El meitnerio es un elemento químico sintético con el símbolo Mt y número atómico 109. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo (un elemento que no se encuentra en la naturaleza, pero que se puede crear en un laboratorio). El isótopo conocido más estable, el meitnerio-278, tiene una vida media de 4,5 segundos, aunque el meitnerio-282 no confirmado puede tener una vida media más larga de 67 segundos. El Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados cerca de Darmstadt , Alemania, creó este elemento por primera vez en 1982. Lleva el nombre de Lise Meitner .
En la tabla periódica , el meitnerio es un elemento transactínido del bloque d . Es un miembro del período 7 y se coloca en los elementos del grupo 9 , aunque aún no se han llevado a cabo experimentos químicos para confirmar que se comporta como el homólogo más pesado del iridio en el grupo 9 como el séptimo miembro de la serie de transición 6d. metales . Se calcula que el meitnerio tiene propiedades similares a sus homólogos más ligeros, el cobalto , el rodio y el iridio.
Introducción
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Visualización de una fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia [14] |
Los núcleos atómicos más pesados [a] se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual [b] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. [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 , [c] que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y 16 segundos después de la colisión inicial. [23] [d]
El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. [26] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [e] y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y la hora de la llegada. [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 ; [f] estos modos son predominantes para núcleos de elementos superpesados . Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas , y los productos de desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; si tal desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción se puede determinar aritméticamente. [g] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijas. [h]
La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados es, por 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. [I]
Historia
Descubrimiento
El meitnerium fue sintetizado por primera vez el 29 de agosto de 1982 por un equipo de investigación alemán dirigido por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en el Instituto de Investigación de Iones Pesados (Gesellschaft für Schwerionenforschung) en Darmstadt . [44] El equipo bombardeó un objetivo de bismuto-209 con núcleos acelerados de hierro -58 y detectó un solo átomo del isótopo meitnerio-266: [45]
- 209
83Bi
+ 58
26Fe
→ 266
109Monte
+
norte
Este trabajo fue confirmado tres años después en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética ). [45]
Nombrar
Usando la nomenclatura de Mendeleev para los elementos sin nombre y sin descubrir , meitnerium debe ser conocido como eka- iridio . En 1979, durante las Guerras Transfermium (pero antes de la síntesis de meitnerium), la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento debía llamarse unnilennium (con el símbolo correspondiente de Une ), [46] un nombre de elemento sistemático como marcador de posición , hasta se descubrió el elemento (y luego se confirmó el descubrimiento) y se decidió un nombre permanente. Aunque se usa ampliamente en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones fueron ignoradas en su mayoría por los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 109", con el símbolo de E109 , (109) o incluso simplemente 109 , o utilizó el nombre propuesto "meitnerium". [3]
La denominación de meitnerium se discutió en la controversia de denominación de elementos con respecto a los nombres de los elementos 104 a 109, pero meitnerium fue la única propuesta y, por lo tanto, nunca se discutió. [47] [43] El nombre meitnerium (Mt) fue sugerido por el equipo de GSI en septiembre de 1992 en honor a la física austriaca Lise Meitner , una co-descubiertora del protactinium (con Otto Hahn ), [48] [49] [50 ] [51] [52] y uno de los descubridores de la fisión nuclear . [53] En 1994, el nombre fue recomendado por la IUPAC , [47] y fue adoptado oficialmente en 1997. [43] Por lo tanto, es el único elemento que lleva el nombre específico de una mujer no mitológica (el curio lleva el nombre de Pierre y Marie Curie ) . [54]
Isótopos
El meitnerio 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. Se han informado ocho isótopos diferentes de meitnerio con masas atómicas 266, 268, 270 y 274-278, dos de los cuales, el meitnerio-268 y el meitnerio-270, tienen estados metaestables conocidos pero no confirmados . Un noveno isótopo con masa atómica 282 no está confirmado. La mayoría de estos se desintegran predominantemente a través de la desintegración alfa, aunque algunos sufren una fisión espontánea. [55]
Estabilidad y semividas
