Seaborgio

El seaborgio es un elemento químico sintético con el símbolo Sg y el número atómico 106. Lleva el nombre del químico nuclear estadounidense Glenn T. Seaborg. Como elemento sintético, se puede crear en un laboratorio pero no se encuentra en la naturaleza. También es radiactivo; el isótopo conocido más estable, Sg, tiene una vida media de aproximadamente 14 minutos.

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

En 1974, se produjeron algunos átomos de seaborgio en laboratorios de la Unión Soviética y de los Estados Unidos. La prioridad del descubrimiento y por lo tanto la denominación del elemento fue disputada entre científicos soviéticos y estadounidenses, y no fue hasta 1997 que la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) estableció seaborgio como el nombre oficial del elemento. Es uno de los dos únicos elementos que llevan el nombre de una persona viva en el momento del nombramiento, el otro es oganesson, elemento 118.

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

A raíz de las afirmaciones de la observación de los elementos 104 y 105 en 1970 por Albert Ghiorso et al. en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, se realizó una búsqueda del elemento 106 utilizando proyectiles de oxígeno-18 y el objetivo de californio-249 utilizado anteriormente. Se informaron varias desintegraciones alfa de 9,1 MeV y ahora se cree que se originaron en el elemento 106, aunque esto no se confirmó en ese momento. En 1972, el acelerador HILAC recibió actualizaciones de equipo, lo que impidió que el equipo repitiera el experimento, y no se realizó el análisis de datos durante el cierre.Esta reacción se volvió a intentar varios años después, en 1974, y el equipo de Berkeley se dio cuenta de que sus nuevos datos coincidían con los de 1971, para asombro de Ghiorso. Por lo tanto, el elemento 106 podría haber sido descubierto en 1971 si los datos originales se analizaran con más cuidado.

Dos grupos reclamaron el descubrimiento del elemento. La evidencia inequívoca del elemento 106 fue reportada por primera vez en 1974 por un equipo de investigación ruso en Dubna dirigido por Yuri Oganessian, en el que los objetivos de plomo-208 y plomo-207 fueron bombardeados con iones acelerados de cromo-54. En total, se observaron cincuenta y un eventos de fisión espontánea con una vida media de entre cuatro y diez milisegundos. Después de haber descartado las reacciones de transferencia de nucleones como causa de estas actividades, el equipo concluyó que la causa más probable de las actividades era la fisión espontánea de isótopos del elemento 106. Primero se sugirió que el isótopo en cuestión era seaborgio-259, pero fue posteriormente corregido a seaborgio-260.₈₂Pb+₂₄cr→₁₀₆sg+ 2norte₈₂Pb+₂₄cr→₁₀₆sg+norte

Unos meses más tarde, en 1974, investigadores como Glenn T. Seaborg, Carol Alonso y Albert Ghiorso de la Universidad de California, Berkeley, y E. Kenneth Hulet del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, también sintetizaron el elemento bombardeando un objetivo de californio-249. con iones de oxígeno-18, utilizando un equipo similar al que se había utilizado para la síntesis del elemento 104 cinco años antes, observando al menos setenta desintegraciones alfa, aparentemente del isótopo seaborgio-263m con una vida media de0,9 ± 0,2 segundos. La hija alfa rutherfordio-259 y la nieta nobelio-255 se habían sintetizado previamente y las propiedades observadas aquí coincidían con las conocidas anteriormente, al igual que la intensidad de su producción. La sección transversal de la reacción observada, 0,3 nanobarns, también estuvo de acuerdo con las predicciones teóricas. Estos reforzaron la asignación de los eventos de desintegración alfa a seaborgio-263m.₉₈Cf.+₈O→₁₀₆sg+ 4₀norte→₁₀₄radiofrecuencia+α→₁₀₂No+α

