Bohrio

Bohrio es un elemento químico sintético con el símbolo Bh y el número atómico 107. Lleva el nombre del físico danés Niels Bohr. Como elemento sintético, se puede crear en un laboratorio pero no se encuentra en la naturaleza. Todos los isótopos conocidos de bohrium son altamente radiactivos; el isótopo conocido más estable es Bh con una vida media de aproximadamente 61 segundos, aunque el Bh no confirmado puede tener una vida media más larga de aproximadamente 690 segundos.

En la tabla periódica, es un elemento transactínido del bloque d. Es un miembro del 7mo período y pertenece al grupo 7 elementos como el quinto miembro de la serie 6d de metales de transición. Los experimentos químicos han confirmado que el bohrio se comporta como el homólogo más pesado del renio en el grupo 7. Las propiedades químicas del bohrio se caracterizan solo parcialmente, pero se comparan bien con la química de los otros elementos del grupo 7.

Introducción

Los núcleos atómicos más pesados ​​se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa, mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. 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 con carga positiva) 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; los núcleos del haz son así muy acelerados para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz.Acercarse solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan, generalmente permanecen juntos durante aproximadamente 10 segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. 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, que se llevan la energía. Esto ocurre en aproximadamente 10 segundos después de la colisión inicial.

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) 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 el momento de la llegada. La transferencia tarda unos 10 segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. 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.

La estabilidad de un núcleo es proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su rango 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 los protones, ya que tiene un alcance ilimitado. Por lo tanto, los núcleos de los elementos más pesados ​​​​se predicen teóricamente y hasta ahora se ha observado que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración causados ​​​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea;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. Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos.

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 podría 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 no hay otra explicación para los efectos observados; se han cometido errores en la interpretación de los datos.

Historia

Descubrimiento

Dos grupos reclamaron el descubrimiento del elemento. La evidencia de bohrium fue reportada por primera vez en 1976 por un equipo de investigación soviético dirigido por Yuri Oganessian, en el que los objetivos de bismuto-209 y plomo-208 fueron bombardeados con núcleos acelerados de cromo-54 y manganeso-55 respectivamente.Se observaron dos actividades, una con una vida media de uno a dos milisegundos y la otra con una vida media de aproximadamente cinco segundos. Dado que la relación de las intensidades de estas dos actividades fue constante durante todo el experimento, se propuso que la primera era del isótopo bohrium-261 y que la segunda era de su hija dubnium-257. Más tarde, el isótopo de dubnio se corrigió a dubnio-258, que de hecho tiene una vida media de cinco segundos (el dubnio-257 tiene una vida media de un segundo); sin embargo, la vida media observada para su progenitor es mucho más corta que las vidas medias observadas más tarde en el descubrimiento definitivo de bohrium en Darmstadt en 1981. El Grupo de Trabajo de Transfermio (TWG) de IUPAC/IUPAP concluyó que aunque probablemente se vio dubnio-258 en este experimento, la evidencia de la producción de su padre bohrium-262 no fue lo suficientemente convincente.

En 1981, un equipo de investigación alemán dirigido por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​(GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) en Darmstadt bombardeó un objetivo de bismuto-209 con núcleos acelerados de cromo-54 para producir 5 átomos de el isótopo bohrium-262:₈₃Bi+₂₄cr→₁₀₇bh+norte

Este descubrimiento fue corroborado aún más por sus mediciones detalladas de la cadena de desintegración alfa de los átomos de bohrio producidos a isótopos de fermio y californio previamente conocidos. El Grupo de trabajo de transferencia de IUPAC/IUPAP (TWG) reconoció la colaboración de GSI como descubridores oficiales en su informe de 1992.

Nombres propuestos

En septiembre de 1992, el grupo alemán sugirió el nombre nielsbohrium con el símbolo Ns en honor al físico danés Niels Bohr. Los científicos soviéticos del Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Dubna, Rusia, habían sugerido que se le diera este nombre al elemento 105 (que finalmente se llamó dubnio) y el equipo alemán deseaba reconocer tanto a Bohr como al hecho de que el equipo de Dubna había sido el primero para proponer la reacción de fusión fría y, al mismo tiempo, ayudar a resolver el controvertido problema de la denominación del elemento 105. El equipo de Dubna estuvo de acuerdo con la propuesta de denominación del grupo alemán para el elemento 107.

