Roentgenio

El roentgenio es un elemento químico con el símbolo Rg y el número atómico 111. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo que se puede crear en un laboratorio pero no se encuentra en la naturaleza. El isótopo conocido más estable, el roentgenio-282, tiene una vida media de 100 segundos, aunque el roentgenio-286 no confirmado puede tener una vida media más larga de unos 10,7 minutos. Roentgenium fue creado por primera vez en 1994 por el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​cerca de Darmstadt, Alemania. Lleva el nombre del físico Wilhelm Röntgen (también escrito Roentgen), quien descubrió los rayos X. Solo se han sintetizado unos pocos átomos de roentgenio y no tienen ninguna aplicación práctica actual más allá del estudio científico.

En la tabla periódica, es un elemento transactínido del bloque d. Es un miembro del 7mo período y se coloca en el grupo 11 elementos, aunque no se han llevado a cabo experimentos químicos para confirmar que se comporta como el homólogo más pesado del oro en el grupo 11 como el noveno miembro de la serie 6d de metales de transición.. Se calcula que el roentgenio tiene propiedades similares a las de sus homólogos más ligeros, el cobre, la plata y el oro, aunque puede mostrar algunas diferencias con respecto a ellos. Se cree que el roentgenio es un sólido a temperatura ambiente y tiene una apariencia metálica en su estado normal.

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 oficial

Roentgenium fue sintetizado por primera vez por un equipo internacional dirigido por Sigurd Hofmann en la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Darmstadt, Alemania, el 8 de diciembre de 1994. El equipo bombardeó un objetivo de bismuto-209 con núcleos acelerados de níquel-64 y detectó tres núcleos del isótopo roentgenium-272:₈₃Bi+₂₈En→₁₁₁Rg+₀norte

Esta reacción se había llevado a cabo previamente en el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética) en 1986, pero no se habían observado átomos de Rg. En 2001, el Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de IUPAC/IUPAP concluyó que no había pruebas suficientes para el descubrimiento en ese momento. El equipo de GSI repitió su experimento en 2002 y detectó tres átomos más. En su informe de 2003, el JWP decidió que el equipo de GSI debería ser reconocido por el descubrimiento de este elemento.

Nosotros

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos, el roentgenio debería conocerse como eka-oro. En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría unununium (con el símbolo correspondiente de Uuu), 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 111, con el símbolo de E111, (111) o incluso simplemente 111.

El nombre roentgenio (Rg) fue sugerido por el equipo de GSI en 2004, en honor al físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen, el descubridor de los rayos X. Este nombre fue aceptado por la IUPAC el 1 de noviembre de 2004.

Isótopos

Isótopo	Media vida	Modo de descomposición	Año de descubrimiento	Reacción de descubrimiento
Valor	Árbitro
Rg	4,5 ms		a	1994	Bi(Ni,n)
Rg	29 ms		a	2004	Nh(—,a)
Rg	4,2 ms		a	2006	Nh(—,a)
Rg	90ms		una, SF	2003	Mc(—,2α)
Rg	4,6 s		una, CE	2003	Mc(—,2α)
Rg	17 segundos		SF, un	2010	Ts(—,3α)
Rg	1,7 minutos		a	2010	Ts(—,3α)
Rg	5,1 minutos		SF	1999	Cn(e,ν e)
Rg	10,7 minutos		a	1998	Fl(e,ν e a)

El roentgenio no tiene isótopos estables o naturales. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea por fusión de los núcleos de elementos más ligeros o como productos intermedios de desintegración de elementos más pesados. Se han informado nueve isótopos diferentes de roentgenio con masas atómicas 272, 274, 278–283 y 286 (283 y 286 sin confirmar), dos de los cuales, roentgenio-272 y roentgenio-274, tienen estados metaestables conocidos pero no confirmados. Todos estos se desintegran a través de la desintegración alfa o la fisión espontánea, aunque Rg también puede tener una rama de captura de electrones.

