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Seaborgio

El seaborgio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Sg y su número atómico es 106. Recibe su nombre del químico nuclear estadounidense Glenn T. Seaborg . Al ser un ele...

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El seaborgio es un elemento químico sintético ; su símbolo es Sg y su número atómico es 106. Recibe su nombre del químico nuclear estadounidense Glenn T. Seaborg . Al ser un elemento sintético, puede crearse en un laboratorio, pero no se encuentra en la naturaleza. Además, es radiactivo ; los isótopos más estables conocidos tienen vidas medias del orden de varios minutos.

En la tabla periódica de los elementos, es un elemento transactinido del bloque d . Es un miembro del séptimo período y pertenece al grupo 6 de los elementos como el cuarto miembro de la serie 6d de metales de transición . Se han estudiado muy pocas reacciones químicas del seaborgio: solo se pueden producir unos pocos átomos a la vez y estos se desintegran rápidamente. Algunos compuestos inorgánicos y un carbonilo que se cree que es Sg(CO)Se han sintetizado 6. Estos experimentos han confirmado que el seaborgio se comporta como el homólogodeltungstenoen el grupo 6.

En 1974, se produjeron algunos átomos de seaborgio en laboratorios de la Unión Soviética y de Estados Unidos. La prioridad del descubrimiento y, por lo tanto, la denominación 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 seaborgio como nombre oficial del elemento. Es uno de los dos únicos elementos que recibieron el nombre de una persona viva en el momento de su denominación; el otro es el oganesón , elemento 118. [ b ]

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—. [ 13 ]

Un núcleo atómico superpesado [ c ] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [ d ] en uno solo; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que reaccionen. [ 19 ] 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. [ 20 ] 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. [ 20 ]

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. [ 20 ] [ 21 ] Esto sucede porque, durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [ 20 ] 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. [ e ] 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. [ 20 ]

La fusión resultante es un estado excitado [ 24 ] —denominado núcleo compuesto— y, por lo tanto, es muy inestable. [ 20 ] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [ 25 ] 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. [ 25 ] 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. [ 26 ] [ f ]

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. [ 28 ] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [ g ] 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. [ 28 ] La transferencia tarda aproximadamente 10 −6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [ 31 ] 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. [ 28 ]

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. [ 32 ] 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. [ 33 ] [ 34 ] Por lo tanto, se predice teóricamente que los núcleos superpesados ​​[ 35 ] y se han observado hasta ahora [ 36 ] se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración que son causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [ h ] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210  nucleones, [ 38 ] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [ 39 ] 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. [ 33 ] [ 34 ]

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. [ 40 ]

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. [ 41 ] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes casos de fisión de núcleos idénticos. [ 34 ] 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), [ 42 ] y en 30  órdenes de magnitud desde el torio (elemento  90) hasta el fermio (elemento  100). [ 43 ] 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. [ 34 ] [ 44 ] 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. [ 34 ] [ 44 ] 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. [ 45 ] Experimentos en núcleos superpesados ​​más ligeros, [ 46 ] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [ 42 ] han mostrado una estabilidad mayor de la previamente anticipada contra la fisión espontánea, lo que demuestra la importancia de los efectos de capa en los núcleos. [ i ]

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. [ j ] (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). [ 28 ] 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). [ k ] Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [ l ]

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, así como 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 se creó definitivamente un nuevo elemento y que no existe otra explicación para los efectos observados; se han cometido errores en la interpretación de los datos. [ m ]

Historia

Tras las afirmaciones de Albert Ghiorso y colaboradores en 1970 sobre la observación de los elementos 104 y 105 en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , se llevó a cabo una búsqueda del elemento 106 utilizando proyectiles de oxígeno-18 y el blanco de californio-249 previamente utilizado. [ 57 ] Se reportaron varias desintegraciones alfa de 9,1 MeV , que ahora se cree que se originan del elemento 106, aunque esto no se confirmó en su momento. En 1972, el acelerador HILAC recibió mejoras en sus equipos, lo que impidió que el equipo repitiera el experimento, y no se realizó el análisis de datos durante el cierre. [ 57 ] Esta reacción se intentó nuevamente varios años después, en 1974, y el equipo de Berkeley se percató de que sus nuevos datos coincidían con los de 1971, para asombro de Ghiorso. Por lo tanto, el elemento 106 podría haberse descubierto en 1971 si los datos originales se hubieran analizado con mayor detenimiento. [ 57 ]