Todos los isótopos de meitnerio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados son más estables que los más ligeros. El isótopo de meitnerio más estable conocido, 278 Mt, es también el más pesado conocido; tiene una vida media de 4,5 segundos. El 282 Mt no confirmado es aún más pesado y parece tener una vida media más larga de 67 segundos. Los isótopos 276 Mt y 274 Mt tienen vidas medias de 0,45 y 0,44 segundos, respectivamente. Los cinco isótopos restantes tienen vidas medias entre 1 y 20 milisegundos. [55]
Se observó que el isótopo 277 Mt, creado como el producto de desintegración final de 293 Ts por primera vez en 2012, sufría una fisión espontánea con una vida media de 5 milisegundos. El análisis de datos preliminares consideró la posibilidad de que este evento de fisión se origine en 277 Hs, ya que también tiene una vida media de unos pocos milisegundos y podría poblarse después de la captura de electrones no detectados en algún lugar a lo largo de la cadena de desintegración. [56] [57] Esta posibilidad se consideró más tarde muy poco probable en base a las energías de desintegración observadas de 281 Ds y 281 Rg y la corta vida media de 277 Mt, aunque todavía hay cierta incertidumbre sobre la asignación. [57] Independientemente, la rápida fisión de 277 Mt y 277 Hs sugiere fuertemente una región de inestabilidad para núcleos superpesados con N = 168-170. La existencia de esta región, caracterizada por una disminución en la altura de la barrera de fisión entre el cierre de la cáscara deformada en N = 162 y el cierre de la cáscara esférica en N = 184, es consistente con los modelos teóricos. [56]
Isótopo | Vida media [j] | Modo de decaimiento | Año de descubrimiento [58] | Reacción de descubrimiento [59] | |
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Valor | Árbitro | ||||
266 Mt | 1,2 ms | [58] | α, SF | mil novecientos ochenta y dos | 209 Bi ( 58 Fe, n) |
268 Mt | 27 ms | [58] | α | 1994 | 272 Rg (-, α) |
270 Mt | 6,3 ms | [58] | α | 2004 | 278 Nh (-, 2α) |
274 Mt | 440 ms | [60] | α | 2006 | 282 Nh (-, 2α) |
275 Mt | 20 ms | [60] | α | 2003 | 287 Mc (-, 3α) |
276 Mt | 450 ms | [60] | α | 2003 | 288 Mc (-, 3α) |
277 Mt | 5 ms | [60] | SF | 2012 | 293 Ts (-, 4α) |
278 Mt | 4,5 s | [60] | α | 2010 | 294 Ts (-, 4α) |
282 Mt [k] | 1,1 min | [13] | α | 1998 | 290 Fl (mi - , ν e 2α) |
Propiedades previstas
Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades del meitnerio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y cara [20] y al hecho de que el meitnerio y sus padres se descomponen muy rápidamente. Las propiedades del meitnerio metálico siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.
Químico
El meitnerio es el séptimo miembro de la serie 6d de metales de transición y debería parecerse mucho a los metales del grupo del platino . [51] Los cálculos sobre sus potenciales de ionización y radios atómicos e iónicos son similares a los de su homólogo más ligero , el iridio , lo que implica que las propiedades básicas del meitnerio se asemejarán a las de los otros elementos del grupo 9 , cobalto , rodio e iridio. [3]
Últimamente no se ha prestado mucha atención a la predicción de las probables propiedades químicas del meitnerio. Se espera que el meitnerio sea un metal noble . Se espera que el potencial de electrodo estándar para el par Mt 3+ / Mt sea 0,8 V. Según los estados de oxidación más estables de los elementos más ligeros del grupo 9, se prevé que los estados de oxidación más estables del meitnerio sean +6, +3 , y +1, siendo el estado +3 el más estable en soluciones acuosas . En comparación, el rodio y el iridio muestran un estado de oxidación máximo de +6, mientras que los estados más estables son +4 y +3 para el iridio y +3 para el rodio. [3] El estado de oxidación +9, representado solo por iridio en [IrO 4 ] + , podría ser posible para su congénere meitnerio en el nonafluoride (MtF 9 ) y el catión [MtO 4 ] + , aunque [IrO 4 ] + es se espera que sea más estable que estos compuestos de meitnerio. [9] También se ha predicho que los tetrahaluros de meitnerio tienen estabilidades similares a las del iridio, lo que también permite un estado estable +4. [8] Se espera además que los estados máximos de oxidación de los elementos del bohrio (elemento 107) al darmstadtio (elemento 110) puedan ser estables en la fase gaseosa pero no en la solución acuosa. [3]
Físico y atómico
Meitnerium se espera que sea un sólido en condiciones normales y asumir una cúbica centrada en las caras estructura cristalina , de manera similar a su más ligero congénere iridio. [5] Debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 27-28 g / cm 3 , que estaría entre los más altos de cualquiera de los 118 elementos conocidos. [6] [7] Meitnerium también se prevé que sea paramagnético . [12]
Los teóricos han predicho que el radio covalente del meitnerio es de 6 a 10 pm más grande que el del iridio. [61] Se espera que el radio atómico del meitnerio sea de alrededor de 128 pm. [10]
Química experimental