Estabilidad y vidas medias.

Todos los isótopos de roentgenio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados ​​son más estables que los más ligeros. El isótopo de roentgenio conocido más estable, Rg, es también el isótopo de roentgenio más pesado conocido; tiene una vida media de 100 segundos. El Rg no confirmado es aún más pesado y parece tener una vida media aún más larga de aproximadamente 10,7 minutos, lo que lo convertiría en uno de los nucleidos superpesados ​​de vida más larga que se conocen; asimismo, el Rg no confirmado parece tener una vida media prolongada de aproximadamente 5,1 minutos. También se ha informado que los isótopos Rg y Rg tienen vidas medias superiores a un segundo. Los isótopos restantes tienen vidas medias en el rango de milisegundos.

Propiedades predichas

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

Químico

El roentgenio es el noveno miembro de la serie 6d de metales de transición. Los cálculos sobre sus potenciales de ionización y radios atómicos e iónicos son similares a los de su homólogo más ligero, el oro, lo que implica que las propiedades básicas del roentgenio se parecerán a las de los otros elementos del grupo 11, cobre, plata y oro; sin embargo, también se prevé que muestre varias diferencias con respecto a sus homólogos más ligeros.

Se predice que el roentgenio es un metal noble. El potencial de electrodo estándar de 1,9 V para el par Rg/Rg es mayor que el de 1,5 V para el par Au/Au. La primera energía de ionización prevista del roentgenio de 1020 kJ/mol casi coincide con la del gas noble radón de 1037 kJ/mol. Según los estados de oxidación más estables de los elementos más ligeros del grupo 11, se prevé que el roentgenio muestre estados de oxidación +5 y +3 estables, con un estado +1 menos estable. Se prevé que el estado +3 sea el más estable. Se espera que el roentgenio (III) tenga una reactividad comparable a la del oro (III), pero debería ser más estable y formar una mayor variedad de compuestos. El oro también forma un estado −1 algo estable debido a los efectos relativistas, y se ha sugerido que el roentgenio también puede hacerlo:sin embargo, se espera que la afinidad electrónica del roentgenio sea de alrededor de 1,6 eV (37 kcal/mol), significativamente menor que el valor del oro de 2,3 eV (53 kcal/mol), por lo que es posible que las roentgenidas no sean estables o incluso posibles. Los orbitales 6d se desestabilizan por efectos relativistas e interacciones espín-órbita cerca del final de la cuarta serie de metales de transición, lo que hace que el roentgenio (V) de alto estado de oxidación sea más estable que su homólogo más liviano, el oro (V) (conocido solo en el pentafluoruro de oro, Au ₂ F ₁₀) ya que los electrones 6d participan en mayor medida en el enlace. Las interacciones espín-órbita estabilizan los compuestos de roentgenio molecular con más electrones 6d de enlace; por ejemplo, RgF₆se espera que sea más estable que RgF₄, que se espera que sea más estable que RgF₂. La estabilidad de RgF₆es homólogo al de AuF₆; el análogo de plata AgF₆es desconocido y se espera que sea solo marginalmente estable a la descomposición en AgF₄y F2 _. Además, se espera que Rg ₂ F ₁₀ sea estable a la descomposición, exactamente análoga a Au ₂ F ₁₀, mientras que Ag ₂ F ₁₀ debería ser inestable a la descomposición en Ag ₂ F ₆ y F ₂. El heptafluoruro de oro, AuF ₇, se conoce como un complejo de difluoruro de oro (V) AuF ₅ ·F ₂, que tiene menos energía que un heptafluoruro de oro (VII) verdadero; En cambio, se calcula que RgF ₇ es más estable como heptafluoruro de roentgenio (VII) verdadero, aunque sería algo inestable, su descomposición en Rg ₂F ₁₀ y F ₂ liberando una pequeña cantidad de energía a temperatura ambiente. Se espera que el roentgenio (I) sea difícil de obtener. El oro forma fácilmente el complejo de cianuro Au(CN)₂, que se utiliza en su extracción del mineral mediante el proceso de cianuración del oro; Se espera que el roentgenio haga lo mismo y forme Rg(CN)₂.

