Dúbnio
Dúbnio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronúncia |
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Número de massa | [268] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dúbnio na tabela periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Número atômico ( Z ) | 105 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloquear | bloco d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração eletrônica | [ Rn ] 5f 14 6d 3 7s 2 [3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons por camada | 2, 8, 18, 32, 32, 11, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase em STP | sólido (previsto) [4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade (próximo à temperatura ambiente ) | 21,6 g/cm 3 (previsto) [5] [6] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidação | comum: (nenhum) (+3), (+4), (+5) [3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energias de ionização |
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Raio atômico | empírico: 139 pm (estimado) [3] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 149 pm (estimado) [7] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Outras propriedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ocorrência natural | sintético | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | cúbica centrada no corpo (bcc) (prevista) [4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 53850-35-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
História | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nomeação | depois de Dubna , Oblast de Moscou , Rússia, local do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Descoberta | independentemente pelo Laboratório Lawrence Berkeley e pelo Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (1970) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos de dubnium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dúbnio é um elemento químico sintético ; tem símbolo Db e número atômico 105. É altamente radioativo: o isótopo mais estável conhecido , o dubnio-268, tem uma meia-vida de cerca de 16 horas. Isso limita muito a pesquisa estendida sobre o elemento.
O dubnium não ocorre naturalmente na Terra e é produzido artificialmente. O Instituto Conjunto Soviético para Pesquisa Nuclear (JINR) reivindicou a primeira descoberta do elemento em 1968, seguido pelo Laboratório Americano Lawrence Berkeley em 1970. Ambas as equipes propuseram seus nomes para o novo elemento e os usaram sem aprovação formal. A disputa de longa data foi resolvida em 1993 por uma investigação oficial das alegações de descoberta pelo Transfermium Working Group, formado pela União Internacional de Química Pura e Aplicada e pela União Internacional de Física Pura e Aplicada , resultando no crédito pela descoberta sendo oficialmente compartilhado entre ambas as equipes. O elemento foi formalmente denominado dubnium em 1997, em homenagem à cidade de Dubna , o local do JINR.
Pesquisas teóricas estabelecem o dubnium como um membro do grupo 5 na série 6d de metais de transição , colocando-o sob o vanádio , o nióbio e o tântalo . O dubnium deve compartilhar a maioria das propriedades, como sua configuração eletrônica de valência e ter um estado de oxidação dominante +5, com os outros elementos do grupo 5, com algumas anomalias devido a efeitos relativísticos . Uma investigação limitada da química do dubnium confirmou isso.
Introdução
Síntese de núcleos superpesados

Um núcleo atômico superpesado [a] é criado em uma reação nuclear que combina dois outros núcleos de tamanho desigual [b] em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa , maior a possibilidade de que os dois reajam. [19] O material feito dos núcleos mais pesados é transformado em um alvo, que é então bombardeado pelo feixe de núcleos mais leves. Dois núcleos só podem se fundir em um se eles se aproximarem o suficiente; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A interação forte pode superar essa repulsão, mas apenas a uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são, portanto, muito acelerados para tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. [20] A energia aplicada aos núcleos do feixe para acelerá-los pode fazê-los atingir velocidades tão altas quanto um décimo da velocidade da luz . No entanto, se muita energia for aplicada, o núcleo do feixe pode se desintegrar. [20]
Chegar perto o suficiente não é suficiente para que dois núcleos se fundam: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por cerca de 10 a 20 segundos e então se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formar um único núcleo. [20] [21] Isso acontece porque durante a tentativa de formação de um único núcleo, a repulsão eletrostática rasga o núcleo que está sendo formado. [20] Cada par de um alvo e um feixe é caracterizado por sua seção transversal — a probabilidade de que a fusão ocorra se dois núcleos se aproximarem um do outro, expressa em termos da área transversal que a partícula incidente deve atingir para que a fusão ocorra. [c] Essa fusão pode ocorrer como resultado do efeito quântico no qual os núcleos podem fazer um túnel por meio da repulsão eletrostática. Se os dois núcleos puderem permanecer próximos após essa fase, múltiplas interações nucleares resultam em redistribuição de energia e um equilíbrio de energia. [20]
