Meitnerio

El meitnerio es un elemento químico sintético con el símbolo Mt y el número atómico 109. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo (un elemento que no se encuentra en la naturaleza, pero se puede crear en un laboratorio). El isótopo conocido más estable, el meitnerio-278, tiene una vida media de 4,5 segundos, aunque el meitnerio-282 no confirmado puede tener una vida media más larga de 67 segundos. El Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​cerca de Darmstadt, Alemania, creó este elemento por primera vez en 1982. Lleva el nombre de Lise Meitner.

En la tabla periódica, el meitnerio es un elemento transactínido del bloque d. Es un miembro del 7mo período y se coloca en el grupo 9 de elementos, aunque todavía no se han llevado a cabo experimentos químicos para confirmar que se comporta como el homólogo más pesado del iridio en el grupo 9 como el séptimo miembro de la serie 6d de transición. rieles. Se calcula que el meitnerio tiene propiedades similares a sus homólogos más ligeros, cobalto, rodio e iridio.

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

El meitnerio fue sintetizado por primera vez el 29 de agosto de 1982 por un equipo de investigación alemán dirigido por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en el Instituto de Investigación de Iones Pesados ​​(Gesellschaft für Schwerionenforschung) en Darmstadt. El equipo bombardeó un objetivo de bismuto-209 con núcleos acelerados de hierro-58 y detectó un solo átomo del isótopo meitnerio-266:₈₃Bi+₂₆Fe→₁₀₉Monte+norte

Este trabajo fue confirmado tres años más tarde en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética).

Denominación

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos, el meitnerio debería conocerse como eka-iridio. En 1979, durante las Guerras Transfermium (pero antes de la síntesis del meitnerio), la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría unnilenium (con el símbolo correspondiente de Une), un nombre de elemento sistemático como marcador de posición, hasta que el elemento fuera descubierto (y luego confirmado el descubrimiento) y se decidió un nombre permanente. 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 109", con el símbolo E109.(109) o incluso simplemente 109, o utilizó el nombre propuesto "meitnerio".

La denominación de meitnerio se discutió en la controversia de denominación de elementos con respecto a los nombres de los elementos 104 a 109, pero meitnerio fue la única propuesta y, por lo tanto, nunca se discutió. El nombre meitnerio (Mt) fue sugerido por el equipo de GSI en septiembre de 1992 en honor a la física austriaca Lise Meitner, co-descubridora del protactinio (con Otto Hahn) y una de las descubridoras de la fisión nuclear. En 1994, la IUPAC recomendó el nombre y se adoptó oficialmente en 1997. Por lo tanto, es el único elemento que lleva el nombre específico de una mujer no mitológica (curio recibe el nombre de Pierre y Marie Curie).

Isótopos

El meitnerio 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 ocho isótopos diferentes de meitnerio con masas atómicas 266, 268, 270 y 274-278, dos de los cuales, meitnerio-268 y meitnerio-270, tienen estados metaestables conocidos pero no confirmados. Un noveno isótopo con masa atómica 282 no está confirmado. La mayoría de estos se desintegran predominantemente a través de la desintegración alfa, aunque algunos sufren fisión espontánea.

Estabilidad y vidas medias.

Todos los isótopos de meitnerio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados ​​son más estables que los más ligeros. El isótopo de meitnerio conocido más estable, Mt, es también el más pesado conocido; tiene una vida media de 4,5 segundos. El Mt no confirmado es aún más pesado y parece tener una vida media más larga de 67 segundos. Los isótopos Mt y Mt tienen vidas medias de 0,45 y 0,44 segundos respectivamente. Los cinco isótopos restantes tienen vidas medias entre 1 y 20 milisegundos.

Se observó que el isótopo Mt, creado como producto final de la descomposición de Ts por primera vez en 2012, experimentaba una fisión espontánea con una vida media de 5 milisegundos. El análisis de datos preliminares consideró la posibilidad de que este evento de fisión se originara en Hs, ya que también tiene una vida media de unos pocos milisegundos y podría poblarse después de la captura de electrones no detectados en algún lugar a lo largo de la cadena de descomposición. Más tarde, esta posibilidad se consideró muy poco probable en función de las energías de desintegración observadas de Ds y Rg y la corta vida media de Mt, aunque todavía existe cierta incertidumbre sobre la asignación. Independientemente, la rápida fisión de Mt yHs sugiere fuertemente una región de inestabilidad para núcleos superpesados ​​con N = 168–170. La existencia de esta región, caracterizada por una disminución en la altura de la barrera de fisión entre el cierre de capa deformada en N = 162 y el cierre de capa esférica en N = 184, es consistente con los modelos teóricos.

Isótopo	Media vida	Modo de descomposición	Año de descubrimiento	Reacción de descubrimiento
Valor	Árbitro
Monte	1,2 ms		α, SF	mil novecientos ochenta y dos	Bi(Fe,n)
Monte	27 ms		α	1994	Rg(—,a)
Monte	6,3 ms		α	2004	Nh(—,2α)
Monte	440ms		α	2006	Nh(—,2α)
Monte	20ms		α	2003	Mc(—,3α)
Monte	450ms		α	2003	Mc(—,3α)
Monte	5ms		SF	2012	Ts(—,4α)
Monte	4,5 s		α	2010	Ts(—,4α)
Monte	1,1 minutos		α	1998	Fl(e,ν e 2α)

Propiedades predichas

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

Químico

El meitnerio es el séptimo 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 iridio, lo que implica que las propiedades básicas del meitnerio se parecerán a las de los otros elementos del grupo 9, cobalto, rodio e iridio.

