Elemento transuránico

Los elementos transuránicos (también conocidos como elementos transuránicos) son los elementos químicos con números atómicos superiores a 92, que es el número atómico del uranio. Todos estos elementos son inestables y se descomponen radiactivamente en otros elementos. Con la excepción del neptunio y el plutonio (que se han encontrado en cantidades mínimas en la naturaleza), no todos ocurren naturalmente en la Tierra y son sintéticos.

Resumen

Tabla periódica con elementos coloreados según la media vida de su isótopo más estable.

Elementos que contienen al menos un isótopo estable.

Elementos ligeramente radiactivos: el isótopo más estable es muy largo, con una vida media de más de dos millones de años.

Significativamente elementos radiactivos: el isótopo más estable tiene media vida entre 800 y 34.000 años.

Elementos radiactivos: el isótopo más estable tiene vida media entre un día y 130 años.

Elementos altamente radiactivos: el isótopo más estable tiene media vida entre varios minutos y un día.

Elementos extremadamente radiactivos: el isótopo más estable tiene media vida menos de varios minutos.

De los elementos con números atómicos del 1 al 92, la mayoría se pueden encontrar en la naturaleza, con isótopos estables (como el hidrógeno) o radioisótopos de vida muy larga (como el uranio), o existiendo como productos de descomposición comunes de la descomposición de uranio y torio (como el radón). Las excepciones son los elementos 43, 61, 85 y 87; los cuatro ocurren en la naturaleza, pero solo en ramas muy pequeñas de las cadenas de desintegración del uranio y el torio y, por lo tanto, todos, excepto el elemento 87, se descubrieron primero por síntesis en el laboratorio en lugar de en la naturaleza (e incluso el elemento 87 se descubrió a partir de muestras purificadas de su padre, no directamente de la naturaleza).

Todos los elementos con números atómicos más altos se descubrieron primero en el laboratorio, y el neptunio y el plutonio también se descubrieron más tarde en la naturaleza. Todos son radiactivos, con una vida media mucho más corta que la edad de la Tierra, por lo que los átomos primordiales de estos elementos, si alguna vez estuvieron presentes en la formación de la Tierra, se descompusieron hace mucho tiempo. Se forman trazas de neptunio y plutonio en algunas rocas ricas en uranio, y se producen pequeñas cantidades durante las pruebas atmosféricas de armas nucleares. Estos dos elementos se generan a partir de la captura de neutrones en el mineral de uranio con desintegraciones beta posteriores (por ejemplo, 238U + n → 239U → 239Np → 239Pu).

Todos los elementos más pesados que el plutonio son completamente sintéticos; se crean en reactores nucleares o aceleradores de partículas. Las vidas medias de estos elementos muestran una tendencia general de disminución a medida que aumenta el número atómico. Sin embargo, hay excepciones, incluidos varios isótopos de curio y dubnio. Se cree que algunos elementos más pesados de esta serie, alrededor de los números atómicos 110-114, rompen la tendencia y demuestran una mayor estabilidad nuclear, que comprende la isla teórica de estabilidad.

Los elementos transuránicos pesados son difíciles y costosos de producir, y sus precios aumentan rápidamente con el número atómico. A partir de 2008, el costo del plutonio apto para armas fue de alrededor de $ 4,000/gramo, y el californio superó los $ 60,000,000/gramo. El einstenio es el elemento más pesado que se ha producido en cantidades macroscópicas.

Los elementos transuránicos que no se han descubierto, o se han descubierto pero aún no tienen un nombre oficial, utilizan los nombres de elementos sistemáticos de la IUPAC. La denominación de los elementos transuránicos puede ser motivo de controversia.

Descubrimiento y denominación de elementos transuránicos

Hasta ahora, prácticamente todos los elementos transuránicos se han descubierto en cuatro laboratorios: el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en los Estados Unidos (elementos 93–101, 106 y crédito conjunto para 103–105), el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Rusia (elementos 102 y 114–118, y crédito conjunto para 103–105), el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados en Alemania (elementos 107–112) y RIKEN en Japón (elemento 113).

