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Rutherfordium

El rutherfordio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Rf y su número atómico es 104. Recibe su nombre del físico Ernest Rutherford . Al ser un elemento sintético, no ...

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El rutherfordio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Rf y su número atómico es 104. Recibe su nombre del físico Ernest Rutherford . Al ser un elemento sintético, no se encuentra en la naturaleza y solo puede producirse en un acelerador de partículas . Es radiactivo ; el isótopo más estable conocido , el 267Rf , tiene una vida media de aproximadamente 48 minutos.

En la tabla periódica , es un elemento del bloque d y el segundo de los elementos de transición de la cuarta fila . Se encuentra en el periodo 7 y es un elemento del grupo 4. Los experimentos químicos han confirmado que el rutherfordio se comporta como el homólogo más pesado del hafnio en el grupo 4. Las propiedades químicas del rutherfordio solo se han caracterizado parcialmente. Se comparan bien con las de los demás elementos del grupo 4, aunque algunos cálculos han indicado que el elemento podría mostrar propiedades significativamente diferentes debido a efectos relativistas .

En la década de 1960, se produjeron pequeñas cantidades de rutherfordio en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de la Unión Soviética y en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de California . [ 9 ] La prioridad del descubrimiento y, por lo tanto, el nombre del elemento, fue objeto de disputa entre científicos soviéticos y estadounidenses, y no fue hasta 1997 que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) estableció el rutherfordio como el nombre oficial del elemento.

Introducción

Síntesis de núcleos superpesados

Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear.
Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno, emitiendo un neutrón . Las reacciones que han creado nuevos elementos hasta el momento han sido similares, aunque en su lugar se pueden emitir diferentes cantidades de neutrones —o partículas con carga alternativa—. [ 10 ]

Un núcleo atómico superpesado [ a ] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [ b ] en uno solo; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que reaccionen. [ 16 ] El material hecho de los núcleos más pesados ​​se convierte en un blanco, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si están lo suficientemente cerca el uno del otro; normalmente, los núcleos (todos con carga positiva) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero solo dentro de una distancia muy corta de un núcleo; por lo tanto, los núcleos del haz se aceleran enormemente para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [ 17 ] La ​​energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades tan altas como una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desintegrarse. [ 17 ]

El simple hecho de acercarse lo suficiente no basta para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se aproximan, suelen permanecer juntos durante unos 10-20 segundos  y luego se separan (no necesariamente con la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. [ 17 ] [ 18 ] Esto sucede porque, durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [ 17 ] Cada par de un blanco y un haz se caracteriza por su sección transversal : la probabilidad de que se produzca la fusión si dos núcleos se aproximan, expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe alcanzar para que se produzca la fusión. [ c ] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden atravesar la repulsión electrostática mediante el efecto túnel. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca más allá de esa fase, las interacciones nucleares múltiples dan lugar a una redistribución de la energía y a un equilibrio energético. [ 17 ]

La fusión resultante es un estado excitado [ 21 ] —denominado núcleo compuesto— y, por lo tanto, es muy inestable. [ 17 ] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [ 22 ] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , que se llevarían la energía de excitación; si esta última no es suficiente para la expulsión de neutrones, la fusión produciría un rayo gamma . Esto ocurre en aproximadamente 10⁻¹⁶ segundos  después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [ 22 ] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la IUPAC/IUPAP establece que un elemento químico solo puede ser reconocido como descubierto si un núcleo del mismo no se ha desintegrado en 10⁻¹⁴ segundos . Este valor se eligió como una estimación del tiempo que tarda un núcleo en adquirir electrones y, por lo tanto, mostrar sus propiedades químicas. [ 23 ] [ d ]

Desintegración y detección

El haz pasa a través del blanco y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, este es transportado con el haz. [ 25 ] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [ e ] y se transfiere a un detector de barrera superficial , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también se marcan su energía y el tiempo de llegada. [ 25 ] La transferencia tarda aproximadamente 10 −6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [ 28 ] El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [ 25 ]