Vídeos externos | |
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A fusão resultante é um estado excitado [24] —denominado núcleo composto — e, portanto, é muito instável. [20] Para atingir um estado mais estável, a fusão temporária pode fissionar sem a formação de um núcleo mais estável. [25] Alternativamente, o núcleo composto pode ejetar alguns nêutrons , que levariam embora a energia de excitação; se esta não for suficiente para uma expulsão de nêutrons, a fusão produziria um raio gama . Isso acontece em cerca de 10 −16 segundos após a colisão nuclear inicial e resulta na criação de um núcleo mais estável. [25] A definição do Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC/IUPAP (JWP) afirma que um elemento químico só pode ser reconhecido como descoberto se um núcleo dele não tiver decaído dentro de 10 −14 segundos. Este valor foi escolhido como uma estimativa de quanto tempo leva para um núcleo adquirir elétrons e, assim, exibir suas propriedades químicas. [26] [d]
Decadência e detecção
O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo for produzido, ele é transportado com este feixe. [28] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos de reação) [e] e transferido para um detector de barreira de superfície , que para o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também são marcadas sua energia e o tempo de chegada. [28] A transferência leva cerca de 10 −6 segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver a esse tempo. [31] O núcleo é registrado novamente assim que sua decadência é registrada, e a localização, a energia e o tempo de decaimento são medidos. [28]
A estabilidade de um núcleo é fornecida pela interação forte. No entanto, seu alcance é muito curto; à medida que os núcleos se tornam maiores, sua influência nos núcleons mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre prótons, e seu alcance não é limitado. [32] A energia de ligação total fornecida pela interação forte aumenta linearmente com o número de núcleons, enquanto a repulsão eletrostática aumenta com o quadrado do número atômico, ou seja, este último cresce mais rápido e se torna cada vez mais importante para núcleos pesados e superpesados. [33] [34] Os núcleos superpesados são, portanto, teoricamente previstos [35] e até agora foram observados [36] decaindo predominantemente por meio de modos de decaimento causados por tal repulsão: decaimento alfa e fissão espontânea . [f] Quase todos os emissores alfa têm mais de 210 núcleons, [38] e o nuclídeo mais leve que sofre fissão espontânea tem 238. [39] Em ambos os modos de decaimento, os núcleos são impedidos de decair por barreiras de energia correspondentes para cada modo, mas podem ser tunelados. [33] [34]

Partículas alfa são comumente produzidas em decaimentos radioativos porque a massa de uma partícula alfa por núcleo é pequena o suficiente para deixar alguma energia para a partícula alfa ser usada como energia cinética para deixar o núcleo. [41] A fissão espontânea é causada pela repulsão eletrostática que destrói o núcleo e produz vários núcleos em diferentes instâncias de fissão de núcleos idênticos. [34] À medida que o número atômico aumenta, a fissão espontânea rapidamente se torna mais importante: as meias-vidas parciais da fissão espontânea diminuem em 23 ordens de magnitude do urânio (elemento 92) para o nobélio (elemento 102), [42] e em 30 ordens de magnitude do tório (elemento 90) para o férmio (elemento 100). [43] O modelo anterior de gota líquida sugeria que a fissão espontânea ocorreria quase instantaneamente devido ao desaparecimento da barreira de fissão para núcleos com cerca de 280 núcleons. [34] [44] O modelo de camada nuclear posterior sugeriu que núcleos com cerca de 300 núcleons formariam uma ilha de estabilidade na qual os núcleos seriam mais resistentes à fissão espontânea e sofreriam principalmente decaimento alfa com meias-vidas mais longas. [34] [44] Descobertas subsequentes sugeriram que a ilha prevista poderia estar mais distante do que o inicialmente previsto; elas também mostraram que núcleos intermediários entre os actinídeos de longa duração e a ilha prevista são deformados e ganham estabilidade adicional com os efeitos de camada. [45] Experimentos em núcleos superpesados mais leves, [46] bem como aqueles mais próximos da ilha esperada, [42] mostraram maior estabilidade do que o previamente previsto contra a fissão espontânea, mostrando a importância dos efeitos de camada nos núcleos. [g]
Os decaimentos alfa são registrados pelas partículas alfa emitidas, e os produtos de decaimento são fáceis de determinar antes do decaimento real; se tal decaimento ou uma série de decaimentos consecutivos produz um núcleo conhecido, o produto original de uma reação pode ser facilmente determinado. [h] (Que todos os decaimentos dentro de uma cadeia de decaimento estavam de fato relacionados entre si é estabelecido pela localização desses decaimentos, que devem estar no mesmo lugar.) [28] O núcleo conhecido pode ser reconhecido pelas características específicas do decaimento que sofre, como a energia de decaimento (ou mais especificamente, a energia cinética da partícula emitida). [i] A fissão espontânea, no entanto, produz vários núcleos como produtos, então o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas. [j]