• The Radiation Laboratory (now Lawrence Berkeley National Laboratory) at the University of California, Berkeley, led principally by Edwin McMillan, Glenn Seaborg, and Albert Ghiorso, during 1945-1974:
  • 93. neptunium, Np, llamado después del planeta Neptune, como sigue uranio y Neptuno sigue Urano en la secuencia planetaria (1940).
  • 94. plutonio, Pu, nombrado después de la Plutón de entonces planeta, siguiendo la misma regla de nombrar que sigue neptunium y Plutón sigue Neptune en el Sistema Solar (1940).
  • 95. americium, Am, llamado porque es un análogo al europio, y así fue nombrado después del continente donde fue producido por primera vez (1944).
  • 96. curium, Cm, nombrado por Pierre y Marie Curie, famosos científicos que separaron los primeros elementos radiactivos (1944), como su gadolinio analógico más ligero fue nombrado por Johan Gadolin.
  • 97. berkelium, Bk, nombrado por la ciudad de Berkeley, donde se encuentra la Universidad de California, Berkeley (1949).
  • 98. californio, Cf, nombrado por el estado de California, donde se encuentra la universidad (1950).
  • 99. einsteinium, Es, nombrado por el físico teórico Albert Einstein (1952).
  • 100. fermium, Fm, nombrado por Enrico Fermi, el físico que produjo la primera reacción de cadena controlada (1952).
  • 101. mendelevium, Md, nombrado por el químico ruso Dmitri Mendeleev, acreditó ser el principal creador de la tabla periódica de los elementos químicos (1955).
  • 102. Nobelium, No, llamado por Alfred Nobel (1958). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR, que lo nombró joliotium (Jl) después de Frédéric Joliot-Curie. IUPAC concluyó que el JINR había sido el primero en sintetizar convincentemente el elemento, pero retuvo el nombre nobelium tan profundamente arraigado en la literatura.
  • 103. lawrencium, Lr, nombrado por Ernest O. Lawrence, físico más conocido por el desarrollo del ciclotrón, y la persona para la que se nombre el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (que acogió la creación de estos elementos transuranios) (1961). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR, que propuso el nombre rutherfordium Después de Ernest Rutherford. IUPAC concluyó que el crédito debe ser compartido, conservando el nombre lawrencium como arraigado en la literatura.
  • 104. rutherfordium, Rf, nombrado por Ernest Rutherford, responsable del concepto del núcleo atómico (1968). Este descubrimiento también fue reclamado por el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna, Rusia (entonces la Unión Soviética), dirigido principalmente por Georgy Flyorov: nombraron el elemento kurchatovium (Ku), después de Igor Kurchatov. IUPAC concluyó que el crédito debe ser compartido.
  • 105. dubnium, Db, un elemento que se llama después de la ciudad de Dubna, donde se encuentra el JINR. Originalmente llamado "hahnium" (Ha) en honor de Otto Hahn por el grupo Berkeley (1970) pero renombrado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1997). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR, que lo nombró nielsbohrium (Ns) después de Niels Bohr. IUPAC concluyó que el crédito debe ser compartido.
  • 106. seaborgium, Sg, named after Glenn T. Seaborg. Este nombre causó controversia porque Seaborg seguía vivo, pero finalmente fue aceptado por químicos internacionales (1974). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR. IUPAC concluyó que el equipo de Berkeley había sido el primero en sintetizar convincentemente el elemento.
• The Gesellschaft für Schwerionenforschung (Society for Heavy Ion Research) in Darmstadt, Hessen, Germany, led principalmente by Gottfried Münzenberg, Peter Armbruster, and Sigurd Hofmann, during 1980-2000:
  • 107. bohrium, Bh, nombrado por el físico danés Niels Bohr, importante en la elucidación de la estructura del átomo (1981). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR. IUPAC concluyó que el GSI había sido el primero en sintetizar convincentemente el elemento. El equipo GSI había propuesto originalmente nielsbohrium (Ns) para resolver la disputa de nombrar al elemento 105, pero esto fue cambiado por IUPAC ya que no había precedente para usar el nombre de un científico en un nombre de elemento.
  • 108. Hassium, Hs, llamado por la forma latina del nombre de Hessen, el alemán Bundesland donde se realizó este trabajo (1984). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR. IUPAC concluyó que el GSI había sido el primero en sintetizar convincentemente el elemento, reconociendo al mismo tiempo el trabajo pionero en el JINR.
  • 109. meitnerium, Mt, llamado por Lise Meitner, un físico austriaco que fue uno de los primeros científicos en estudiar la fisión nuclear (1982).
  • 110. darmstadtium, Ds, llamado por Darmstadt, Alemania, la ciudad en la que se realizó este trabajo (1994). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR, que propuso el nombre becquerelium después de Henri Becquerel, y por el LBNL, que propuso el nombre Hahnium resolver la controversia sobre el elemento 105 (a pesar de haber protestado por la reutilización de nombres establecidos para diferentes elementos). IUPAC concluyó que el GSI había sido el primero en sintetizar convincentemente el elemento.
  • 111. roentgenium, Rg, named after Wilhelm Conrad Röntgen, Discoverer of X-rays (1994).
  • 112. Copernicium, Cn, nombrado por el astrónomo Nicolaus Copernicus (1996).
• Rikagaku Kenkyūsho (RIKEN) en Wakō, Saitama, Japón, dirigido principalmente por Kōsuke Morita:
  • 113. Nihonium, Nh, nombrado por Japón (Nihon en japonés) donde se descubrió el elemento (2004). Este descubrimiento también fue reclamado por el JINR. IUPAC concluyó que RIKEN había sido el primero en sintetizar convincentemente el elemento.
• The Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Russia, led principally by Yuri Oganessian, in collaboration with several other laboratories including the Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), since 2000:
  • 114. flerovium, Fl, nombrado por el físico soviético Georgy Flyorov, fundador del JINR (1999).
  • 115. moscovium, Mc, nombrado después del Oblast de Moscú, Rusia, donde se descubrió el elemento (2004).
  • 116. livermorium, Lv, nombrado por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, colaborador de JINR en el descubrimiento (2000).
  • 117. Tennessine, Ts, nombrado después de la región de Tennessee, donde se fabricó el objetivo de berkelium necesario para la síntesis del elemento (2010).
  • 118. Oganesson, Og, nombrado por Yuri Oganessian, que dirigió al equipo JINR en su descubrimiento de los elementos 114 a 118 (2002).