Dos grupos reclamaron el descubrimiento del elemento . La evidencia del elemento 106 fue reportada por primera vez en 1974 por un equipo de investigación ruso en Dubna , liderado por Yuri Oganessian , en el que blancos de plomo-208 y plomo-207 fueron bombardeados con iones acelerados de cromo-54 . En total, se observaron cincuenta y un eventos de fisión espontánea con una vida media de entre cuatro y diez milisegundos . Después de haber descartado las reacciones de transferencia de nucleones como causa de estas actividades, el equipo concluyó que la causa más probable de las actividades era la fisión espontánea de isótopos del elemento 106. El isótopo en cuestión fue sugerido inicialmente como seaborgio-259, pero luego se corrigió a seaborgio-260. [ 58 ]

208 82 Pb+ 54 24 Cr→ 260 106 Sg+ 2n
207 82 Pb+ 54 24 Cr→ 260 106 Sg+n

Unos meses más tarde, en 1974, investigadores como Glenn T. Seaborg, Carol Alonso y Albert Ghiorso de la Universidad de California, Berkeley , y E. Kenneth Hulet del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, también sintetizaron el elemento [ 59 ] bombardeando un blanco de californio -249 con iones de oxígeno-18 , utilizando un equipo similar al que se había utilizado para la síntesis del elemento 104 cinco años antes, observando al menos setenta desintegraciones alfa , aparentemente del isótopo seaborgio-263m con una vida media de0,9 ± 0,2 segundos. El rutherfordio-259, hijo de la desintegración alfa, y el nobelio-255, nieto de la desintegración alfa, se habían sintetizado previamente, y las propiedades observadas coincidieron con las ya conocidas, al igual que la intensidad de su producción. La sección transversal de la reacción observada, 0,3 nanobarns , también concordó bien con las predicciones teóricas. Esto reforzó la asignación de los eventos de desintegración alfa al seaborgio-263m. [ 58 ] 

249 98 Cf+ 18 8 O→ 263m 106 Sg+ 4 1 0 n→ 259 104 Rf+α→ 255 102 No+α

De este modo, surgió una disputa a partir de las reivindicaciones iniciales de descubrimiento, aunque, a diferencia del caso de los elementos sintéticos hasta el elemento 105 , ninguno de los equipos de descubridores optó por anunciar los nombres propuestos para los nuevos elementos, evitando así temporalmente una controversia sobre su denominación . Sin embargo, la disputa sobre el descubrimiento se prolongó hasta 1992, cuando el Grupo de Trabajo sobre Transfermio (GTT) de la IUPAC/IUPAP, formado para poner fin a la controversia mediante conclusiones sobre las reivindicaciones de descubrimiento de los elementos 101 a 112 , concluyó que la síntesis soviética del seaborgio-260 no era lo suficientemente convincente, «por carecer de curvas de rendimiento y resultados de selección angular», mientras que la síntesis estadounidense del seaborgio-263 era convincente debido a que estaba firmemente anclada a núcleos hijos conocidos. Por lo tanto, el GTT reconoció al equipo de Berkeley como descubridores oficiales en su informe de 1993. [ 58 ]

El elemento 106 recibió su nombre en honor a Glenn T. Seaborg , un pionero en el descubrimiento de elementos sintéticos , con el nombre de seaborgio (Sg).
Seaborg señalando el elemento que lleva su nombre en la tabla periódica.