Por lo tanto, surgió una disputa a partir de las afirmaciones iniciales en competencia del descubrimiento, aunque a diferencia del caso de los elementos sintéticos hasta el elemento 105, ningún equipo de descubridores decidió anunciar los nombres propuestos para los nuevos elementos, evitando así una controversia sobre la denominación de elementos temporalmente. La disputa sobre el descubrimiento, sin embargo, se prolongó hasta 1992, cuando el Grupo de Trabajo de Transfermium (TWG) de la IUPAC/IUPAP, formado para poner fin a la controversia al sacar conclusiones sobre las afirmaciones de descubrimiento de los elementos 101 a 112, concluyó que la síntesis soviética de el seaborgio-260 no fue lo suficientemente convincente, "careciendo de curvas de rendimiento y resultados de selección angular", mientras que la síntesis estadounidense de seaborgio-263 fue convincente debido a que estaba firmemente anclado a núcleos hijos conocidos. Como tal,

Seaborg había sugerido previamente al TWG que si se reconocía a Berkeley como el descubridor oficial de los elementos 104 y 105, podrían proponer el nombre kurchatovium (símbolo Kt) para el elemento 106 en honor al equipo de Dubna, que había propuesto este nombre para el elemento 104 después de Igor Kurchatov, exjefe del programa de investigación nuclear soviético. Sin embargo, debido al empeoramiento de las relaciones entre los equipos competidores después de la publicación del informe del TWG (debido a que el equipo de Berkeley discrepó vehementemente con las conclusiones del TWG, especialmente con respecto al elemento 104), el equipo de Berkeley dejó de considerar esta propuesta. Después de ser reconocidos como descubridores oficiales, el equipo de Berkeley comenzó a decidir un nombre en serio:

... se nos dio crédito por el descubrimiento y el derecho que lo acompaña para nombrar el nuevo elemento. Los ocho miembros del grupo Ghiorso sugirieron una amplia gama de nombres en honor a Isaac Newton, Thomas Edison, Leonardo da Vinci, Ferdinand Magellan, el mítico Ulises, George Washington y Finlandia, la tierra natal de un miembro del equipo. No hubo foco ni favorito durante un largo período.Entonces, un día, Al [Ghiorso] entró en mi oficina y me preguntó qué pensaba de nombrar al elemento 106 "seaborgio". Estaba anonadado.—Glenn  Seaborg

El hijo de Seaborg, Eric, recordó el proceso de nombramiento de la siguiente manera:

Con ocho científicos involucrados en el descubrimiento que sugerían tantas buenas posibilidades, Ghiorso se desesperaba por llegar a un consenso, hasta que una noche se despertó con una idea. Se acercó a los miembros del equipo uno por uno, hasta que siete de ellos estuvieron de acuerdo. Luego le dijo a su amigo y colega de 50 años: "Tenemos siete votos a favor de nombrar el elemento 106 seaborgio. ¿Darás tu consentimiento?" Mi padre estaba estupefacto y, después de consultar a mi madre, estuvo de acuerdo.—Eric  Seaborg

El nombre seaborgio y el símbolo Sg fueron anunciados en la 207ª reunión nacional de la American Chemical Society en marzo de 1994 por Kenneth Hulet, uno de los co-descubridores. Sin embargo, la IUPAC resolvió en agosto de 1994 que un elemento no podía llevar el nombre de una persona viva, y Seaborg todavía estaba vivo en ese momento. Por lo tanto, en septiembre de 1994, la IUPAC recomendó un conjunto de nombres en los que los nombres propuestos por los tres laboratorios (el tercero es el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados ​​en Darmstadt, Alemania) con reclamos en competencia sobre el descubrimiento de los elementos 104 a 109 fueron se cambió a varios otros elementos, en los que el rutherfordio (Rf), la propuesta de Berkeley para el elemento 104, se cambió al elemento 106, con seaborgiosiendo eliminado por completo como un nombre.