As informações disponíveis para os físicos que pretendem sintetizar um elemento superpesado são, portanto, as informações coletadas nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector, e aqueles de sua decadência. Os físicos analisam esses dados e buscam concluir que eles foram de fato causados por um novo elemento e não poderiam ter sido causados por um nuclídeo diferente daquele alegado. Frequentemente, os dados fornecidos são insuficientes para uma conclusão de que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; erros na interpretação dos dados foram cometidos. [k]Descoberta
Fundo
O urânio , elemento 92, é o elemento mais pesado a ocorrer em quantidades significativas na natureza; elementos mais pesados só podem ser produzidos praticamente por síntese. A primeira síntese de um novo elemento — neptúnio , elemento 93 — foi alcançada em 1940 por uma equipe de pesquisadores nos Estados Unidos. [57] Nos anos seguintes, cientistas americanos sintetizaram os elementos até o mendelévio , elemento 101, que foi sintetizado em 1955. A partir do elemento 102 , a prioridade das descobertas foi contestada entre físicos americanos e soviéticos. [58] Sua rivalidade resultou em uma corrida por novos elementos e crédito por suas descobertas, mais tarde chamada de Guerras do Transfermium . [59]
Relatórios

O primeiro relatório da descoberta do elemento 105 veio do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR) em Dubna , Oblast de Moscou , União Soviética , em abril de 1968. Os cientistas bombardearam 243 Am com um feixe de 22 íons Ne e relataram 9,4 MeV (com meia-vida de 0,1–3 segundos) e 9,7 MeV ( t 1/2 > 0,05 s) atividades alfa seguidas por atividades alfa semelhantes às de 256 103 ou 257 103. Com base em previsões teóricas anteriores, as duas linhas de atividade foram atribuídas a 261 105 e 260 105, respectivamente. [61]
- 243
95Sou
+22
10Não
→ 265− x 105 + x
e
( x = 4, 5)
Após observar os decaimentos alfa do elemento 105, os pesquisadores objetivaram observar a fissão espontânea (FE) do elemento e estudar os fragmentos de fissão resultantes. Eles publicaram um artigo em fevereiro de 1970, relatando vários exemplos de duas dessas atividades, com meias-vidas de 14 ms e2,2 ± 0,5 s . Eles atribuíram a atividade anterior a 242mf Am [l] e atribuíram a última atividade a um isótopo do elemento 105. Eles sugeriram que era improvável que essa atividade pudesse vir de uma reação de transferência em vez do elemento 105, porque a taxa de rendimento para essa reação foi significativamente menor do que a da reação de transferência produtora de 242mf Am, de acordo com as previsões teóricas. Para estabelecer que essa atividade não era de uma reação ( 22 Ne, x n), os pesquisadores bombardearam um alvo de 243 Am com 18 íons O; as reações que produziram 256 103 e 257 103 mostraram muito pouca atividade de SF (correspondendo aos dados estabelecidos), e a reação que produziu 258 103 e 259 103 mais pesados não produziu nenhuma atividade de SF, de acordo com os dados teóricos. Os pesquisadores concluíram que as atividades observadas vieram de SF do elemento 105. [61]
Em abril de 1970, uma equipe do Lawrence Berkeley Laboratory (LBL), em Berkeley , Califórnia , Estados Unidos, alegou ter sintetizado o elemento 105 bombardeando califórnio-249 com íons nitrogênio-15 , com uma atividade alfa de 9,1 MeV. Para garantir que essa atividade não fosse de uma reação diferente, a equipe tentou outras reações: bombardeando 249 Cf com 14 N, Pb com 15 N e Hg com 15 N. Eles declararam que nenhuma atividade desse tipo foi encontrada nessas reações. As características dos núcleos filhos correspondiam às de 256 103, o que implica que os núcleos pais eram de 260 105. [61]
- 249
98Cf
+15
7Não
→ 260 105 + 4
e
Esses resultados não confirmaram as descobertas do JINR em relação à decadência alfa de 9,4 MeV ou 9,7 MeV de 260 105, deixando apenas 261 105 como um isótopo possivelmente produzido. [61]
O JINR então tentou outro experimento para criar o elemento 105, publicado em um relatório em maio de 1970. Eles alegaram que haviam sintetizado mais núcleos do elemento 105 e que o experimento confirmou seu trabalho anterior. De acordo com o artigo, o isótopo produzido pelo JINR foi provavelmente 261 105, ou possivelmente 260 105. [61] Este relatório incluiu um exame químico inicial: a versão de gradiente térmico do método de cromatografia gasosa foi aplicada para demonstrar que o cloreto do que havia se formado a partir da atividade do SF quase correspondia ao do pentacloreto de nióbio , em vez do tetracloreto de háfnio . A equipe identificou uma atividade de SF de 2,2 segundos em um cloreto volátil retratando propriedades de eka-tântalo e inferiu que a fonte da atividade do SF deve ter sido o elemento 105. [61]
Em junho de 1970, o JINR fez melhorias em seu primeiro experimento, usando um alvo mais puro e reduzindo a intensidade das reações de transferência instalando um colimador antes do coletor. Desta vez, eles foram capazes de encontrar atividades alfa de 9,1 MeV com isótopos filhos identificáveis como 256 103 ou 257 103, o que implica que o isótopo original era 260 105 ou 261 105. [61]