El meitnerio es el primer elemento de la tabla periódica cuya química aún no se ha investigado. Aún no se ha establecido una determinación inequívoca de las características químicas del meitnerio [62] [63] debido a la corta vida media de los isótopos del meitnerio [3] y al número limitado de compuestos volátiles probables que podrían estudiarse a muy pequeña escala. . Uno de los pocos compuestos de meitnerio que probablemente sea suficientemente volátil es el hexafluoruro de meitnerio ( MtF
6), ya que su homólogo más ligero hexafluoruro de iridio ( IrF
6) es volátil por encima de 60 ° C y, por tanto, el compuesto análogo de meitnerio también podría ser suficientemente volátil; [51] un octafluoruro volátil ( MtF
8) también podría ser posible. [3] Para que se realicen estudios químicos en una transactínida , se deben producir al menos cuatro átomos, la vida media del isótopo utilizado debe ser de al menos 1 segundo y la tasa de producción debe ser de al menos un átomo por semana. . [51] A pesar de que la vida media de 278 Mt, el isótopo de meitnerio confirmado más estable, es de 4,5 segundos, lo suficientemente largo para realizar estudios químicos, otro obstáculo es la necesidad de aumentar la tasa de producción de isótopos de meitnerio y permitir que los experimentos lleven durante semanas o meses para que se puedan obtener resultados estadísticamente significativos. La separación y la detección deben llevarse a cabo de forma continua para separar los isótopos de meitnerio y tener sistemas automatizados que experimenten la química en fase gaseosa y en solución del meitnerio, ya que se prevé que los rendimientos de los elementos más pesados sean menores que los de los elementos más ligeros; Algunas de las técnicas de separación utilizadas para el bohrium y el hassium podrían reutilizarse. Sin embargo, la química experimental del meitnerio no ha recibido tanta atención como la de los elementos más pesados desde el copernicio hasta el hígado . [3] [62] [64]
El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley intentó sintetizar el isótopo 271 Mt en 2002-2003 para una posible investigación química del meitnerio porque se esperaba que fuera más estable que los isótopos que lo rodean, ya que tiene 162 neutrones , un número mágico para núcleos deformados. ; se predijo que su vida media sería de unos pocos segundos, lo suficiente para una investigación química. [3] [65] [66] Sin embargo, no se detectaron átomos de 271 Mt, [67] y este isótopo de meitnerio se desconoce actualmente. [55]
Un experimento que determine las propiedades químicas de una transactínida necesitaría comparar un compuesto de esa transactínida con compuestos análogos de algunos de sus homólogos más ligeros: [3] por ejemplo, en la caracterización química del hasio, se comparó el tetróxido de hasio (HsO 4 ) con el compuesto análogo de osmio , tetróxido de osmio (OsO 4 ). [68] En un paso preliminar hacia la determinación de las propiedades químicas del meitnerio, el GSI intentó la sublimación de los compuestos de rodio, óxido de rodio (III) (Rh 2 O 3 ) y cloruro de rodio (III) (RhCl 3 ). Sin embargo, las cantidades macroscópicas de óxido no se sublimarían hasta 1000 ° C y el cloruro no lo haría hasta 780 ° C, y luego solo en presencia de partículas de aerosol de carbono : estas temperaturas son demasiado altas para que tales procedimientos se utilicen en meitnerio, ya que la mayoría de los métodos actuales utilizados para la investigación de la química de los elementos superpesados no funcionan por encima de los 500 ° C. [63]
Después de la síntesis exitosa de 2014 de seaborgio hexacarbonilo, Sg (CO) 6 , [69] se realizaron estudios con los metales de transición estables de los grupos 7 a 9, lo que sugiere que la formación de carbonilo podría extenderse para investigar más a fondo las químicas de los primeros metales de transición 6d. desde rutherfordio hasta meitnerio inclusive. [70] [71] Sin embargo, los desafíos de las semividas bajas y las reacciones de producción difíciles hacen que el meitnerio sea de difícil acceso para los radioquímicos, aunque los isótopos 278 Mt y 276 Mt son lo suficientemente longevos para la investigación química y pueden producirse en la desintegración cadenas de 294 Ts y 288 Mc respectivamente. Es probable que 276 Mt sea más adecuado, ya que la producción de tennessina requiere un objetivo de berkelio poco común y de vida corta . [72] El isótopo 270 Mt, observado en la cadena de desintegración de 278 Nh con una vida media de 0,69 segundos, también puede ser lo suficientemente longevo para investigaciones químicas, aunque una ruta de síntesis directa que conduce a este isótopo y mediciones más precisas de se requerirían sus propiedades de descomposición. [66]
Notas
- ^ 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] comparación en, la reacción que resultó en el descubrimiento hassium, 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]
- ^ Las diferentes fuentes dan diferentes valores para las vidas medias; se enumeran los valores publicados más recientemente.
- ^ Este isótopo no está confirmado
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enlaces externos
- Medios relacionados con Meitnerium en Wikimedia Commons
- Meitnerium en The Periodic Table of Videos (Universidad de Nottingham)