Esta decisión encendió una tormenta de protestas en todo el mundo por ignorar el derecho del descubridor histórico a nombrar nuevos elementos, y contra la nueva regla retroactiva contra el nombramiento de elementos con el nombre de personas vivas; la American Chemical Society apoyó firmemente el nombre seaborgio para el elemento 106, junto con todas las demás propuestas de denominación estadounidenses y alemanas para los elementos 104 a 109, y aprobó estos nombres para sus revistas desafiando la IUPAC. Al principio, la IUPAC se defendió y un miembro estadounidense de su comité escribió: "Los descubridores no tienen derecho a nombrar un elemento. Tienen derecho a sugerir un nombre. Y, por supuesto, no infringimos ese derecho". en absoluto." Sin embargo, Seaborg respondió:

Esta sería la primera vez en la historia que a los descubridores reconocidos e indiscutibles de un elemento se les niega el privilegio de nombrarlo.—Glenn  Seaborg

Cediendo a la presión pública, la IUPAC propuso un compromiso diferente en agosto de 1995, en el que se restableció el nombre seaborgio para el elemento 106 a cambio de la eliminación de todas menos una de las otras propuestas estadounidenses, que recibió una respuesta aún peor. Finalmente, la IUPAC rescindió estos compromisos anteriores e hizo una nueva recomendación final en agosto de 1997, en la que se adoptaron todas las propuestas estadounidense y alemana para los elementos 104 a 109, incluido el seaborgio para el elemento 106, con la única excepción del elemento 105, denominado dubnio. reconocer las contribuciones del equipo de Dubna a los procedimientos experimentales de síntesis de transactínidos. Esta lista fue finalmente aceptada por la American Chemical Society, que escribió:

En interés de la armonía internacional, el Comité aceptó a regañadientes el nombre 'dubnium' para el elemento 105 en lugar de 'hahnium' [la propuesta estadounidense], que se ha utilizado durante mucho tiempo en la literatura. Nos complace señalar que 'seaborgio' es ahora el nombre aprobado internacionalmente para el elemento 106.—  Sociedad Química Estadounidense

Seaborg comentó sobre el nombramiento:

No hace falta decir que estoy orgulloso de que los químicos estadounidenses recomendaran que el elemento 106, que se coloca debajo del tungsteno (74), se llame 'seaborgio'. Estaba deseando que llegara el día en que los investigadores químicos se refirieran a compuestos como cloruro de seaborgio, nitrato de seaborgio y, tal vez, seaborgate de sodio.Este es el mayor honor que jamás me hayan otorgado, incluso mejor, creo, que ganar el Premio Nobel. Los futuros estudiantes de química, al aprender sobre la tabla periódica, pueden tener motivos para preguntarse por qué el elemento recibió mi nombre y, por lo tanto, aprender más sobre mi trabajo.—Glenn  Seaborg

Seaborg murió un año y medio después, el 25 de febrero de 1999, a la edad de 86 años.

Isótopos

Los elementos superpesados ​​como el seaborgio se producen bombardeando elementos más ligeros en aceleradores de partículas que inducen reacciones de fusión. Mientras que la mayoría de los isótopos del seaborgio se pueden sintetizar directamente de esta manera, algunos más pesados ​​solo se han observado como productos de descomposición de elementos con números atómicos más altos.

Dependiendo de las energías involucradas, las reacciones de fusión que generan elementos superpesados ​​se separan en "calientes" y "frías". En las reacciones de fusión en caliente, los proyectiles muy ligeros y de alta energía se aceleran hacia objetivos muy pesados ​​(actínidos), lo que da lugar a núcleos compuestos con alta energía de excitación (~40–50 MeV) que pueden fisionarse o evaporarse varios (3 a 5) neutrones. En las reacciones de fusión en frío, los núcleos fusionados producidos tienen una energía de excitación relativamente baja (~10–20 MeV), lo que disminuye la probabilidad de que estos productos sufran reacciones de fisión. A medida que los núcleos fusionados se enfrían hasta el estado fundamental, requieren la emisión de solo uno o dos neutrones y, por lo tanto, permiten la generación de más productos ricos en neutrones.Este último es un concepto distinto de aquel en el que se afirmaba que la fusión nuclear se lograba en condiciones de temperatura ambiente (ver fusión fría).

El seaborgio 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 seaborgio con masas atómicas 258–267, 269 y 271, tres de los cuales, seaborgio-261, 263 y 265, tienen estados metaestables conocidos. Todos estos se descomponen solo a través de la desintegración alfa y la fisión espontánea, con la única excepción del seaborgio-261 que también puede sufrir captura de electrones en dubnio-261.