Controvérsia sobre nomes
O JINR não propôs um nome após seu primeiro relatório reivindicando a síntese do elemento 105, o que teria sido a prática usual. Isso levou o LBL a acreditar que o JINR não tinha dados experimentais suficientes para apoiar sua reivindicação. [62] Após coletar mais dados, o JINR propôs o nome bohrium (Bo) em homenagem ao físico nuclear dinamarquês Niels Bohr , um fundador das teorias da estrutura atômica e da teoria quântica ; [63] eles logo mudaram sua proposta para nielsbohrium (Ns) para evitar confusão com boro . [64] Outro nome proposto foi dubnium . [65] [66] Quando o LBL anunciou pela primeira vez sua síntese do elemento 105, eles propuseram que o novo elemento fosse denominado hahnium (Ha) em homenagem ao químico alemão Otto Hahn , o "pai da química nuclear", criando assim uma controvérsia sobre o nome do elemento . [67]
No início da década de 1970, ambas as equipes relataram a síntese do próximo elemento, o elemento 106, mas não sugeriram nomes. [68] O JINR sugeriu o estabelecimento de um comitê internacional para esclarecer os critérios de descoberta. Esta proposta foi aceita em 1974 e um grupo conjunto neutro foi formado. [69] Nenhuma das equipes demonstrou interesse em resolver o conflito por meio de uma terceira parte, então os principais cientistas do LBL — Albert Ghiorso e Glenn Seaborg — viajaram para Dubna em 1975 e se encontraram com os principais cientistas do JINR — Georgy Flerov , Yuri Oganessian e outros — para tentar resolver o conflito internamente e tornar o grupo conjunto neutro desnecessário; após duas horas de discussões, isso falhou. [70] O grupo neutro conjunto nunca se reuniu para avaliar as alegações, e o conflito permaneceu sem solução. [69] Em 1979, a IUPAC sugeriu que nomes sistemáticos de elementos fossem usados como marcadores de posição até que nomes permanentes fossem estabelecidos; abaixo dele, o elemento 105 seria unnilpentium , das raízes latinas un- e nil- e da raiz grega pent- (que significa "um", "zero" e "cinco", respectivamente, os dígitos do número atômico). Ambas as equipes o ignoraram, pois não desejavam enfraquecer suas reivindicações pendentes. [71]
Em 1981, a Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI; Sociedade para Pesquisa de Íons Pesados ) em Darmstadt , Hesse , Alemanha Ocidental, reivindicou a síntese do elemento 107; seu relatório saiu cinco anos após o primeiro relatório do JINR, mas com maior precisão, fazendo uma afirmação mais sólida sobre a descoberta. [61] O GSI reconheceu os esforços do JINR ao sugerir o nome nielsbohrium para o novo elemento. [69] O JINR não sugeriu um novo nome para o elemento 105, afirmando que era mais importante determinar seus descobridores primeiro. [69]
Em 1985, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e a União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP) formaram um Grupo de Trabalho Transfermium (TWG) para avaliar descobertas e estabelecer nomes finais para os elementos controversos. [61] O partido realizou reuniões com delegados dos três institutos concorrentes; em 1990, eles estabeleceram critérios sobre o reconhecimento de um elemento e, em 1991, concluíram o trabalho de avaliação de descobertas e se dissolveram. Esses resultados foram publicados em 1993. De acordo com o relatório, o primeiro experimento definitivamente bem-sucedido foi o experimento LBL de abril de 1970, seguido de perto pelo experimento JINR de junho de 1970, então o crédito pela descoberta do elemento deve ser compartilhado entre as duas equipes. [61]
LBL disse que a contribuição do JINR foi superestimada na revisão. Eles alegaram que o JINR só conseguiu demonstrar de forma inequívoca a síntese do elemento 105 um ano depois que eles o fizeram. O JINR e o GSI endossaram o relatório. [69]
Em 1994, a IUPAC publicou uma recomendação sobre a nomenclatura dos elementos disputados. Para o elemento 105, eles propuseram joliotium (Jl) em homenagem ao físico francês Frédéric Joliot-Curie , um contribuidor para o desenvolvimento da física e química nuclear; esse nome foi originalmente proposto pela equipe soviética para o elemento 102, que naquela época era chamado de nobélio . [72] Essa recomendação foi criticada pelos cientistas americanos por vários motivos. Em primeiro lugar, suas sugestões foram embaralhadas: os nomes rutherfórdio e hánio , originalmente sugeridos por Berkeley para os elementos 104 e 105, foram respectivamente reatribuídos aos elementos 106 e 108. Em segundo lugar, os elementos 104 e 105 receberam nomes favorecidos pelo JINR, apesar do reconhecimento anterior de LBL como um co-descobridor igual para ambos. Em terceiro lugar e mais importante, a IUPAC rejeitou o nome seabórgio para o elemento 106, tendo acabado de aprovar uma regra segundo a qual um elemento não poderia receber o nome de uma pessoa viva, embora o relatório de 1993 tivesse atribuído à equipa do LBL o crédito exclusivo pela sua descoberta. [73]