La estabilidad de un núcleo está 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 desgarra por la repulsión electrostática entre protones, y su alcance no está limitado. [ 29 ] La energía de enlace total proporcionada por la interacción fuerte aumenta linealmente con el número de nucleones, mientras que la repulsión electrostática aumenta con el cuadrado del número atómico, es decir, esta última crece más rápido y se vuelve cada vez más importante para los núcleos pesados ​​y superpesados. [ 30 ] [ 31 ] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados ​​[ 32 ] y se han observado hasta ahora [ 33 ] se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración que son causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [ f ] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210  nucleones, [ 35 ] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [ 36 ] En ambos modos de desintegración, los núcleos se ven inhibidos de desintegrarse por barreras de energía correspondientes para cada modo, pero pueden atravesarlas por efecto túnel. [ 30 ] [ 31 ]

Aparato para la creación de elementos superpesados
Esquema de un aparato para la creación de elementos superpesados, basado en el separador de retroceso lleno de gas de Dubna instalado en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares del JINR. La trayectoria dentro del detector y el aparato de enfoque del haz cambia debido a un imán dipolar en el primero y a imanes cuadrupolares en el segundo. [ 37 ]

Las partículas alfa se producen comúnmente en desintegraciones radiactivas porque la masa de una partícula alfa por nucleón es lo suficientemente pequeña como para dejar algo de energía para que la partícula alfa se utilice como energía cinética para salir del núcleo. [ 38 ] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes instancias de fisión de núcleos idénticos. [ 31 ] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea se vuelve rápidamente más importante: las vidas medias parciales de fisión espontánea disminuyen en 23  órdenes de magnitud desde el uranio (elemento  92) hasta el nobelio (elemento  102), [ 39 ] y en 30  órdenes de magnitud desde el torio (elemento  90) hasta el fermio (elemento  100). [ 40 ] El modelo anterior de gota líquida sugirió entonces que la fisión espontánea ocurriría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para núcleos con aproximadamente 280  nucleones. [ 31 ] [ 41 ] El modelo de capas nucleares posterior sugirió que los núcleos con aproximadamente 300  nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serían más resistentes a la fisión espontánea y sufrirían principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [ 31 ] [ 41 ] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla predicha podría estar más lejos de lo previsto originalmente; también mostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha están deformados y ganan estabilidad adicional debido a los efectos de capa. [ 42 ] Experimentos en núcleos superpesados ​​más ligeros, [ 43 ] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [ 39 ] han mostrado una estabilidad mayor de la previamente prevista contra la fisión espontánea, lo que demuestra la importancia de los efectos de capa en los núcleos. [ g ]

Las desintegraciones alfa se registran mediante las partículas alfa emitidas, y los productos de desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; si dicha desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción puede determinarse fácilmente. [ h ] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estaban realmente relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que debe estar en el mismo lugar). [ 25 ] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración que experimenta, como la energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [ i ] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [ j ]

La información disponible para los físicos que buscan sintetizar un elemento superpesado 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 que no pudo haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para concluir que definitivamente se creó un nuevo elemento y que no existe otra explicación para los efectos observados; se han cometido errores en la interpretación de los datos. [ k ]

Historia

Descubrimiento

Según se informa, el rutherfordio fue detectado por primera vez en 1964 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear de Dubna ( en aquel entonces parte de la Unión Soviética ). Allí, los investigadores bombardearon un blanco de 242 Pu con iones de 22 Ne ; se detectó una actividad de fisión espontánea con una vida media de 0,3 ± 0,1 segundos, que se atribuyó al 260 Rf. Trabajos posteriores no encontraron ningún isótopo del elemento 104 con esta vida media, por lo que esta asignación debe considerarse incorrecta. [ 54 ]   

Entre 1966 y 1969, se repitió el experimento. En esta ocasión, los productos de la reacción se analizaron mediante termocromatografía de gradiente tras su conversión a cloruros por interacción con ZrCl₄ . El equipo identificó actividad de fisión espontánea en un cloruro volátil que presentaba propiedades de eka-hafnio. [ 54 ]

242 94 Pu+ 22 10 Ne→ 264−x 104 Rf→ 264−x 104 RfCl4

Los investigadores consideraron que los resultados respaldaban la  vida media de 0,3 segundos. Si bien ahora se sabe que no existe ningún isótopo del elemento 104 con dicha vida media, la química sí coincide con la del elemento 104, ya que la volatilidad del cloruro es mucho mayor en el grupo 4 que en el grupo 3 (o los actínidos). [ 54 ]