Seaborg había sugerido previamente al TWG que, si Berkeley era reconocido como el descubridor oficial de los elementos 104 y 105, podrían proponer el nombre kurchatovio (símbolo Kt) para el elemento 106 en honor al equipo de Dubna, que había propuesto este nombre para el elemento 104 en honor a Igor Kurchatov , exdirector del programa soviético de investigación nuclear . Sin embargo, debido al empeoramiento de las relaciones entre los equipos rivales tras la publicación del informe del TWG (ya que el equipo de Berkeley discrepaba vehementemente de las conclusiones del TWG, especialmente en lo que respecta al elemento 104), esta propuesta fue descartada por el equipo de Berkeley. [ 60 ] Tras ser reconocidos como descubridores oficiales, el equipo de Berkeley comenzó a decidir seriamente un nombre:

...se nos reconoció el descubrimiento y el derecho a nombrar el nuevo elemento. Los ocho miembros del grupo de Ghiorso sugirieron una amplia gama de nombres en honor a Isaac Newton, Thomas Edison, Leonardo da Vinci, Fernando de Magallanes, el mítico Ulises, George Washington y Finlandia, la tierra natal de un miembro del equipo. Durante mucho tiempo no hubo un nombre definido ni un favorito. Entonces, un día, Al [Ghiorso] entró en mi oficina y me preguntó qué me parecía nombrar al elemento 106 "seaborgio". Me quedé atónito. [ 61 ]

— Glenn Seaborg

El hijo de Seaborg, Eric, recordaba el proceso de nombramiento de la siguiente manera: [ 62 ]

Con ocho científicos involucrados en el descubrimiento que sugerían tantas posibilidades interesantes, Ghiorso desesperaba de llegar a un consenso, hasta que una noche se despertó con una idea. Se acercó a los miembros del equipo uno por uno, hasta que siete de ellos estuvieron de acuerdo. Entonces le dijo a su amigo y colega de 50 años: «Tenemos siete votos a favor de nombrar al elemento 106 seaborgio. ¿Das tu consentimiento?». Mi padre quedó estupefacto y, después de consultar con mi madre, accedió. [ 62 ]

— Eric Seaborg

El nombre seaborgio y el símbolo Sg fueron anunciados en la 207.ª reunión nacional de la Sociedad Química Estadounidense en marzo de 1994 por Kenneth Hulet, uno de los codescubridores. [ 61 ] Sin embargo, la IUPAC resolvió en agosto de 1994 que un elemento no podía ser nombrado en honor a una persona viva, y Seaborg aún vivía en ese momento. Por lo tanto, en septiembre de 1994, la IUPAC recomendó un conjunto de nombres en el que los nombres propuestos por los tres laboratorios (el tercero era el Centro Helmholtz GSI para la Investigación de Iones Pesados ​​en Darmstadt , Alemania ) con reclamos contrapuestos sobre el descubrimiento de los elementos 104 a 109 fueron cambiados a otros elementos, en el que el rutherfordio (Rf), la propuesta de Berkeley para el elemento 104, fue cambiado al elemento 106, y seaborgio fue descartado por completo como nombre. [ 60 ]

Esta decisión desató una tormenta de protestas en todo el mundo por ignorar el derecho histórico del descubridor a nombrar nuevos elementos, y contra la nueva regla retroactiva que prohíbe nombrar elementos en honor a personas vivas; la Sociedad Química Estadounidense respaldó firmemente el nombre seaborgio para el elemento 106, junto con todas las demás propuestas de nombres estadounidenses y alemanas para los elementos 104 a 109, aprobando estos nombres para sus revistas en desafío a la IUPAC. [ 60 ] Al principio, la IUPAC se defendió, y un miembro estadounidense de su comité escribió: «Los descubridores no tienen derecho a nombrar un elemento. Tienen derecho a sugerir un nombre. Y, por supuesto, no infringimos eso en absoluto». Sin embargo, Seaborg respondió:

Esta sería la primera vez en la historia que a los descubridores reconocidos e indiscutibles de un elemento se les niega el privilegio de nombrarlo. [ 61 ]