Em 1995, a IUPAC abandonou a regra controversa e estabeleceu um comitê de representantes nacionais com o objetivo de encontrar um compromisso. Eles sugeriram seaborgium para o elemento 106 em troca da remoção de todas as outras propostas americanas, exceto pelo nome estabelecido lawrencium para o elemento 103. O nome igualmente arraigado nobelium para o elemento 102 foi substituído por flerovium após Georgy Flerov, após o reconhecimento pelo relatório de 1993 de que esse elemento havia sido sintetizado pela primeira vez em Dubna. Isso foi rejeitado por cientistas americanos e a decisão foi retirada. [74] [3] O nome flerovium foi usado mais tarde para o elemento 114. [75]
Em 1996, a IUPAC realizou outra reunião, reconsiderou todos os nomes em mãos e aceitou outro conjunto de recomendações; foi aprovado e publicado em 1997. [76] O elemento 105 foi nomeado dubnium (Db), após Dubna na Rússia, a localização do JINR; as sugestões americanas foram usadas para os elementos 102, 103, 104 e 106. O nome dubnium havia sido usado para o elemento 104 na recomendação anterior da IUPAC. Os cientistas americanos aprovaram "relutantemente" esta decisão. [77] A IUPAC salientou que o laboratório de Berkeley já tinha sido reconhecido várias vezes, na atribuição de nomes ao berquélio , califórnio e amerício , e que a aceitação dos nomes rutherfórdio e seabórgio para os elementos 104 e 106 deveria ser compensada pelo reconhecimento das contribuições do JINR para a descoberta dos elementos 104, 105 e 106. [78]
Mesmo depois de 1997, o LBL ainda usou algumas vezes o nome hánio para o elemento 105 em seu próprio material, fazendo isso tão recentemente quanto em 2014. [79] [80] [81] [82] No entanto, o problema foi resolvido na literatura, pois Jens Volker Kratz, editor da Radiochimica Acta , recusou-se a aceitar artigos que não usassem a nomenclatura IUPAC de 1997. [83]
Isótopos

O dubnium, com número atômico de 105, é um elemento superpesado ; como todos os elementos com números atômicos tão altos, é muito instável. O isótopo de dubnium mais duradouro conhecido, 268 Db, tem uma meia-vida de cerca de um dia. [85] Nenhum isótopo estável foi visto, e um cálculo de 2012 pelo JINR sugeriu que as meias-vidas de todos os isótopos de dubnium não excederiam significativamente um dia. [84] [m] O dubnium só pode ser obtido por produção artificial. [n]
A curta meia-vida do dubnium limita a experimentação. Isso é exacerbado pelo fato de que os isótopos mais estáveis são os mais difíceis de sintetizar. [88] Elementos com um número atômico menor têm isótopos estáveis com uma proporção nêutron-próton menor do que aqueles com número atômico maior, o que significa que os núcleos alvo e de feixe que poderiam ser empregados para criar o elemento superpesado têm menos nêutrons do que o necessário para formar esses isótopos mais estáveis. (Diferentes técnicas baseadas em reações rápidas de captura e transferência de nêutrons estão sendo consideradas a partir da década de 2010, mas aquelas baseadas na colisão de um núcleo grande e pequeno ainda dominam a pesquisa na área.) [89] [90]
Apenas alguns átomos de 268 Db podem ser produzidos em cada experimento e, portanto, as vidas úteis medidas variam significativamente durante o processo. A partir de 2022, após experimentos adicionais realizados na Fábrica de Elementos Superpesados do JINR (que iniciou suas operações em 2019), a meia-vida de 268 Db é medida como16+6
−4horas. [12] O segundo isótopo mais estável, 270 Db, foi produzido em quantidades ainda menores: três átomos no total, com tempos de vida de 33,4 h, [91] 1,3 h e 1,6 h. [92] Esses dois são os isótopos mais pesados de dubnium até o momento, e ambos foram produzidos como resultado da decadência dos núcleos mais pesados 288 Mc e 294 Ts , em vez de diretamente, porque os experimentos que os produziram foram originalmente projetados em Dubna para feixes de 48 Ca. [93] Por sua massa, 48 Ca tem de longe o maior excesso de nêutrons de todos os núcleos praticamente estáveis, tanto quantitativos quanto relativos, [85] o que correspondentemente ajuda a sintetizar núcleos superpesados com mais nêutrons, mas esse ganho é compensado pela diminuição da probabilidade de fusão para números atômicos altos. [94]
Propriedades previstas
De acordo com a lei periódica , o dúbnio deve pertencer ao grupo 5, com o vanádio , o nióbio e o tântalo . Vários estudos investigaram as propriedades do elemento 105 e descobriram que elas geralmente concordavam com as previsões da lei periódica. Desvios significativos podem, no entanto, ocorrer, devido a efeitos relativísticos , [o] que alteram drasticamente as propriedades físicas em escalas atômicas e macroscópicas. Essas propriedades permaneceram desafiadoras para medir por várias razões: as dificuldades de produção de átomos superpesados, as baixas taxas de produção, que só permitem escalas microscópicas, os requisitos para um laboratório de radioquímica para testar os átomos, as meias-vidas curtas desses átomos e a presença de muitas atividades indesejadas além daquelas de síntese de átomos superpesados. Até agora, os estudos foram realizados apenas em átomos individuais. [3]
Atômico e físico