En 1969, investigadores de la Universidad de California, Berkeley sintetizaron de manera concluyente el elemento bombardeando un blanco de 249 Cf con iones de 12 C y midieron la desintegración alfa de 257 Rf, correlacionada con la desintegración hija de 253 No : [ 55 ]

249 98 Cf+ 12 6 C→ 261 104 Rf* → 257 104 Rf+ 4 1 0 n

No pudieron confirmar la vida media de 0,3 segundos para el 260 Rf, y en su lugar hallaron una vida media de 10 a 30 milisegundos para este isótopo, coincidiendo con el valor moderno de 21 milisegundos. En 1970, el equipo estadounidense identificó químicamente el elemento 104 mediante el método de separación por intercambio iónico, demostrando que se trataba de un elemento del grupo 4 y el homólogo más pesado del hafnio. [ 56 ]

La síntesis estadounidense fue confirmada independientemente en 1973 y aseguró la identificación del rutherfordio como el progenitor mediante la observación de rayos X K-alfa en la firma elemental del producto de desintegración 257 Rf, 253 No. [ 57 ]

Controversia en torno a la denominación

El elemento 104 finalmente recibió el nombre de Ernest Rutherford.
Igor Kurchatov

Como consecuencia de las afirmaciones iniciales contrapuestas sobre el descubrimiento, surgió una controversia sobre la denominación del elemento . Dado que los soviéticos afirmaron haber detectado primero el nuevo elemento, sugirieron el nombre kurchatovio (Ku) en honor a Igor Kurchatov (1903-1960), antiguo jefe de la investigación nuclear soviética . Este nombre se había utilizado en libros del Bloque Soviético como el nombre oficial del elemento. Los estadounidenses, sin embargo, propusieron rutherfordio (Rf) para el nuevo elemento en honor al físico neozelandés Ernest Rutherford , conocido como el "padre" de la física nuclear . [ 58 ] En 1992, el Grupo de Trabajo sobre Transfermio (TWG) de la IUPAC / IUPAP evaluó las afirmaciones sobre el descubrimiento y concluyó que ambos equipos proporcionaron evidencia contemporánea de la síntesis del elemento 104 en 1969, y que el mérito debía compartirse entre los dos grupos. En particular, esto implicó que el TWG realizara un nuevo reanálisis retrospectivo del trabajo ruso frente al hecho descubierto posteriormente de que no existe un isótopo de 0,3 segundos del elemento 104: reinterpretaron los resultados de Dubna como causados ​​por una rama de fisión espontánea de 259 Rf. [ 54 ]

El grupo estadounidense redactó una mordaz respuesta a las conclusiones del TWG, afirmando que se había dado demasiada importancia a los resultados del grupo de Dubna. En particular, señalaron que el grupo ruso había modificado los detalles de sus afirmaciones varias veces a lo largo de 20 años, un hecho que el equipo ruso no niega. También destacaron que el TWG había otorgado demasiada credibilidad a los experimentos químicos realizados por los rusos, consideraron que el tratamiento retrospectivo del trabajo ruso basado en documentos no publicados había sido "altamente irregular", señalaron que no existía ninguna prueba de que el 259 Rf tuviera una rama de fisión espontánea [ 56 ] (a fecha de 2021, sigue sin existir) [ 6 ] y acusaron al TWG de no contar con personal debidamente cualificado en el comité. El TWG respondió afirmando que esto no era así y, tras evaluar cada punto planteado por el grupo estadounidense, declaró que no encontraba motivo para modificar su conclusión sobre la prioridad del descubrimiento. [ 56 ]