Existe una tendencia hacia el aumento de la vida media de los isótopos más pesados; por lo tanto, los tres isótopos más pesados ​​conocidos, Sg, Sg y Sg, también son los de vida más larga, con vidas medias en minutos. Se predice que algunos otros isótopos en esta región tendrán vidas medias comparables o incluso más largas. Además, Sg, Sg y Sg tienen vidas medias medidas en segundos. Todos los isótopos restantes tienen vidas medias medidas en milisegundos, con la excepción del isótopo de vida más corta, Sg, con una vida media de solo 92 microsegundos.

Los isótopos ricos en protones de Sg a Sg se produjeron directamente por fusión en frío; todos los isótopos más pesados ​​se produjeron a partir de la desintegración alfa repetida de los elementos más pesados ​​hassium, darmstadtium y flerovium, con la excepción de los isótopos Sg, Sg, Sg y Sg, que se produjeron directamente por fusión en caliente a través de la irradiación de objetivos de actínidos. Los doce isótopos de seaborgio tienen vidas medias que van desde 92 microsegundos para Sg hasta 14 minutos para Sg.

Propiedades predichas

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

Físico

Se espera que el seaborgio sea sólido en condiciones normales y asuma una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, similar a su congénere más ligero, el tungsteno. Las primeras predicciones estimaron que debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 35,0 g/cm, pero los cálculos en 2011 y 2013 predijeron un valor algo más bajo de 23 a 24 g/cm.

Químico

El seaborgio es el cuarto miembro de la serie 6d de metales de transición y el miembro más pesado del grupo 6 en la tabla periódica, por debajo del cromo, el molibdeno y el tungsteno. Todos los miembros del grupo forman una diversidad de oxoaniones. Retratan fácilmente su estado de oxidación de grupo de +6, aunque esto es altamente oxidante en el caso del cromo, y este estado se vuelve cada vez más estable a la reducción a medida que el grupo desciende: de hecho, el tungsteno es el último de los metales de transición 5d donde los cuatro electrones 5d participan en el enlace metálico.Como tal, el seaborgio debería tener +6 como su estado de oxidación más estable, tanto en la fase gaseosa como en solución acuosa, y este es el único estado de oxidación que se conoce experimentalmente para él; los estados +5 y +4 deberían ser menos estables, y el estado +3, el más común para el cromo, sería el menos estable para el seaborgio.

Esta estabilización del estado de oxidación más alto ocurre en los primeros elementos 6d debido a la similitud entre las energías de los orbitales 6d y 7s, ya que los orbitales 7s están estabilizados relativistamente y los orbitales 6d están desestabilizados relativistamente. Este efecto es tan grande en el séptimo período que se espera que el seaborgio pierda sus electrones 6d antes que sus electrones 7s (Sg, [Rn]5f 6d 7s; Sg, [Rn]5f 6d 7s; Sg, [Rn]5f 6d 7s; Sg, [Rn]5f 6d; Sg, [Rn]5f). Debido a la gran desestabilización del orbital 7s, Sg debería ser aún más inestable que W y debería oxidarse muy fácilmente a Sg. El radio iónico previsto del ion hexacoordinado Sg es de 65 pm, mientras que el radio atómico previsto del seaborgio es de 128 pm. Sin embargo, todavía se espera que la estabilidad del estado de oxidación más alto disminuya a medida que Lr > Rf > Db > Sg. Algunos potenciales de reducción estándar predichos para iones de seaborgio en solución ácida acuosa son los siguientes:

El seaborgio debe formar un hexafluoruro muy volátil (SgF ₆), así como un hexacloruro moderadamente volátil (SgCl ₆), pentacloruro (SgCl ₅) y oxicloruros SgO ₂ Cl ₂ y SgOCl ₄. Se espera que SgO ₂ Cl ₂ sea el más estable de los oxicloruros de seaborgio y el menos volátil de los oxicloruros del grupo 6, con la secuencia MoO ₂ Cl ₂ > WO ₂ Cl ₂ > SgO ₂ Cl ₂. Los compuestos volátiles de seaborgio (VI) SgCl ₆ y SgOCl ₄se espera que sean inestables a la descomposición en compuestos de seaborgio (V) a altas temperaturas, análogos a MoCl ₆ y MoOCl ₄; esto no debería suceder para el SgO ₂ Cl ₂ debido a la brecha de energía mucho mayor entre los orbitales moleculares más altos ocupados y los más bajos desocupados, a pesar de las fuerzas de enlace Sg-Cl similares (similares a las del molibdeno y el tungsteno).