— Glenn Seaborg

Cediendo a la presión pública, la IUPAC propuso un compromiso diferente en agosto de 1995, en el que se reinstauró el nombre de seaborgio para el elemento 106 a cambio de la eliminación de todas las demás propuestas estadounidenses excepto una, que recibió una respuesta aún peor. Finalmente, la IUPAC rescindió estos compromisos anteriores y emitió una nueva recomendación final en agosto de 1997, en la que se adoptaron todas las propuestas estadounidenses y alemanas para los elementos 104 a 109, incluido el seaborgio para el elemento 106, con la única excepción del elemento 105, llamado dubnio para reconocer las contribuciones del equipo de Dubna a los procedimientos experimentales de síntesis de transactinidos. Esta lista fue finalmente aceptada por la Sociedad Química Estadounidense, que escribió: [ 60 ]

En aras de la armonía internacional, el Comité aceptó a regañadientes el nombre «dubnio» para el elemento 105 en lugar de «hahnio» [la propuesta estadounidense], que se ha utilizado durante mucho tiempo en la literatura. Nos complace observar que «seaborgio» es ahora el nombre internacionalmente aprobado para el elemento 106. [ 60 ]

— Sociedad Química Estadounidense

Seaborg hizo los siguientes comentarios sobre la elección del nombre:

Como es lógico, me enorgullece que los químicos estadounidenses recomendaran que el elemento 106, situado debajo del tungsteno (74), se denominara «seaborgio». Anhelaba el día en que los investigadores químicos se refirieran a estos compuestos como cloruro de seaborgio, nitrato de seaborgio y, quizás, seaborgato de sodio. Este es el mayor honor que jamás se me haya concedido, incluso mejor, creo, que ganar el Premio Nobel. [ n ] Los futuros estudiantes de química, al estudiar la tabla periódica, podrían preguntarse por qué el elemento recibió mi nombre y, de este modo, aprender más sobre mi trabajo. [ 61 ]

— Glenn Seaborg

Seaborg murió un año y medio después, el 25 de febrero de 1999, a la edad de 86 años. [ 61 ]

isótopos

Los elementos superpesados, como el seaborgio, se producen bombardeando elementos más ligeros en aceleradores de partículas , lo que induce reacciones de fusión . Si bien la mayoría de los isótopos de seaborgio pueden sintetizarse directamente de esta manera, algunos más pesados ​​solo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos más altos . [ 70 ]

Según las energías involucradas, las reacciones de fusión que generan elementos superpesados ​​se dividen en "calientes" y "frías". En las reacciones de fusión caliente, proyectiles muy ligeros y de alta energía se aceleran hacia blancos muy pesados ​​( actínidos ), dando lugar a núcleos compuestos con alta energía de excitación (~40–50 MeV ) que pueden fisionarse o evaporar varios (3 a 5) neutrones. [ 70 ] En las reacciones de fusión fría, los núcleos fusionados producidos tienen una energía de excitación relativamente baja (~10–20 MeV), lo que disminuye la probabilidad de que estos productos sufran reacciones de fisión. A medida que los núcleos fusionados se enfrían al estado fundamental , requieren la emisión de solo uno o dos neutrones, lo que permite la generación de productos más ricos en neutrones. [ 71 ] Este último es un concepto distinto al de la fusión nuclear que se afirma que se logra en condiciones de temperatura ambiente (véase fusión fría ). [ 72 ]  

El seaborgio 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 catorce isótopos diferentes de seaborgio con números de masa 257–269 y 271, cuatro de los cuales, seaborgio-261, −263, −265 y −267, presentan estados metaestables conocidos . Todos ellos se desintegran únicamente por desintegración alfa y fisión espontánea, con la única excepción del seaborgio-261, que también puede experimentar captura electrónica para formar dubnio-261. [ 73 ]