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ( IUPAC ) adoptó unnilquadio (Unq) como nombre de elemento sistemático temporal , derivado de los nombres latinos para los dígitos 1, 0 y 4. En 1994, la IUPAC sugirió un conjunto de nombres para los elementos 104 a 109, en los que dubnio (Db) se convirtió en el elemento 104 y rutherfordio en el elemento 106. [ 59 ] Esta recomendación fue criticada por los científicos estadounidenses por varias razones. En primer lugar, sus sugerencias estaban desordenadas: los nombres rutherfordio y hahnio , sugeridos originalmente por Berkeley para los elementos 104 y 105, fueron reasignados respectivamente a los elementos 106 y 108. En segundo lugar, a los elementos 104 y 105 se les dieron nombres favorecidos por JINR, a pesar del reconocimiento previo de LBL como codescubridor igualitario de ambos. En tercer lugar, y lo más importante, la IUPAC rechazó el nombre seaborgio para el elemento 106, tras haber aprobado una norma que prohibía nombrar un elemento en honor a una persona viva, a pesar de que la IUPAC había atribuido exclusivamente el descubrimiento al equipo del LBNL. [ 60 ] En 1997, la IUPAC renombró los elementos 104 a 109 y les asignó los nombres propuestos por Berkeley: rutherfordio y seaborgio , respectivamente . Al mismo tiempo, se le dio el nombre dubnio al elemento 105. Los nombres de 1997 fueron aceptados por los investigadores y se convirtieron en el estándar. [ 61 ]

isótopos

El rutherfordio no tiene isótopos estables ni naturales. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea mediante la fusión de dos átomos o mediante la observación de la desintegración de elementos más pesados. Se han descrito diecisiete isótopos diferentes con masas atómicas de 252 a 270 (con la excepción de 264 y 269). La mayoría de estos se desintegran predominantemente por fisión espontánea, en particular los isótopos con número par de neutrones , mientras que algunos de los isótopos más ligeros con número impar de neutrones también presentan ramas significativas de desintegración alfa. [ 62 ] [ 63 ]

Estabilidad y vidas medias

De los isótopos cuyas vidas medias se conocen, los isótopos más ligeros suelen tener vidas medias más cortas. Los tres isótopos conocidos más ligeros tienen vidas medias de menos de 50  μs, siendo el isótopo más ligero reportado, 252 Rf, con una vida media inferior a un microsegundo. [ 64 ] [ 65 ] Los isótopos 256 Rf, 258 Rf, 260 Rf son más estables en torno a los 10  ms; 255 Rf, 257 Rf, 259 Rf y 262 Rf viven entre 1 y 5 segundos; y 261 Rf, 265 Rf y 263 Rf son más estables, en torno a 1,1, 1,5 y 10 minutos respectivamente. El isótopo conocido más estable, 267 Rf, es uno de los más pesados ​​y tiene una vida media de unos 48 minutos. [ 66 ] Los isótopos de Rutherfordio con un número impar de neutrones tienden a tener vidas medias más largas que sus vecinos par-par porque el neutrón impar proporciona un impedimento adicional contra la fisión espontánea.

Los isótopos más ligeros se sintetizaron por fusión directa entre dos núcleos más ligeros y como productos de desintegración. El isótopo más pesado producido por fusión directa es el 262 Rf; los isótopos más pesados ​​solo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos mayores. Los isótopos pesados ​​266 Rf y 268 Rf también se han reportado como hijos de captura electrónica de los isótopos de dubnio 266 Db y 268 Db, pero tienen vidas medias cortas para la fisión espontánea . Parece probable que lo mismo ocurra con el 270 Rf, un posible hijo del 270 Db. [ 67 ] Estos tres isótopos permanecen sin confirmar.

En 1999, científicos estadounidenses de la Universidad de California, Berkeley, anunciaron que habían logrado sintetizar tres átomos de 293 Og. [ 68 ] Se informó que estos núcleos progenitores habían emitido sucesivamente siete partículas alfa para formar núcleos de 265 Rf, pero su afirmación fue retractada en 2001. [ 69 ] Este isótopo fue descubierto posteriormente en 2010 como el producto final en la cadena de desintegración del 285 Fl. [ 70 ]

Propiedades previstas

Se han medido muy pocas propiedades del rutherfordio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [ 71 ] y al hecho de que el rutherfordio (y sus precursores) se desintegra muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades químicas singulares, pero las propiedades del rutherfordio metálico siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Químico