Elementos superpesados

Posición de los elementos transactinoides en la tabla periódica.

Elementos superpesados, (también conocidos como átomos superpesados, comúnmente abreviados SHE) generalmente se refieren a los elementos transactínidos que comienzan con rutherfordio (número atómico 104). Solo se han hecho artificialmente, y actualmente no tienen ningún propósito práctico porque sus vidas medias cortas hacen que se descompongan después de un tiempo muy corto, que va desde unos pocos minutos hasta unos pocos milisegundos (excepto el dubnio, que tiene una vida media de más de un día), lo que también los hace extremadamente difíciles de estudiar.

Todos los átomos superpesados se han creado desde la segunda mitad del siglo XX y se siguen creando continuamente durante el siglo XXI a medida que avanza la tecnología. Se crean mediante el bombardeo de elementos en un acelerador de partículas. Por ejemplo, la fusión nuclear de californio-249 y carbono-12 crea rutherfordio-261. Estos elementos se crean en cantidades a escala atómica y no se ha encontrado ningún método de creación en masa.

Aplicaciones

Los elementos transuránicos se pueden utilizar para sintetizar otros elementos superpesados. Los elementos de la isla de estabilidad tienen aplicaciones militares potencialmente importantes, incluido el desarrollo de armas nucleares compactas. Las posibles aplicaciones cotidianas son amplias; el elemento americio se utiliza en dispositivos como detectores de humo y espectrómetros.