Hay una tendencia hacia el aumento de las vidas medias para los isótopos más pesados, aunque los isótopos par-impar son generalmente más estables que sus isótopos pares-pares vecinos , porque el neutrón impar conduce a una mayor inhibición de la fisión espontánea; [ 74 ] entre los isótopos de seaborgio conocidos, la desintegración alfa es el modo de desintegración predominante en los núcleos par-impar mientras que la fisión domina en los núcleos par-par . Tres de los isótopos más pesados ​​conocidos, 267 Sg, 269 Sg y 271 Sg, son también los de vida más larga, con vidas medias del orden de varios minutos. [ 73 ] Se predice que algunos otros isótopos en esta región tienen vidas medias comparables o incluso más largas. Además, 263 Sg, 265 Sg, 265m Sg y 268 Sg [ 10 ] tienen vidas medias medidas en segundos. Todos los isótopos restantes tienen vidas medias medidas en milisegundos, con la excepción del isótopo de vida más corta, el 261m Sg, con una vida media de solo 9,3  microsegundos. [ 2 ]

Los isótopos ricos en protones desde el 257 Sg hasta el 261 Sg se produjeron directamente mediante fusión fría; todos los isótopos más pesados ​​se produjeron a partir de la desintegración alfa repetida de los elementos más pesados ​​hassio , darmstadtio y flerovio , con la excepción de los isótopos 263m Sg, 264 Sg, 265 Sg y 265m Sg, que se produjeron directamente mediante fusión caliente a través de la irradiación de blancos de actínidos.

Propiedades previstas

Se han medido muy pocas propiedades del seaborgio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [ 75 ] y al hecho de que el seaborgio (y sus precursores) se desintegra muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades químicas singulares, pero las propiedades del seaborgio metálico siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Físico

Se espera que el seaborgio sea un sólido en condiciones normales y adopte una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo , similar a la de su congénere más ligero, el tungsteno. [ 4 ] Las primeras predicciones estimaron que debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 35,0  g/cm³ , [ 3 ] pero los cálculos de 2011 y 2013 predijeron un valor algo menor de 23–24  g/ cm³ . [ 5 ] [ 6 ]

Químico

El seaborgio es el cuarto miembro de la serie 6d de metales de transición y el miembro más pesado del grupo 6 en la tabla periódica, por debajo del cromo , el molibdeno y el tungsteno . Todos los miembros del grupo forman una diversidad de oxoaniones. Presentan fácilmente su estado de oxidación de grupo de +6, aunque este es altamente oxidante en el caso del cromo, y este estado se vuelve cada vez más estable a la reducción a medida que se desciende en el grupo: de hecho, el tungsteno es el último de los metales de transición 5d donde los cuatro electrones 5d participan en el enlace metálico . [ 76 ] Por lo tanto, el seaborgio debería tener +6 como su estado de oxidación más estable, tanto en fase gaseosa como en solución acuosa, y este es el único estado de oxidación positivo que se conoce experimentalmente para él; los estados +5 y +4 deberían ser menos estables, y el estado +3, el más común para el cromo, sería el menos estable para el seaborgio. [ 3 ]

Esta estabilización del estado de oxidación más alto ocurre en los primeros elementos 6d debido a la similitud entre las energías de los orbitales 6d y 7s, ya que los orbitales 7s están estabilizados relativísticamente y los orbitales 6d están desestabilizados relativísticamente. Este efecto es tan grande en el séptimo período que se espera que el seaborgio pierda sus electrones 6d antes que sus electrones 7s (Sg, [Rn]5f 14 6d 4 7s 2 ; Sg + , [Rn]5f 14 6d 3 7s 2 ; Sg 2+ , [Rn]5f 14 6d 3 7s 1 ; Sg 4+ , ​​[Rn]5f 14 6d 2 ; Sg 6+ , [Rn]5f 14 ). Debido a la gran desestabilización del orbital 7s, el Sg IV debería ser aún más inestable que el W IV y debería oxidarse muy fácilmente a Sg VI . El radio iónico predicho del ion Sg 6+ hexacoordinado es de 65  pm, mientras que el radio atómico predicho del seaborgio es de 128  pm. Sin embargo, se espera que la estabilidad del estado de oxidación más alto disminuya como Lr III > Rf IV > Db V > Sg VI . Algunos potenciales de reducción estándar predichos para los iones seaborgio en solución acuosa ácida son los siguientes: [ 3 ]

