Darmstatio

El darmstadtio o darmstatio es un elemento químico de símbolo Ds y número atómico 110. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo. El isótopo conocido más estable, el darmstadtio-281, tiene una vida media de aproximadamente 12,7 segundos. Darmstadtium fue creado por primera vez en 1994 por el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​en la ciudad de Darmstadt, Alemania, por lo que recibió su nombre.

En la tabla periódica, es un elemento transactínido del bloque d. Es un miembro del 7º período y se coloca en el grupo 10 de elementos, aunque todavía no se han realizado experimentos químicos para confirmar que se comporta como el homólogo más pesado del platino en el grupo 10 como el octavo miembro de la serie 6d de transición. rieles. Se calcula que el darmstadtio tiene propiedades similares a las de sus homólogos más ligeros, el níquel, el paladio y el platino.

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

Darmstadtium se creó por primera vez el 9 de noviembre de 1994 en el Instituto de Investigación de Iones Pesados ​​(Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) en Darmstadt, Alemania, por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg, bajo la dirección de Sigurd Hofmann. El equipo bombardeó un objetivo de plomo-208 con núcleos acelerados de níquel-62 en un acelerador de iones pesados ​​y detectó un solo átomo del isótopo darmstadtio-269:

₈₂Pb +₂₈Ni →₁₁₀+ _₀norte

Dos átomos más siguieron el 12 y el 17 de noviembre. (Originalmente se informó que se había encontrado otro el 11 de noviembre, pero resultó estar basado en datos fabricados por Victor Ninov, y luego se retractó).

En la misma serie de experimentos, el mismo equipo también llevó a cabo la reacción utilizando iones de níquel-64 más pesados. Durante dos corridas, 9 átomos deLos Ds se detectaron de manera convincente mediante la correlación con las propiedades conocidas de descomposición de la hija:

₈₂Pb +₂₈Ni →₁₁₀+ _₀norte

Antes de esto, hubo intentos fallidos de síntesis en 1986–87 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética) y en 1990 en el GSI. Un intento de 1995 en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley resultó en señales que sugerían, pero no apuntaban de manera concluyente, al descubrimiento de un nuevo isótopo.Ds formado en el bombardeo deBi conCo, y un intento igualmente inconcluso de 1994 en el JINR mostró signos deDs siendo producido a partir dePu ys _ Cada equipo propuso su propio nombre para el elemento 110: el equipo estadounidense propuso hahnium en honor a Otto Hahn en un intento de resolver la situación del elemento 105 (para el que habían estado sugiriendo este nombre durante mucho tiempo), el equipo ruso propuso becquerelium en honor a Henri Becquerel y el equipo alemán propuso darmstadtium después de Darmstadt, la ubicación de su instituto. El Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de IUPAC/IUPAP reconoció al equipo de GSI como descubridores en su informe de 2001, otorgándoles el derecho de sugerir un nombre para el elemento.

Denominación

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos, el darmstadtio debería conocerse como eka-platino. En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría ununnilium (con el símbolo correspondiente de Uun), un nombre de elemento sistemático como marcador de posición, hasta que se descubriera el elemento (y luego se confirmara el descubrimiento) y se le diera un nombre permanente. decidido sobre. 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 entre los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 110", con el símbolo de E110, (110) o incluso simplemente 110.

En 1996, el equipo ruso propuso el nombre becquerelium en honor a Henri Becquerel. El equipo estadounidense en 1997 propuso el nombre de hahnio en honor a Otto Hahn (anteriormente, este nombre se había utilizado para el elemento 105).

El nombre darmstadtium (Ds) fue sugerido por el equipo de GSI en honor a la ciudad de Darmstadt, donde se descubrió el elemento. El equipo de GSI originalmente también consideró nombrar el elemento wixhausium, en honor al suburbio de Darmstadt conocido como Wixhausen, donde se descubrió el elemento, pero finalmente se decidió por darmstadtium. Policium también se había propuesto en broma debido a que el teléfono de emergencia en Alemania es el 1-1-0. El nuevo nombre darmstadtium fue recomendado oficialmente por la IUPAC el 16 de agosto de 2003.