Um efeito relativístico direto é que, à medida que os números atômicos dos elementos aumentam, os elétrons mais internos começam a girar mais rápido em torno do núcleo como resultado de um aumento da atração eletromagnética entre um elétron e um núcleo. Efeitos semelhantes foram encontrados para os orbitais s mais externos (e p 1/2 , embora no dúbnio eles não sejam ocupados): por exemplo, o orbital 7s se contrai em 25% em tamanho e é estabilizado em 2,6 eV . [3]
Um efeito mais indireto é que os orbitais s e p 1/2 contraídos protegem a carga do núcleo de forma mais eficaz, deixando menos para os elétrons d e f externos, que portanto se movem em orbitais maiores. O dubnium é muito afetado por isso: ao contrário dos membros anteriores do grupo 5, seus elétrons 7s são ligeiramente mais difíceis de extrair do que seus elétrons 6d. [3]

Outro efeito é a interação spin-órbita , particularmente a divisão spin-órbita, que divide a subcamada 6d — o número quântico azimutal ℓ da camada ad é 2 — em duas subcamadas, com quatro dos dez orbitais tendo seu ℓ reduzido para 3/2 e seis elevados para 5/2. Todos os dez níveis de energia são elevados; quatro deles são mais baixos do que os outros seis. (Os três elétrons 6d normalmente ocupam os níveis de energia mais baixos, 6d 3/2 .) [3]
Um átomo de dubnium ionizado individualmente (Db + ) deve perder um elétron 6d em comparação com um átomo neutro; os átomos duplamente (Db 2+ ) ou triplamente (Db 3+ ) ionizados de dubnium devem eliminar elétrons 7s, ao contrário de seus homólogos mais leves. Apesar das mudanças, espera-se que o dubnium ainda tenha cinco elétrons de valência. Como os orbitais 6d do dubnium são mais desestabilizados do que os 5d do tântalo, e espera-se que o Db 3+ tenha dois elétrons 6d, em vez de 7s, restantes, espera-se que o estado de oxidação +3 resultante seja instável e ainda mais raro do que o do tântalo. O potencial de ionização do dubnium em seu estado de oxidação máximo +5 deve ser ligeiramente menor do que o do tântalo e o raio iônico do dubnium deve aumentar em comparação ao tântalo; isso tem um efeito significativo na química do dubnium. [3]
Os átomos de dubnium no estado sólido devem se organizar em uma configuração cúbica de corpo centrado , como os elementos anteriores do grupo 5. [4] A densidade prevista do dubnium é de 21,6 g/cm 3 . [5]
Químico

A química computacional é mais simples na química da fase gasosa , na qual as interações entre moléculas podem ser ignoradas como insignificantes. Vários autores [3] pesquisaram o pentacloreto de dubnium; cálculos mostram que ele é consistente com as leis periódicas ao exibir as propriedades de um composto de um elemento do grupo 5. Por exemplo, os níveis orbitais moleculares indicam que o dubnium usa três níveis de elétrons 6d, conforme o esperado. Comparado ao seu análogo de tântalo, espera-se que o pentacloreto de dubnium mostre um caráter covalente aumentado : uma diminuição na carga efetiva em um átomo e um aumento na população de sobreposição (entre orbitais de dubnium e cloro). [3]
Cálculos da química da solução indicam que o estado máximo de oxidação do dubnium, +5, será mais estável do que os do nióbio e do tântalo e os estados +3 e +4 serão menos estáveis. A tendência para a hidrólise de cátions com o maior estado de oxidação deve continuar a diminuir dentro do grupo 5, mas ainda é esperado que seja bastante rápida. Espera-se que a complexação do dubnium siga as tendências do grupo 5 em sua riqueza. Cálculos para complexos de hidroxicloreto mostraram uma reversão nas tendências de formação de complexos e extração de elementos do grupo 5, com o dubnium sendo mais propenso a fazê-lo do que o tântalo. [3]
Química experimental
Resultados experimentais da química do dubnium datam de 1974 e 1976. Os pesquisadores do JINR usaram um sistema termocromatográfico e concluíram que a volatilidade do brometo de dubnium era menor do que a do brometo de nióbio e quase a mesma do brometo de háfnio. Não é certo que os produtos de fissão detectados confirmaram que o pai era de fato o elemento 105. Esses resultados podem implicar que o dubnium se comporta mais como háfnio do que como nióbio. [3]
Os próximos estudos sobre a química do dubnium foram conduzidos em 1988, em Berkeley. Eles examinaram se o estado de oxidação mais estável do dubnium em solução aquosa era +5. O dubnium foi fumado duas vezes e lavado com ácido nítrico concentrado ; a sorção do dubnium em lamínulas de vidro foi então comparada com a dos elementos do grupo 5 nióbio e tântalo e os elementos do grupo 4 zircônio e háfnio produzidos sob condições semelhantes. Os elementos do grupo 5 são conhecidos por sorver em superfícies de vidro; os elementos do grupo 4 não. O dubnium foi confirmado como um membro do grupo 5. Surpreendentemente, o comportamento na extração de solução mista de ácido nítrico e fluorídrico em metil isobutil cetona diferiu entre dubnium, tântalo e nióbio. O dubnium não extraiu e seu comportamento se assemelhava mais ao nióbio do que ao tântalo, indicando que o comportamento de complexação não poderia ser previsto puramente a partir de simples extrapolações de tendências dentro de um grupo na tabela periódica. [3]