El molibdeno y el tungsteno son muy similares entre sí y muestran diferencias importantes con el cromo más pequeño, y se espera que el seaborgio siga la química del tungsteno y el molibdeno muy de cerca, formando una variedad aún mayor de oxoaniones, siendo el más simple de ellos el seaborgate, SgO₄, que se formaría a partir de la rápida hidrólisis de Sg(H₂O)₆, aunque esto ocurriría con menos facilidad que con molibdeno y tungsteno, como se esperaba debido al mayor tamaño del seaborgio. El seaborgio debería hidrolizarse menos fácilmente que el tungsteno en ácido fluorhídrico a bajas concentraciones, pero más fácilmente a altas concentraciones, formando también complejos como SgO ₃ F y SgOF₅: la formación de complejos compite con la hidrólisis en ácido fluorhídrico.

Química experimental

La investigación química experimental del seaborgio se ha visto obstaculizada debido a la necesidad de producir un átomo a la vez, su corta vida media y la dureza necesaria resultante de las condiciones experimentales. El isótopo Sg y su isómero Sg son ventajosos para la radioquímica: se producen en la reacción Cm(Ne,5n).

En los primeros estudios químicos experimentales del seaborgio en 1995 y 1996, se produjeron átomos de seaborgio en la reacción Cm(Ne,4n) Sg, se termalizaron y reaccionaron con una mezcla de O ₂ /HCl. Las propiedades de adsorción del oxicloruro resultante se midieron y compararon con las de los compuestos de molibdeno y tungsteno. Los resultados indicaron que el seaborgio formó un oxicloruro volátil similar a los de los otros elementos del grupo 6 y confirmaron la tendencia decreciente de la volatilidad del oxicloruro hacia el grupo 6:Sg + O₂+ 2 HCl → SgO₂cl₂+ H₂

En 2001, un equipo continuó el estudio de la química de la fase gaseosa del seaborgio al hacer reaccionar el elemento con O ₂ en un entorno de H ₂ O. De manera similar a la formación del oxicloruro, los resultados del experimento indicaron la formación de hidróxido de óxido de seaborgio, una reacción bien conocida entre los homólogos más ligeros del grupo 6, así como el uranio pseudohomólogo.2 Sg + 3 O₂→ 2 SGO₃SgO₃+ H₂O → SgO₂(OH)₂

Las predicciones sobre la química acuosa del seaborgio se han confirmado en gran medida. En experimentos realizados en 1997 y 1998, el seaborgio se eluyó de una resina de intercambio catiónico utilizando una solución de HNO ₃ /HF, muy probablemente como SgO ₂ F ₂ neutro o el ion complejo aniónico [SgO ₂ F ₃ ] en lugar de SgO₄. Por el contrario, en ácido nítrico 0,1 M, el seaborgio no eluye, a diferencia del molibdeno y el tungsteno, lo que indica que la hidrólisis de [Sg(H ₂ O) ₆ ] solo avanza hasta el complejo catiónico [Sg(OH) ₄ (H ₂ O)] o [Sg(OH) ₃ (H ₂ O) ₂ ], mientras que el de molibdeno y tungsteno pasa a ser neutral [MO ₂ (OH) ₂)].

El único otro estado de oxidación conocido para el seaborgio además del estado de oxidación del grupo de +6 es el estado de oxidación cero. Al igual que sus tres congéneres más ligeros, que forman hexacarbonilo de cromo, hexacarbonilo de molibdeno y hexacarbonilo de tungsteno, se demostró en 2014 que el seaborgio también forma hexacarbonilo de seaborgio, Sg(CO) ₆. Al igual que sus homólogos de molibdeno y tungsteno, el hexacarbonilo de seaborgio es un compuesto volátil que reacciona fácilmente con el dióxido de silicio.