Isótopos

Isótopo	Media vida	Modo de descomposición	Año de descubrimiento	Reacción de descubrimiento
Valor	Árbitro
Ds	10 µs		α	1994	Bi(Co,n)
Ds	230 µs		α	1994	Pb(Ni,n)
Ds	205 µs		α	2000	Pb(Ni,n)
Ds	10 ms		α	2000	Pb(Ni,n)
Ds	90ms		α	1994	Pb(Ni,n)
Ds	1,7 ms		α	1994	Pb(Ni,n)
Ds	240 µs		α	1996	PU(S,5n)
Ds	3,5 ms		α	2010	Fl(—,2α)
Ds	210ms		SF, α	2003	Fl(—,2α)
Ds	360 µs		SF	2021	Fl(—,2α)
Ds	12,7 s		SF, α	2004	Fl(—,2α)
Ds	900ms		α	2012	Nv(—,3α)

Darmstadtium 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 nueve isótopos diferentes de darmstadtio con masas atómicas 267, 269–271, 273, 277 y 279–281, aunque el darmstadtio-267 no está confirmado. Tres isótopos de darmstadtium, darmstadtium-270, darmstadtium-271 y darmstadtium-281, tienen estados metaestables conocidos, aunque el de darmstadtium-281 no está confirmado. La mayoría de estos se desintegran predominantemente a través de la desintegración alfa, pero algunos sufren fisión espontánea.

Estabilidad y vidas medias.

Todos los isótopos de darmstadtio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados ​​son más estables que los más ligeros. El isótopo de darmstadtio conocido más estable, Ds, es también el isótopo de darmstadtio más pesado conocido; tiene una vida media de 12,7 segundos. El isótopo Ds tiene una vida media de 0,18 segundos, mientras que el Ds no confirmado tiene una vida media de 0,9 segundos. Los siete isótopos restantes y dos estados metaestables tienen vidas medias entre 1 microsegundo y 70 milisegundos. Sin embargo, algunos isótopos de darmstadtio desconocidos pueden tener vidas medias más largas.

El cálculo teórico en un modelo de tunelización cuántica reproduce los datos experimentales de vida media de desintegración alfa para los isótopos de darmstadtio conocidos. También predice que el isótopo Ds no descubierto, que tiene un número mágico de neutrones (184), tendría una vida media de desintegración alfa del orden de 311 años; Sin embargo, exactamente el mismo enfoque predice una vida media alfa de ~ 350 años para el isótopo Ds no mágico.

Propiedades predichas

Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades del darmstadtio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa y al hecho de que el darmstadtio (y sus padres) se descompone muy rápidamente. Las propiedades del metal darmstadtio siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Químico

El darmstadtio es el octavo miembro de la serie 6d de metales de transición y debería parecerse mucho a los metales del grupo del platino. Los cálculos sobre sus potenciales de ionización y radios atómicos e iónicos son similares a los de su homólogo más ligero, el platino, lo que implica que las propiedades básicas del darmstadtio se parecerán a las de los otros elementos del grupo 10, níquel, paladio y platino.

La predicción de las propiedades químicas probables del darmstadtio no ha recibido mucha atención recientemente. Darmstadtium debe ser un metal muy noble. El potencial de reducción estándar previsto para el par Ds/Ds es de 1,7 V.Según los estados de oxidación más estables de los elementos más ligeros del grupo 10, se prevé que los estados de oxidación más estables del darmstadtio sean los estados +6, +4 y +2; sin embargo, se prevé que el estado neutro sea el más estable en soluciones acuosas. En comparación, se sabe que solo el paladio y el platino muestran el estado de oxidación máximo del grupo, +6, mientras que los estados más estables son +4 y +2 tanto para el níquel como para el paladio. Se espera además que los estados de oxidación máximos de los elementos desde el bohrio (elemento 107) hasta el darmstadtio (elemento 110) puedan ser estables en la fase gaseosa pero no en solución acuosa. Se prevé que el hexafluoruro de darmstadtio (DsF ₆) tenga propiedades muy similares a las de su homólogo más ligero, el hexafluoruro de platino (PtF ₆), que tienen estructuras electrónicas y potenciales de ionización muy similares. También se espera que tenga la misma geometría molecular octaédrica que el _PtF6. Otros compuestos de darmstadtio previstos son el carburo de darmstadtio (DsC) y el tetracloruro de darmstadtio (DsCl ₄), de los cuales se espera que se comporten como sus homólogos más ligeros. A diferencia del platino, que preferentemente forma un complejo de cianuro en su estado de oxidación +2, Pt(CN) ₂, se espera que el darmstadtio permanezca preferentemente en su estado neutro y forme Ds(CN)₂en cambio, forma un fuerte enlace Ds-C con algún carácter de enlace múltiple.