La química probable del roentgenio ha recibido más interés que la de los dos elementos anteriores, meitnerio y darmstadtio, ya que se espera que las subcapas s de valencia de los elementos del grupo 11 se contraigan relativistamente más fuertemente en el roentgenio. Los cálculos sobre el compuesto molecular RgH muestran que los efectos relativistas duplican la fuerza del enlace roentgenio-hidrógeno, aunque las interacciones espín-órbita también lo debilitan en 0,7 eV (16 kcal/mol). También se estudiaron los compuestos AuX y RgX, donde X = F, Cl, Br, O, Au o Rg. Se prevé que Rg sea el ion metálico más blando, incluso más blando que el Au, aunque no hay acuerdo sobre si se comportaría como un ácido o como una base. En solución acuosa, Rg formaría el ion agua [Rg(H ₂O) ₂ ], con una distancia de enlace Rg-O de 207,1 pm. También se espera que forme complejos de Rg(I) con amoníaco, fosfina y sulfuro de hidrógeno.

Físico y atómico

Se espera que el roentgenio 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, debido a que 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 22-24 g/cm; en comparación, el elemento más denso conocido del que se ha medido su densidad, el osmio, tiene una densidad de 22,61 g/cm.

Los elementos estables del grupo 11, cobre, plata y oro, tienen todos una configuración electrónica externa (n−1)d ns. Para cada uno de estos elementos, el primer estado excitado de sus átomos tiene una configuración (n−1)d ns. Debido al acoplamiento espín-órbita entre los electrones d, este estado se divide en un par de niveles de energía. Para el cobre, la diferencia de energía entre el estado fundamental y el estado excitado más bajo hace que el metal se vea rojizo. Para la plata, la brecha de energía se amplía y se vuelve plateada. Sin embargo, a medida que aumenta el número atómico, los niveles excitados se estabilizan por efectos relativistas y en el oro la brecha de energía vuelve a disminuir y parece oro. Para el roentgenio, los cálculos indican que el 6d 7sel nivel se estabiliza hasta tal punto que se convierte en el estado fundamental y el nivel 6d 7s se convierte en el primer estado excitado. La diferencia de energía resultante entre el nuevo estado fundamental y el primer estado excitado es similar a la de la plata y se espera que el roentgenio tenga un aspecto plateado. Se espera que el radio atómico del roentgenio sea de alrededor de 138 pm.

Química experimental

Aún no se ha establecido una determinación inequívoca de las características químicas del roentgenio debido a los bajos rendimientos de las reacciones que producen isótopos de roentgenio. 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 deRg, el isótopo de roentgenio confirmado más estable, es de 100 segundos, tiempo suficiente para realizar estudios químicos, otro obstáculo es la necesidad de aumentar la tasa de producción de isótopos de roentgenio 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 roentgenio y permitir que los sistemas automatizados experimenten con la fase gaseosa y la química de la solución del roentgenio, ya que se prevé que los rendimientos de los elementos más pesados ​​sean menores que los de los elementos más ligeros. Sin embargo, la química experimental del roentgenio no ha recibido tanta atención como la de los elementos más pesados, desde el copernicio hasta el livermorio,a pesar del temprano interés en las predicciones teóricas debido a los efectos relativistas en la subcapa ns en el grupo 11 alcanzando un máximo en el roentgenio. Los isótopos Rg y Rg son prometedores para la experimentación química y pueden producirse como nietas de los isótopos de moscovio Mc y Mc respectivamente; sus padres son los isótopos de nihonio Nh y Nh, que ya han recibido investigaciones químicas preliminares.