Hubo una controversia sobre el nombre de los elementos en cuanto a cómo se llamarían los elementos del 104 al 106; la IUPAC adoptó unnilseptium (símbolo Uns) como un nombre de elemento sistemático temporal para este elemento. En 1994, un comité de la IUPAC recomendó que el elemento 107 se llamara bohrium, y no nielsbohrium, ya que no había precedentes de usar el nombre completo de un científico al nombrar un elemento. Los descubridores se opusieron a esto porque existía cierta preocupación de que el nombre pudiera confundirse con boro y, en particular, la distinción de los nombres de sus respectivos oxianiones, bohrate y borato.. El asunto se entregó a la rama danesa de la IUPAC que, a pesar de esto, votó a favor del nombre bohrium y, por lo tanto, el nombre bohrium para el elemento 107 fue reconocido internacionalmente en 1997; los nombres de los respectivos oxianiones de boro y bohrio permanecen sin cambios a pesar de su homofonía.

Isótopos

Bohrium no tiene isótopos estables o naturales. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea mediante la fusión de dos átomos o mediante la observación de la descomposición de elementos más pesados. Se han informado doce isótopos diferentes de bohrium con masas atómicas 260–262, 264–267, 270–272, 274 y 278, uno de los cuales, bohrium-262, tiene un estado metaestable conocido. Todos estos, excepto el Bh no confirmado, se desintegran solo a través de la desintegración alfa, aunque se predice que algunos isótopos de bohrio desconocidos sufrirán una fisión espontánea.

Los isótopos más ligeros suelen tener vidas medias más cortas; Se observaron vidas medias de menos de 100 ms para Bh, Bh, Bh y Bh. Bh, Bh, Bh y Bh son más estables alrededor de 1 s, y Bh y Bh tienen vidas medias de alrededor de 10 s. Los isótopos más pesados ​​son los más estables, con Bh y Bh con vidas medias medidas de alrededor de 61 s y 40 s respectivamente, y el isótopo aún más pesado no confirmado Bh parece tener una vida media aún más larga de alrededor de 690 s.

Los isótopos más ricos en protones con masas 260, 261 y 262 fueron producidos directamente por fusión fría, aquellos con masa 262 y 264 se reportaron en las cadenas de desintegración de meitnerio y roentgenio, mientras que los isótopos ricos en neutrones con masas 265, 266, Se crearon 267 en irradiaciones de objetivos de actínidos. Los cinco más ricos en neutrones con masas 270, 271, 272, 274 y 278 (sin confirmar) aparecen en las cadenas de desintegración de Nh, Mc, Mc, Ts y Fl respectivamente. Estos once isótopos tienen vidas medias que van desde alrededor de diez milisegundos para Bh hasta alrededor de un minuto para Bh y Bh, extendiéndose hasta alrededor de doce minutos para el Bh no confirmado, uno de los nucleidos superpesados ​​conocidos de vida más larga.

Propiedades predichas

Se han medido muy pocas propiedades del bohrio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa y al hecho de que el bohrio (y sus padres) se descompone muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades singulares relacionadas con la química, pero las propiedades del metal bohrium siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Químico

Bohrium es el quinto miembro de la serie 6d de metales de transición y el miembro más pesado del grupo 7 en la tabla periódica, por debajo del manganeso, el tecnecio y el renio. Todos los miembros del grupo representan fácilmente su estado de oxidación grupal de +7 y el estado se vuelve más estable a medida que el grupo desciende. Por lo tanto, se espera que el bohrio forme un estado +7 estable. El tecnecio también muestra un estado estable +4 mientras que el renio muestra estados estables +4 y +3. Por lo tanto, Bohrium también puede mostrar estos estados inferiores. El estado de oxidación +7 más alto es más probable que exista en oxianiones, como perborato, BhO₄, análogo al permanganato, pertecnetato y perrenato más ligeros. Sin embargo, es probable que el bohrium (VII) sea inestable en solución acuosa y probablemente se reduciría fácilmente al bohrium (IV) más estable.