El seaborgio debería formar un hexafluoruro muy volátil (SgF 6 ) así como un hexacloruro moderadamente volátil (SgCl 6 ), pentacloruro (SgCl 5 ) y oxicloruros SgO 2 Cl 2 y SgOCl 4 . [ 77 ] Se espera que el SgO 2 Cl 2 sea el más estable de los oxicloruros de seaborgio y el menos volátil de los oxicloruros del grupo 6, con la secuencia MoO 2 Cl 2 > WO 2 Cl 2 > SgO 2 Cl 2 . [ 3 ] Se espera que los compuestos volátiles de seaborgio(VI) SgCl 6 y SgOCl 4 sean inestables a la descomposición en compuestos de seaborgio(V) a altas temperaturas, análogos a MoCl 6 y MoOCl 4 ; Esto no debería ocurrir con el SgO₂Cl₂ debido a la brecha de energía mucho mayor entre los orbitales moleculares ocupados más altos y los desocupados más bajos , a pesar de las fuerzas de enlace Sg–Cl similares (de forma similar al molibdeno y el tungsteno). [ 78 ]

El molibdeno y el tungsteno son muy similares entre sí y muestran diferencias importantes con respecto al cromo, que es más pequeño, y se espera que el seaborgio siga la química del tungsteno y el molibdeno bastante de cerca, formando una variedad aún mayor de oxoaniones, siendo el más simple entre ellos el seaborgate, SgO 2− 4 , que se formaría a partir de la hidrólisis rápida de Sg(H2 O) 6+ 6 , aunque esto ocurriría con menos facilidad que con el molibdeno y el tungsteno, como se espera del mayor tamaño del seaborgio. El seaborgio debería hidrolizarse con menos facilidad que el tungsteno enácido fluorhídricoa bajas concentraciones, pero con mayor facilidad a altas concentraciones, formando también complejos como SgO3F−ySgOF − 5 : la formación de complejos compite con la hidrólisis en ácido fluorhídrico. [ 3 ]

Química experimental

La investigación química experimental del seaborgio se ha visto obstaculizada debido a la necesidad de producirlo átomo por átomo, su corta vida media y la consiguiente severidad de las condiciones experimentales. [ 79 ] El isótopo 265 Sg y su isómero 265m Sg son ventajosos para la radioquímica: se producen en la reacción 248 Cm( 22 Ne,5n). [ 80 ]

En los primeros estudios químicos experimentales del seaborgio realizados en 1995 y 1996, se produjeron átomos de seaborgio en la reacción 248 Cm( 22 Ne,4n) 266 Sg, se termalizaron y se hicieron reaccionar con una mezcla de O 2 /HCl. Se midieron las propiedades de adsorción del oxicloruro resultante y se compararon con las de los compuestos de molibdeno y tungsteno. Los resultados indicaron que el seaborgio formaba un oxicloruro volátil similar a los de los demás elementos del grupo 6, y confirmaron la tendencia decreciente de la volatilidad de los oxicloruros a medida que se desciende en el grupo 6.

Sg + O2 + 2 HCl →SgO2 Cl2 +H2

En 2001, un equipo continuó el estudio de la química en fase gaseosa del seaborgio haciendo reaccionar el elemento con O₂ en un entorno de H₂O . De manera similar a la formación del oxicloruro, los resultados del experimento indicaron la formación de hidróxido de óxido de seaborgio, una reacción bien conocida entre los homólogos más ligeros del grupo 6, así como el pseudohomólogo uranio . [ 81 ]

