre ellos. Esta repulsión se equilibra con la energía de enlace generada por la fuerte interacción entre los quarks dentro de los nucleones; es suficiente para mantener los quarks juntos en un nucleón juntos y parte de él se deja para la unión de diferentes nucleones. Cuantos más nucleones hay en un núcleo, más energía hay para unir los nucleones (tenga en cuenta que una mayor energía de enlace total no corresponde necesariamente a una mayor energía de enlace por nucleón). [45] Sin embargo, tener demasiados neutrones por protón, mientras disminuye la repulsión electrostática por nucleón que niega la energía de enlace, da como resultado la desintegración beta. [46]
- ^ El número en superíndice a la izquierda de un símbolo químico se refiere a la masa de un nucleido dado; por ejemplo, 48 Ca es la notación para calcio-48 . En la investigación de elementos superpesados, los elementos a los que no se les ha asignado un nombre y un símbolo, a menudo se denominan por sus números atómicos en lugar de símbolos; si se ha asignado un símbolo y se va a mostrar el número, se escribe en subíndice a la izquierda del símbolo. 270108 serían 270 Hs o270
108Hs
en nomenclatura moderna (o hassium-270 si está escrito). - ^ Esto tenía la intención de resolver no solo los conflictos futuros, sino también algunos de los que existían en ese entonces: berilio / glucinio, niobio / columbio, lutecio / casiopeio, hafnio / celtio, tungsteno / wolframio y protoactinio / brevio. [58]
- ^ Por ejemplo, Armbruster sugirió que el elemento 107 se llamara nielsbohrium ; JINR usó este nombre para el elemento 105 que afirmaron haber descubierto. Esto estaba destinado a honrar la técnica de fusión fría de Oganessian; GSI había pedido permiso a JINR. [sesenta y cinco]
- ^ El físico estadounidense Glenn T. Seaborg sugirió ese nombre para el elemento 110 en nombre de LBNL en noviembre de 1997 después de que la IUPAC encuestara las tres colaboraciones principales (GSI, JINR / LLNL y LBNL) sobre cómo pensaban que se debería nombrar el elemento. [73]
- ^ De manera similar, hay nombres de rutenio , moscovio y dubnio para JINR. El único elemento descubierto por RIKEN en Wakō , Prefectura de Saitama , Japón, se llama nihonium por el nombre japonés de Japón.
- ^ Las diferentes fuentes dan diferentes valores para las vidas medias; se enumeran los valores publicados más recientemente. No se dan incertidumbres.
- ↑ Se han sintetizado pocos núcleos de cada isótopo de hassio, por lo que las semividas de estos isótopos no se pueden determinar con mucha precisión. Por lo tanto, se puede dar una vida media como el valor más probable junto con un intervalo de confianza que corresponde a una desviación estándar (tal intervalo basado en experimentos futuros, cuyo resultado aún se desconoce, contiene el valor verdadero con una probabilidad de ~ 68.3% ): por ejemplo, el valor de 1,42 s en la tabla de isótopos obtenido para 268 Hs se enumeró en la fuente como 1,42 ± 1,13 s, y este valor es una modificación del valor de 0,38+1,8
−0,17s . [75] - ↑ La notación 208 Pb ( 56 Fe, n) 263 Hs denota una reacción nuclear entre un núcleo de 208 Pb que fue bombardeado con un núcleo de 56 Fe; los dos se fusionaron, y después de que se emitió un solo neutrón, el núcleo restante fue de 263 Hs. Otra notación para esta reacción sería 208 Pb + 56 Fe → 263 Hs + n.
- ^ La vida media de este isótopo se estima a partir de las tendencias en los nucleidos con el mismo número de protones y neutrones en lugar de medirse directamente.
- ^ Solo se ha registrado un evento de desintegración de este isótopo.
- ^ Los nucleidos metaestables se indican con la letra "m" inmediatamente al número de masa, como en "hassium-277m".
- ^ El símbolo Z se refiere al número atómico: número de protones en un núcleo atómico. El símbolo N se refiere al número de neutrones: número de neutrones en un núcleo. El símbolo A se refiere al número de masa: número de neutrones y protones en un núcleo combinado.
- ^ En particular, la baja energía de desintegración para 270 Hs coincide con los cálculos. [94] La conclusión para 269 Hs se hizo después de que sus datos de desintegración se compararan con los de 273 Ds; la desintegración de la última en la primera tiene una energía suficientemente mayor que la desintegración de la primera (11,2 MeV y 9,2 MeV, respectivamente). El gran valor de la energía anterior se explicó como un cruce de derecha a izquierda de N = 162 ( 273 Ds tiene 163 neutrones y 269 Hs tiene 161). [96] Una observación y una conclusión similares se hicieron después de la medición de la energía de desintegración de 271 Hs y 267 Sg. [97]
- ↑ En ese momento, el seaborgio aún no había tomado este símbolo.
- ^ La interacción espín-órbita es la interacción entre el campo magnético causado por el espín de un electrón y el campo magnético efectivo causado por el campo eléctrico de un núcleo y el movimiento de un electrón que lo orbita. (De acuerdo con la teoría especial de la relatividad , los campos eléctricos y magnéticos son casos de campos electromagnéticos comunesque pueden verse como más o menos eléctricos y más o menos magnéticos dependiendo del marco de referencia . El campo magnético efectivo del marco de referencia del el electrón se obtiene del campo eléctrico del núcleo después de una transformación relativista del marco de referencia del núcleo.) La división se produce porque, dependiendo del giro de un electrón, puede ser atraído o rechazado por el núcleo; esta atracción o repulsión es significativamente más débil que la atracción electrostática entre ellos y, por lo tanto, solo puede afectar un poco al electrón en general. [117]
- ^ Si bien se sabe que el iridio muestra un estado +8 en el tetróxido de iridio , así como un estado único +9 en el catión tetróxido de iridio IrO+
4, el primero se conoce solo en aislamiento de matriz y el segundo en fase gaseosa, y no se han sintetizado compuestos de iridio en estados de oxidación tan altos en cantidades macroscópicas. [129] [130]
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enlaces externos
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