Se sabe que el tecnecio y el renio forman heptóxidos volátiles M ₂ O ₇ (M = Tc, Re), por lo que el bohrio también debería formar el óxido volátil Bh ₂ O ₇. El óxido debe disolverse en agua para formar ácido perbórico, HBhO ₄. El renio y el tecnecio forman una gama de oxihaluros a partir de la halogenación del óxido. La cloración del óxido forma los oxicloruros MO ₃ Cl, por lo que en esta reacción se debería formar BhO _{3 Cl.} La fluoración da como resultado MO ₃ F y MO ₂ F ₃ para los elementos más pesados ​​además de los compuestos de renio ReOF ₅ y ReF ₇. Por lo tanto, la formación de oxifluoruro para el bohrio puede ayudar a indicar las propiedades del eka-renio. Dado que los oxicloruros son asimétricos y deberían tener momentos dipolares cada vez más grandes al descender por el grupo, deberían volverse menos volátiles en el orden TcO ₃ Cl > ReO ₃ Cl > BhO ₃ Cl: esto se confirmó experimentalmente en 2000 midiendo las entalpías de adsorción de estos tres compuestos. Los valores de TcO ₃ Cl y ReO ₃ Cl son −51 kJ/mol y −61 kJ/mol respectivamente; el valor experimental de BhO ₃ Cl es −77,8 kJ/mol, muy cercano al valor teórico esperado de −78,5 kJ/mol.

Físico y atómico

Se espera que el bohrio sea un sólido en condiciones normales y asuma una estructura cristalina compacta hexagonal (/ _a = 1,62), similar a su congénere más ligero, el renio. Las primeras predicciones de Fricke estimaron su densidad en 37,1 g/cm, pero los cálculos más recientes predicen un valor algo más bajo de 26 a 27 g/cm.

Se espera que el radio atómico del bohrio sea de alrededor de 128 pm. Debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización del orbital 6d, se prevé que el ion Bh tenga una configuración electrónica de [Rn] 5f 6d 7s, cediendo un electrón 6d en lugar de un electrón 7s, que es lo opuesto a el comportamiento de sus homólogos más ligeros manganeso y tecnecio. El renio, por otro lado, sigue a su congénere más pesado, el bohrio, al ceder un electrón 5d antes que un electrón 6s, ya que los efectos relativistas se han vuelto significativos en el sexto período, donde provocan, entre otras cosas, el color amarillo del oro y el bajo punto de fusión. de mercurio Se espera que el ion Bh tenga una configuración electrónica de [Rn] 5f 6d 7s; por el contrario, se espera que el ion Re tenga una configuración [Xe] 4f 5d, esta vez análoga al manganeso y al tecnecio. Se espera que el radio iónico del bohrio heptavalente hexacoordinado sea de 58 pm (manganeso heptavalente, tecnecio y renio con valores de 46, 57 y 53 pm respectivamente). El bohrio pentavalente debería tener un radio iónico mayor de 83 pm.

Química experimental

En 1995, el primer informe sobre el intento de aislamiento del elemento no tuvo éxito, lo que provocó nuevos estudios teóricos para investigar la mejor manera de investigar el bohrio (usando sus homólogos más ligeros, el tecnecio y el renio, para comparar) y eliminar los elementos contaminantes no deseados, como los actínidos trivalentes, el grupo 5 elementos y polonio.

En 2000, se confirmó que, aunque los efectos relativistas son importantes, el bohrio se comporta como un elemento típico del grupo 7. Un equipo del Instituto Paul Scherrer (PSI) realizó una reacción química utilizando seis átomos de Bh producidos en la reacción entre los iones Bk y Ne. Los átomos resultantes se termalizaron y reaccionaron con una mezcla de HCl/O2 _para formar un oxicloruro volátil. La reacción también produjo isótopos de sus homólogos más ligeros, tecnecio (como Tc) y renio (como Re). Se midieron las curvas de adsorción isotérmica y dieron fuerte evidencia de la formación de un oxicloruro volátil con propiedades similares a las del oxicloruro de renio. Esto colocó al bohrio como un miembro típico del grupo 7.Las entalpías de adsorción de los oxicloruros de tecnecio, renio y bohrio se midieron en este experimento, coincidiendo muy bien con las predicciones teóricas e implicando una secuencia de volatilidad de oxicloruro decreciente hacia el grupo 7 de TcO ₃ Cl > ReO ₃ Cl > BhO ₃ Cl.2 Bh + 3 O₂+ 2 HCl → 2 Bh O₃Cl + H₂

Los isótopos pesados ​​de vida más larga del bohrio, producidos como hijos de elementos más pesados, ofrecen ventajas para futuros experimentos radioquímicos. Aunque el isótopo pesado Bh requiere un objetivo de berkelio raro y altamente radiactivo para su producción, los isótopos Bh, Bh y Bh se pueden producir fácilmente como hijas de los isótopos de moscovio y nihonio que se producen más fácilmente.