2 Sg + 3 O2 → 2SgO3
SgO3 +H2 O→SgO2 (OH)2

Las predicciones sobre la química acuosa del seaborgio se han confirmado en gran medida. En experimentos realizados en 1997 y 1998, el seaborgio se eluyó de la resina de intercambio catiónico utilizando una solución de HNO₃ /HF, muy probablemente como SgO₂F₂ neutro o el ion complejo aniónico [SgO₂F₃]⁻ en lugar de SgO₂⁻₄ . Por el contrario , en ácido nítrico 0,1 M , el seaborgio no se eluye , a diferencia del molibdeno y el tungsteno, lo que indica que la hidrólisis de [Sg(H₂O ) ₆ ] ⁶⁺ solo procede hasta el complejo catiónico [Sg(OH) ₄ (H₂O ) ] ²⁺ o [SgO(OH) ₃ ( H₂O ) ₂ ] ⁺ , mientras que la del molibdeno y el tungsteno procede hasta [ MO₂ (OH) ₂ ] neutro . [ 3 ]

El único otro estado de oxidación conocido para el seaborgio, aparte del estado de oxidación de grupo +6, es el estado de oxidación cero. De manera similar a sus tres congéneres más ligeros, que forman hexacarbonilo de cromo , hexacarbonilo de molibdeno y hexacarbonilo de tungsteno , se ha demostrado en 2014 que el seaborgio también forma hexacarbonilo de seaborgio , Sg(CO) ₆ . Al igual que sus homólogos de molibdeno y tungsteno, el hexacarbonilo de seaborgio es un compuesto volátil que reacciona fácilmente con dióxido de silicio . [ 79 ]

Ausencia en la naturaleza

Las búsquedas de nucleidos primordiales de larga vida de seaborgio en la naturaleza han arrojado resultados negativos. Un estudio de 2022 estimó que la concentración de átomos de seaborgio en el tungsteno natural (su homólogo químico) es menor que5,1 × 10 −15 átomo(Sg)/átomo(W). [ 82 ]

Notas

  1. ↑ El isótopo más estable del seaborgio no se puede determinar con base en los datos existentes debido a la incertidumbre que surge del bajo número de mediciones. La vida media de 267 Sg correspondiente a una desviación estándar es, con base en los datos existentes,9,8 +11,3 −4,5 minutos, [ 1 ] mientras que el de 269 Sg es5 ± 2 minutos; [ 2 ] estas mediciones tienen intervalos de confianza superpuestos .
  2. ↑ Los nombres einstenio y fermio para los elementos 99 y 100 fueron propuestos cuando sus homónimos ( Albert Einstein y Enrico Fermi, respectivamente) aún vivían, pero no se hicieron oficiales hasta después de la muerte de Einstein y Fermi. [ 12 ]
  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 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 [ 14 ] o 112 ; [ 15 ] 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 ). [ 16 ] 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.
  4. ↑ 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 . [ 17 ] 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. [ 18 ]    
  5. ↑ 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. [ 22 ]
  6. ↑ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [ 27 ]
  7. ↑ 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. [ 29 ] 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. [ 30 ]
  8. ↑ No todos los modos de desintegración son causados ​​por repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [ 37 ]
  9. ↑ 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. [ 42 ]
  10. ↑ 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. [ 47 ] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en LBNL. [ 48 ] 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). [ 49 ]
  11. ↑ 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). [ 38 ] 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.
  12. ↑ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [ 50 ] un científico destacado del JINR, y por lo tanto era un "caballo de batalla" para la instalación. [ 51 ] 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. [ 27 ] Por lo tanto, preferían vincular los nuevos isótopos con los ya conocidos mediante desintegraciones alfa sucesivas. [ 50 ]
  13. ↑ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo , condado de Estocolmo , Suecia . [ 52 ] 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. [ 53 ] 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. [ 53 ] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotio ; [ 54 ] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR posteriormente se refirió a la denominación del elemento 102 como "precipitada"). [ 55 ] 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. [ 55 ] El nombre "nobelio" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [ 56 ]
  14. ↑ Seaborg, de hecho, había ganado previamente el Premio Nobel de Química de 1951 junto con Edwin McMillan por "sus descubrimientos en la química de los primeros elementos transuránicos". [ 63 ]
  15. ↑ Diferentes fuentes dan diferentes valores para las vidas medias; se enumeran los valores publicados más recientemente.

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