Isso levou a uma exploração mais aprofundada do comportamento químico dos complexos de dubnium. Vários laboratórios conduziram em conjunto milhares de experimentos cromatográficos repetitivos entre 1988 e 1993. Todos os elementos do grupo 5 e o protactínio foram extraídos do ácido clorídrico concentrado ; após a mistura com concentrações mais baixas de cloreto de hidrogênio, pequenas quantidades de fluoreto de hidrogênio foram adicionadas para iniciar a reextração seletiva. O dubnium apresentou comportamento diferente do tântalo, mas semelhante ao do nióbio e seu pseudohomólogo protactínio em concentrações de cloreto de hidrogênio abaixo de 12 mols por litro . Essa semelhança com os dois elementos sugeriu que o complexo formado era DbOX-
4ou [Db(OH)
2X
4]−
. Após experimentos de extração de dubnium do brometo de hidrogênio em diisobutil carbinol (2,6-dimetilheptan-4-ol), um extratante específico para protactínio, com eluições subsequentes com a mistura de cloreto de hidrogênio/fluoreto de hidrogênio, bem como cloreto de hidrogênio, o dubnium foi considerado menos propenso à extração do que o protactínio ou o nióbio. Isso foi explicado como uma tendência crescente de formar complexos não extraíveis de múltiplas cargas negativas. Outros experimentos em 1992 confirmaram a estabilidade do estado +5: Db(V) mostrou ser extraível de colunas de troca catiônica com α-hidroxiisobutirato, como os elementos do grupo 5 e o protactínio; Db(III) e Db(IV) não eram. Em 1998 e 1999, novas previsões sugeriram que o dubnium seria extraído quase tão bem quanto o nióbio e melhor do que o tântalo de soluções de haleto, o que foi confirmado posteriormente. [3]
Os primeiros experimentos de cromatografia gasosa isotérmica foram realizados em 1992 com 262 Db (meia-vida de 35 segundos). As volatilidades para nióbio e tântalo foram semelhantes dentro dos limites de erro, mas o dubnium pareceu ser significativamente menos volátil. Foi postulado que traços de oxigênio no sistema podem ter levado à formação de DbOBr
3, que foi previsto ser menos volátil que o DbBr
5. Experimentos posteriores em 1996 mostraram que os cloretos do grupo 5 eram mais voláteis do que os brometos correspondentes, com exceção do tântalo, provavelmente devido à formação de TaOCl
3. Estudos posteriores de volatilidade de cloretos de dubnium e nióbio como uma função de pressões parciais controladas de oxigênio mostraram que a formação de oxicloretos e a volatilidade geral são dependentes de concentrações de oxigênio. Os oxicloretos mostraram ser menos voláteis do que os cloretos. [3]
Em 2004–05, pesquisadores de Dubna e Livermore identificaram um novo isótopo de dubnium, 268 Db, como um produto de decaimento alfa quíntuplo do elemento recém-criado 115 . Este novo isótopo provou ser duradouro o suficiente para permitir mais experimentos químicos, com uma meia-vida de mais de um dia. No experimento de 2004, uma fina camada com dubnium foi removida da superfície do alvo e dissolvida em água régia com traçadores e um transportador de lantânio , do qual várias espécies +3, +4 e +5 foram precipitadas pela adição de hidróxido de amônio . O precipitado foi lavado e dissolvido em ácido clorídrico, onde se converteu para a forma de nitrato e foi então seco em um filme e contado. Contendo principalmente uma espécie +5, que foi imediatamente atribuída ao dubnium, também tinha uma espécie +4; com base nesse resultado, a equipe decidiu que uma separação química adicional era necessária. Em 2005, o experimento foi repetido, com o produto final sendo hidróxido em vez de precipitado de nitrato, que foi processado posteriormente em Livermore (com base em cromatografia de fase reversa) e Dubna (com base em cromatografia de troca aniônica). A espécie +5 foi efetivamente isolada; o dubnium apareceu três vezes em frações somente de tântalo e nunca em frações somente de nióbio. Foi notado que esses experimentos foram insuficientes para tirar conclusões sobre o perfil químico geral do dubnium. [95]
Em 2009, no acelerador tandem JAEA no Japão, o dubnium foi processado em solução de ácido nítrico e fluorídrico, em concentrações onde o nióbio forma NbOF-
4e o tântalo forma TaF-
6. O comportamento do dubnio foi próximo ao do nióbio, mas não ao do tântalo; foi então deduzido que o dubnio formou DbOF-
4. A partir das informações disponíveis, concluiu-se que o dubnium frequentemente se comportava como o nióbio, às vezes como o protactínio, mas raramente como o tântalo. [96]
Em 2021, os oxicloretos voláteis do grupo 5 pesado MOCl 3 (M = Nb, Ta, Db) foram estudados experimentalmente no acelerador tandem JAEA. A tendência nas volatilidades foi encontrada como NbOCl 3 > TaOCl 3 ≥ DbOCl 3 , de modo que o dubnium se comporta de acordo com as tendências periódicas. [97]
Notas
- ^ Na física nuclear , um elemento é chamado pesado se seu número atômico for alto; chumbo (elemento 82) é um exemplo de um elemento tão pesado. O termo "elementos superpesados" normalmente se refere a elementos com número atômico maior que 103 (embora existam outras definições, como número atômico maior que 100 [14] ou 112 ; [15] às vezes, o termo é apresentado como um equivalente ao termo "transactinídeo", que coloca um limite superior antes do início da série hipotética de superactinídeos ). [16] Os termos "isótopos pesados" (de um dado elemento) e "núcleos pesados" significam o que poderia ser entendido na linguagem comum — isótopos de alta massa (para o dado elemento) e núcleos de alta massa, respectivamente.