Físico y atómico

Se espera que el darmstadtio sea sólido en condiciones normales y cristalice en la estructura cúbica centrada en el cuerpo, a diferencia de sus congéneres más ligeros que cristalizan en la estructura cúbica centrada en las caras, porque se espera que tenga densidades de carga de electrones diferentes a las de ellos. Debe ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 26-27 g/cm. En comparación, el elemento más denso conocido del que se ha medido su densidad, el osmio, tiene una densidad de solo 22,61 g/cm.

Se calcula que la configuración electrónica externa del darmstadtio es 6d 7s, lo que obedece al principio de Aufbau y no sigue la configuración electrónica externa del platino de 5d 6s. Esto se debe a la estabilización relativista del par de electrones 7s durante todo el séptimo período, por lo que se espera que ninguno de los elementos del 104 al 112 tenga configuraciones electrónicas que violen el principio de Aufbau. Se espera que el radio atómico del darmstadtio sea de alrededor de 132 pm.

Química experimental

Aún no se ha establecido una determinación inequívoca de las características químicas del darmstadtio debido a la corta vida media de los isótopos de darmstadtio y al número limitado de posibles compuestos volátiles que podrían estudiarse a muy pequeña escala. Uno de los pocos compuestos de darmstadtio que probablemente sea lo suficientemente volátil es el hexafluoruro de darmstadtio (DsF₆), como su homólogo más ligero hexafluoruro de platino (PtF₆) es volátil por encima de los 60 °C y, por lo tanto, el compuesto análogo de darmstadtio también podría ser suficientemente volátil; un octafluoruro volátil (DsF₈) también podría ser posible. Para realizar 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. Aunque la vida media deDs, el isótopo de darmstadtio confirmado más estable, es de 12,7 segundos, tiempo suficiente para realizar estudios químicos. Otro obstáculo es la necesidad de aumentar la tasa de producción de isótopos de darmstadtio y permitir que los experimentos continúen durante semanas o meses para que se puedan obtener resultados estadísticamente significativos. Ser obtenido. La separación y la detección deben llevarse a cabo de forma continua para separar los isótopos de darmstadtio y tener sistemas automatizados que experimenten con la fase gaseosa y la química de la solución de darmstadtio, 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 bohrio y el hassio podrían reutilizarse. Sin embargo, la química experimental del darmstadtio no ha recibido tanta atención como la de los elementos más pesados, desde el copernicio hasta el livermorio.

Los isótopos de darmstadtio más ricos en neutrones son los más estables y, por lo tanto, más prometedores para los estudios químicos. Sin embargo, solo se pueden producir indirectamente a partir de la desintegración alfa de elementos más pesados, y los métodos de síntesis indirecta no son tan favorables para los estudios químicos como los métodos de síntesis directa. Los isótopos Ds y Ds más ricos en neutrones podrían producirse directamente en la reacción entre el torio-232 y el calcio-48, pero se espera que el rendimiento sea bajo. Además, esta reacción ya se ha probado sin éxito, y los experimentos más recientes que han sintetizado con éxito Ds usando métodos indirectos muestran que tiene una vida media corta de 3,5 ms, no lo suficiente para realizar estudios químicos.El único isótopo de darmstadtio conocido con una vida media lo suficientemente larga para la investigación química es Ds, que tendría que producirse como la nieta de Fl.