El rutherfordio es el primer elemento transactinido y el segundo miembro de la serie 6d de metales de transición. Los cálculos sobre sus potenciales de ionización , radio atómico , así como radios, energías orbitales y niveles fundamentales de sus estados ionizados son similares a los del hafnio y muy diferentes a los del plomo . Por lo tanto, se concluyó que las propiedades básicas del rutherfordio se asemejarán a las de otros elementos del grupo 4 , por debajo del titanio , el circonio y el hafnio. [ 72 ] [ 73 ] Algunas de sus propiedades se determinaron mediante experimentos en fase gaseosa y química acuosa. El estado de oxidación +4 es el único estado estable para los dos últimos elementos y, por lo tanto, el rutherfordio también debería exhibir un estado +4 estable. [ 73 ] Además, se espera que el rutherfordio también pueda formar un estado +3 menos estable. [ 2 ] Se predice que el potencial de reducción estándar del par Rf 4+ /Rf es superior a −1,7  V. [ 74 ]

Las predicciones iniciales sobre las propiedades químicas del rutherfordio se basaron en cálculos que indicaban que los efectos relativistas sobre la capa electrónica podrían ser lo suficientemente fuertes como para que los orbitales 7p tuvieran un nivel de energía menor que los orbitales 6d , lo que le daría una configuración electrónica de valencia de 6d¹ 7s² 7p¹ o incluso 7s² 7p² , haciendo que el elemento se comportara más como el plomo que como el hafnio. Con mejores métodos de cálculo y estudios experimentales de las propiedades químicas de los compuestos de rutherfordio , se pudo demostrar que esto no sucede y que el rutherfordio se comporta como el resto de los elementos del grupo 4 . [ 2 ] [ 73 ] Posteriormente se demostró en cálculos ab initio con un alto nivel de precisión [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] que el átomo de Rf tiene el estado fundamental con la configuración de valencia 6d 2 7s 2 y el estado excitado de baja energía 6d 1 7s 2 7p 1 con una energía de excitación de solo 0,3–0,5 eV.

De manera análoga al circonio y al hafnio, se prevé que el rutherfordio forme un óxido refractario muy estable, RfO₂ . Este reacciona con halógenos para formar tetrahaluros, RfX₄ , que se hidrolizan al contacto con el agua para formar oxihaluros, RfOX₂ . Los tetrahaluros son sólidos volátiles que existen como moléculas tetraédricas monoméricas en fase gaseosa. [ 73 ]

En la fase acuosa, el ion Rf⁴⁺ se hidroliza menos que el titanio(IV) y en una medida similar a la del zirconio y el hafnio, dando como resultado el ion RfO²⁺ . El tratamiento de los haluros con iones haluro promueve la formación de iones complejos. El uso de iones cloruro y bromuro produce los complejos hexahaluro RfCl₂⁻⁶ y RfBr₂⁻⁶ . Para los complejos fluoruro, el zirconio y el hafnio tienden a formar complejos hepta- y octa-. Así, para el ion rutherfordio , de mayor tamaño, son posibles los complejos RfF₂⁻⁶ , RfF₃⁻⁷ y RfF₄⁻⁸ . [ 73 ]

Físico y atómico

Se espera que el rutherfordio sea un sólido en condiciones normales y tenga una estructura cristalina hexagonal compacta ( c / a  =  1,61), similar a su congénere más ligero, el hafnio. [ 5 ] Debería ser un metal con una densidad de ~17  g/cm³ . [ 78 ] [ 4 ] Se espera que el radio atómico del rutherfordio sea de ~150 pm . Debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización del orbital 6d, se predice que los iones Rf + y Rf2 + cederán electrones 6d en lugar de electrones 7s, lo cual es opuesto al comportamiento de sus homólogos más ligeros. [ 2 ] Cuando está bajo alta presión (calculada de diversas maneras como 72 o ~50 GPa ), se espera que el rutherfordio transite a una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo ; El hafnio se transforma en esta estructura a 71±1 GPa, pero tiene una estructura ω intermedia a la que se transforma a 38±8 GPa que debería estar ausente en el rutherfordio. [ 79 ]   