- ^ Em 2009, uma equipe do JINR liderada por Oganessian publicou os resultados de sua tentativa de criar hássio em uma reação simétrica 136 Xe + 136 Xe. Eles falharam em observar um único átomo em tal reação, colocando o limite superior na seção transversal, a medida de probabilidade de uma reação nuclear, como 2,5 pb . [17] Em comparação, a reação que resultou na descoberta do hássio, 208 Pb + 58 Fe, teve uma seção transversal de ~20 pb (mais especificamente, 19+19
-11 pb), conforme estimado pelos descobridores. [18] - ^ A quantidade de energia aplicada à partícula do feixe para acelerá-la também pode influenciar o valor da seção transversal. Por exemplo, no28
14Si
+1
0e
→28
13Todos
+1
1p
reação, a seção transversal muda suavemente de 370 mb a 12,3 MeV para 160 mb a 18,3 MeV, com um pico amplo a 13,5 MeV com o valor máximo de 380 mb. [22] - ^ Este número também marca o limite superior geralmente aceito para a vida útil de um núcleo composto. [27]
- ^ Esta separação é baseada no fato de que os núcleos resultantes passam pelo alvo mais lentamente do que os núcleos do feixe não reagido. O separador contém campos elétricos e magnéticos cujos efeitos em uma partícula em movimento se cancelam para uma velocidade específica de uma partícula. [29] Tal separação também pode ser auxiliada por uma medição de tempo de voo e uma medição de energia de recuo; uma combinação dos dois pode permitir estimar a massa de um núcleo. [30]
- ^ Nem todos os modos de decaimento são causados pela repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [37]
- ^ Já era sabido na década de 1960 que os estados fundamentais dos núcleos diferiam em energia e forma, bem como que certos números mágicos de núcleons correspondiam a uma maior estabilidade de um núcleo. No entanto, presumia-se que não havia estrutura nuclear em núcleos superpesados, pois eles eram muito deformados para formar uma. [42]
- ^ Como a massa de um núcleo não é medida diretamente, mas sim calculada a partir da de outro núcleo, tal medição é chamada indireta. Medições diretas também são possíveis, mas na maior parte elas permaneceram indisponíveis para núcleos superpesados. [47] A primeira medição direta da massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [48] A massa foi determinada a partir da localização de um núcleo após a transferência (a localização ajuda a determinar sua trajetória, que está ligada à razão massa-carga do núcleo, uma vez que a transferência foi feita na presença de um ímã). [49]
- ^ Se a decadência ocorresse no vácuo, então, como o momento total de um sistema isolado antes e depois da decadência deve ser preservado , o núcleo filho também receberia uma pequena velocidade. A razão das duas velocidades e, consequentemente, a razão das energias cinéticas, seria inversa à razão das duas massas. A energia de decaimento é igual à soma da energia cinética conhecida da partícula alfa e da do núcleo filho (uma fração exata da primeira). [38] Os cálculos também são válidos para um experimento, mas a diferença é que o núcleo não se move após a decadência porque está preso ao detector.
- ^ A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [50] um cientista líder no JINR, e, portanto, era um "cavalinho de pau" para a instalação. [51] Em contraste, os cientistas do LBL acreditavam que as informações sobre a fissão não eram suficientes para uma reivindicação de síntese de um elemento. Eles acreditavam que a fissão espontânea não havia sido estudada o suficiente para usá-la para a identificação de um novo elemento, uma vez que havia uma dificuldade em estabelecer que um núcleo composto havia apenas ejetado nêutrons e não partículas carregadas como prótons ou partículas alfa. [27] Eles, portanto, preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por decaimentos alfa sucessivos. [50]
- ^ Por exemplo, o elemento 102 foi identificado erroneamente em 1957 no Instituto Nobel de Física em Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suécia . [52] Não houve reivindicações definitivas anteriores de criação deste elemento, e o elemento recebeu um nome de seus descobridores suecos, americanos e britânicos, nobélio . Mais tarde, foi demonstrado que a identificação estava incorreta. [53] No ano seguinte, a RL não conseguiu reproduzir os resultados suecos e anunciou, em vez disso, sua síntese do elemento; essa afirmação também foi refutada mais tarde. [53] O JINR insistiu que eles foram os primeiros a criar o elemento e sugeriram um nome próprio para o novo elemento, joliotium ; [54] o nome soviético também não foi aceito (o JINR mais tarde se referiu à nomeação do elemento 102 como "precipitada"). [55] Este nome foi proposto à IUPAC numa resposta escrita à sua decisão sobre a prioridade das reivindicações de descoberta de elementos, assinada em 29 de setembro de 1992. [55] O nome "nobélio" permaneceu inalterado devido ao seu uso generalizado. [56]
- ^ Esta notação significa que o núcleo é um isômero nuclear que decai por fissão espontânea.
- ^ O valor experimental atual é 16+6
−4 horas para 268 Db, mas a lei estatística dos grandes números , na qual a determinação das meias-vidas se baseia, não pode ser aplicada diretamente devido a um número muito limitado de experimentos (decaimentos). A faixa de incerteza é uma indicação de que o período de meia-vida está dentro dessa faixa com 95% de probabilidade. - ^ A teoria moderna do núcleo atômico não sugere um isótopo de dubnium de longa duração, mas afirmações foram feitas no passado de que isótopos desconhecidos de elementos superpesados existiam primordialmente na Terra: por exemplo, tal afirmação foi levantada para 267 108 de uma meia-vida de 400 a 500 milhões de anos em 1963 [86] ou 292 122 de uma meia-vida de mais de 100 milhões de anos em 2009; [87] nenhuma das afirmações foi aceita.
- ^ Efeitos relativísticos surgem quando um objeto se move a velocidades comparáveis à velocidade da luz; em átomos pesados, os objetos que se movem rapidamente são os elétrons.
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