La predicción de las propiedades químicas probables del meitnerio no ha recibido mucha atención recientemente. Se espera que el meitnerio sea un metal noble. Se espera que el potencial de electrodo estándar para el par Mt/Mt sea de 0,8 V. Con base en los estados de oxidación más estables de los elementos más livianos del grupo 9, se prevé que los estados de oxidación más estables del meitnerio sean +6, +3 y Estados +1, siendo el estado +3 el más estable en soluciones acuosas. En comparación, el rodio y el iridio muestran un estado de oxidación máximo de +6, mientras que los estados más estables son +4 y +3 para el iridio y +3 para el rodio. El estado de oxidación +9, representado únicamente por el iridio en [IrO ₄ ], podría ser posible para su congénere meitnerio en el nonafluoruro (MtF ₉) y el [MtO₄ ], aunque se espera que [IrO ₄ ] sea más estable que estos compuestos de meitnerio. También se ha predicho que los tetrahaluros de meitnerio tienen estabilidades similares a las del iridio, lo que también permite un estado +4 estable. 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.

Físico y atómico

Se espera que el meitnerio sea un sólido en condiciones normales y asuma una estructura cristalina cúbica centrada en las caras, de manera similar a su congénere iridio más ligero. Debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 27-28 g/cm, que estaría entre los más altos de cualquiera de los 118 elementos conocidos. También se predice que el meitnerio es paramagnético.

Los teóricos han predicho que el radio covalente del meitnerio es de 6 a 10 pm mayor que el del iridio. Se espera que el radio atómico del meitnerio sea de alrededor de 128 pm.

Química experimental

El meitnerio es el primer elemento de la tabla periódica cuya química aún no ha sido investigada. Aún no se ha establecido una determinación inequívoca de las características químicas del meitnerio debido a la corta vida media de los isótopos de meitnerio y al número limitado de posibles compuestos volátiles que podrían estudiarse a muy pequeña escala. Uno de los pocos compuestos de meitnerio que probablemente sea lo suficientemente volátil es el hexafluoruro de meitnerio (MtF₆), como su homólogo más ligero hexafluoruro de iridio (IrF₆) es volátil por encima de los 60 °C y, por lo tanto, el compuesto análogo de meitnerio también podría ser suficientemente volátil; un octafluoruro volátil (MtF₈) 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 deMt, el isótopo de meitnerio confirmado más estable, es de 4,5 segundos, tiempo suficiente para realizar estudios químicos. Otro obstáculo es la necesidad de aumentar la tasa de producción de isótopos de meitnerio 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 meitnerio y tener sistemas automatizados que experimenten con la fase gaseosa y la química de la solución del meitnerio, ya que se prevé que los rendimientos de los elementos más pesados ​​sean menores que los de los elementos más livianos; algunas de las técnicas de separación utilizadas para el bohrio y el hassio podrían reutilizarse. Sin embargo, la química experimental del meitnerio no ha recibido tanta atención como la de los elementos más pesados, desde el copernicio hasta el livermorio.

El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley intentó sintetizar el isótopo Mt en 2002-2003 para una posible investigación química del meitnerio porque se esperaba que pudiera ser más estable que los isótopos que lo rodean, ya que tiene 162 neutrones, un número mágico para núcleos deformados; se predijo que su vida media sería de unos pocos segundos, tiempo suficiente para una investigación química. Sin embargo, no se detectaron átomos de Mt, y este isótopo de meitnerio se desconoce actualmente.

Un experimento que determine las propiedades químicas de una transactinida necesitaría comparar un compuesto de esa transactinida con compuestos análogos de algunos de sus homólogos más ligeros: por ejemplo, en la caracterización química del hassio, el tetróxido de hassio (HsO ₄) se comparó con el osmio análogo compuesto, tetróxido de osmio (OsO ₄). En un paso preliminar para determinar las propiedades químicas del meitnerio, el GSI intentó la sublimación de los compuestos de rodio óxido de rodio(III) (Rh ₂ O ₃) y cloruro de rodio(III) (RhCl ₃). Sin embargo, cantidades macroscópicas del óxido no se sublimarían hasta los 1000 °C y el cloruro no lo haría hasta los 780 °C, y solo en presencia de partículas de aerosol de carbono: estas temperaturas son demasiado altas para que tales procedimientos se utilicen en meitnerio, ya que la mayoría de los métodos actuales utilizados para la investigación de la química de los elementos superpesados ​​no funcionan por encima de los 500 °C.

Luego de la síntesis exitosa de hexacarbonilo de seaborgio, Sg(CO) ₆, en 2014, se realizaron estudios con los metales de transición estables de los grupos 7 a 9, lo que sugiere que la formación de carbonilo podría extenderse para investigar más las químicas de los primeros metales de transición 6d, desde rutherfordio hasta meitnerio inclusive. Sin embargo, los desafíos de las bajas vidas medias y las difíciles reacciones de producción hacen que el meitnerio sea de difícil acceso para los radioquímicos, aunque los isótopos Mt y Mt tienen una vida lo suficientemente larga para la investigación química y pueden producirse en las cadenas de desintegración de Ts y Mc respectivamente. Es probable que Mt sea más adecuado, ya que producir tennessina requiere un objetivo de berkelio raro y de vida bastante corta. el isótopoMt, observado en la cadena de descomposición de Nh con una vida media de 0,69 segundos, también puede tener una vida suficientemente larga para las investigaciones químicas, aunque se requeriría una ruta de síntesis directa que conduzca a este isótopo y mediciones más precisas de sus propiedades de descomposición.