Química experimental

fase gaseosa

La estructura tetraédrica de la molécula de RfCl₄

Los primeros trabajos sobre el estudio de la química del rutherfordio se centraron en la termocromatografía de gases y la medición de las curvas de adsorción de la temperatura de deposición relativa. El trabajo inicial se llevó a cabo en Dubna en un intento de reafirmar su descubrimiento del elemento. Los trabajos recientes son más fiables en cuanto a la identificación de los radioisótopos parentales del rutherfordio. El isótopo 261m Rf se ha utilizado para estos estudios, [ 73 ] aunque el isótopo de larga vida 267 Rf (producido en la cadena de desintegración de 291 Lv, 287 Fl y 283 Cn) puede ser ventajoso para experimentos futuros. [ 80 ] Los experimentos se basaron en la expectativa de que el rutherfordio sería un elemento 6d en el grupo 4 y, por lo tanto, debería formar un tetracloruro molecular volátil, que tendría forma tetraédrica. [ 73 ] [ 81 ] [ 82 ] El cloruro de rutherfordio(IV) es más volátil que su homólogo más ligero, el cloruro de hafnio(IV) (HfCl 4 ), porque sus enlaces son más covalentes . [ 2 ]

Una serie de experimentos confirmaron que el rutherfordio se comporta como un miembro típico del grupo 4, formando un cloruro tetravalente (RfCl₄ ) y un bromuro (RfBr₄ ) , así como un oxicloruro (RfOCl₂ ) . Se observó una menor volatilidad para el RfCl₄.4 cuandoel cloruro de potasiose proporciona como fase sólida en lugar de gas, lo que indica claramente la formación deK2 RfCl6 sales mixtas. [ 72 ] [ 73 ] [ 83 ]

Fase acuosa

Se espera que el rutherfordio tenga la configuración electrónica [Rn]5f 14 6d 2 7s 2 y, por lo tanto, se comporte como el homólogo más pesado del hafnio en el grupo 4 de la tabla periódica. Por consiguiente, debería formar fácilmente un ion Rf 4+ hidratado en solución ácida fuerte y debería formar complejos fácilmente en soluciones de ácido clorhídrico , ácido bromhídrico o ácido fluorhídrico . [ 73 ]

Los estudios más concluyentes de química acuosa del rutherfordio han sido realizados por el equipo japonés del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón utilizando el isótopo 261m Rf. Los experimentos de extracción a partir de soluciones de ácido clorhídrico utilizando isótopos de rutherfordio, hafnio, zirconio, así como el elemento pseudo-grupo 4 torio, han demostrado un comportamiento no actínido para el rutherfordio. Una comparación con sus homólogos más ligeros situó al rutherfordio firmemente en el grupo 4 e indicó la formación de un complejo hexaclororutherfordato en soluciones de cloruro, de manera similar al hafnio y al zirconio. [ 73 ] [ 84 ]

261 metrosRf 4++ 6 Cl −→ [ 261m RfCl6 ] 2−

Se observaron resultados muy similares en soluciones de ácido fluorhídrico. Las diferencias en las curvas de extracción se interpretaron como una afinidad más débil por el ion fluoruro y la formación del ion hexafluororutherfordato, mientras que los iones hafnio y zirconio forman complejos con siete u ocho iones fluoruro en las concentraciones utilizadas: [ 73 ]

261 metrosRf 4++ 6 F −→ [ 261m RfF6 ] 2−

Los experimentos realizados en soluciones mixtas de ácido sulfúrico y nítrico muestran que el rutherfordio tiene una afinidad mucho menor para formar complejos de sulfato que el hafnio. Este resultado concuerda con las predicciones, que esperan que los complejos de rutherfordio sean menos estables que los de zirconio y hafnio debido a una menor contribución iónica al enlace. Esto se debe a que el rutherfordio tiene un radio iónico mayor (76  pm) que el zirconio (71  pm) y el hafnio (72  pm), y también a la estabilización relativista del orbital 7s y a la desestabilización y el desdoblamiento espín-órbita de los orbitales 6d. [ 85 ]

Los experimentos de coprecipitación realizados en 2021 estudiaron el comportamiento del rutherfordio en solución básica que contenía amoníaco o hidróxido de sodio , utilizando circonio, hafnio y torio como referencia. Se observó que el rutherfordio no se coordina fuertemente con el amoníaco y, en cambio, coprecipita como un hidróxido, que probablemente sea Rf(OH) ₄ . [ 86 ]

Notas

  1. ↑ En física nuclear , un elemento se llama pesado si su número atómico es alto; el plomo (elemento 82) es un ejemplo de un elemento pesado. El término "elementos superpesados" generalmente se refiere a elementos con número atómico mayor que 103 (aunque hay otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [ 11 ] o 112 ; [ 12 ] a veces, el término se presenta como un equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de la hipotética serie de superactínidos ). [ 13 ] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de alta masa (para el elemento dado) y núcleos de alta masa, respectivamente.
  2. ↑ En 2009, un equipo del JINR liderado por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hassio en una reacción simétrica 136 Xe + 136 Xe. No lograron observar un solo átomo en dicha reacción, estableciendo el límite superior de la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, en 2,5 pb . [ 14 ] En comparación, la reacción que condujo al descubrimiento del hassio, 208 Pb + 58 Fe, tuvo una sección transversal de ~20pb (más específicamente, 19 +19 -11 pb), según la estimación de los descubridores. [ 15 ]    
  3. ↑ La cantidad de energía aplicada a la partícula del haz para acelerarla también puede influir en el valor de la sección transversal. Por ejemplo, en la reacción 28 14 Si + 1 0 n → 28 13 Al + 1 1 p , la sección transversal cambia suavemente de 370 mb a 12,3 MeV a 160 mb a 18,3 MeV, con un pico amplio a 13,5 MeV con un valor máximo de 380 mb. [ 19 ]
  4. ↑ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [ 24 ]
  5. ↑ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes se mueven más lentamente al pasar por el blanco que los núcleos del haz que no reaccionaron. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se cancelan para una velocidad específica de la partícula. [ 26 ] Dicha separación también puede complementarse con una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de ambas puede permitir estimar la masa de un núcleo. [ 27 ]
  6. ↑ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [ 34 ]
  7. ↑ Ya en la década de 1960 se sabía que los estados fundamentales de los núcleos diferían en energía y forma, así como que ciertos números mágicos de nucleones correspondían a una mayor estabilidad del núcleo. Sin embargo, se asumía que los núcleos superpesados ​​carecían de estructura nuclear, ya que estaban demasiado deformados para formarla. [ 39 ]
  8. ↑ 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 superpesados. [ 44 ] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [ 45 ] 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). [ 46 ]
  9. ↑ Si la desintegración ocurriera en el vacío, entonces, dado que el momento total de un sistema aislado antes y después de la desintegración debe conservarse , el núcleo hijo también recibiría una pequeña velocidad. La relación de las dos velocidades, y por consiguiente la relación de las energías cinéticas, sería inversamente proporcional a la relación de las dos masas. La energía de desintegración es igual a la suma de la energía cinética conocida de la partícula alfa y la del núcleo hijo (una fracción exacta de la primera). [ 35 ] Los cálculos también son válidos para un experimento, pero la diferencia es que el núcleo no se mueve después de la desintegración porque está ligado al detector.
  10. ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [ 47 ] un científico destacado del JINR, y por lo tanto era un "caballo de batalla" para la instalación. [ 48 ] En contraste, los científicos del LBL creían que la información sobre la fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no se había estudiado lo suficiente como para utilizarla en la identificación de un nuevo elemento, ya que existía la dificultad de establecer que un núcleo compuesto solo había eyectado neutrones y no partículas cargadas como protones o partículas alfa. [ 24 ] Por lo tanto, preferían vincular los nuevos isótopos con los ya conocidos mediante desintegraciones alfa sucesivas. [ 47 ]
  11. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [ 49 ] No hubo afirmaciones definitivas previas sobre la creación de este elemento, y sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos le asignaron el nombre de nobelio . Posteriormente se demostró que la identificación era incorrecta. [ 50 ] Al año siguiente, RL no pudo reproducir los resultados suecos y anunció en su lugar su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [ 50 ] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotio ; [ 51 ] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR posteriormente se refirió a la denominación del elemento 102 como "precipitada"). [ 52 ] Este nombre fue propuesto a la IUPAC en una respuesta escrita a su dictamen sobre la prioridad de las reivindicaciones de descubrimiento de elementos, firmada el 29 de septiembre de 1992. [ 52 ] El nombre "nobelio" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [ 53 ]

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  • Rutherfordium en la Tabla Periódica de Vídeos (Universidad de Nottingham)
  • WebElements.com – Rutherfordium

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