Einsteinium

Einsteinium,  99 Es
Frasco de quartzo (9 mm de diâmetro) contendo ~300 microgramas de 253Es sólido. A iluminação produzida é resultado da radiação intensa de 253Es.
Einsteinium
Pronúncia/ n ˈ s t n i ə m / ​( een- STY -nee-əm )
Aparênciaprateado; brilha em azul no escuro
Número de massa[252]
Einsteinio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Cripton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Estanho Antimônio Telúrio Iodo Xenônio
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radônio
Frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Amerício Cúrio Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Laurêncio Rutherfórdio Dúbnio Seabórgio Bóvrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgênio Copernício Niônio Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson
Ho

É

califórnioeinstênioférmio
Número atômico ( Z )99
Grupogrupos de blocos f (sem número)
Períodoperíodo 7
Bloquear  bloco f
Configuração eletrônica[ Rn ] 5f 11 7s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão1133  K (860 °C, 1580 °F)
Ponto de ebulição1269 K (996 °C, 1825 °F) (estimado)
Densidade (próximo  à temperatura ambiente )8,84 g/ cm3
Propriedades atômicas
Estados de oxidaçãocomum: +3
+2, [1] +4
EletronegatividadeEscala de Pauling: 1,3
Energias de ionização
  • 1º: 619 kJ/mol
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de einstênio
Outras propriedades
Ocorrência naturalsintético
Estrutura cristalinacúbica de face (FCC)
Estrutura cristalina cúbica de face centrada para einstênio
Ordenação magnéticaparamagnético
Número CAS7429-92-7
História
Nomeaçãodepois de Albert Einstein
DescobertaLaboratório Nacional Lawrence Berkeley (1952)
Isótopos de einstênio
Principais isótopos [2] Decadência
abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produto
252 Es sintetizador 471,7 dias um 248 Livros
e 252 Cf
β 252 FM
253 É sintetizador 20,47 dias SF
um 249 Livros
254 É sintetizador 275,7 dias e 254 Cf
β 254 FM
um 250 Livros
255 É sintetizador 39,8 dias β 255 FM
um 251 Livros
SF
 Categoria: Einsteinium
| referências

Einsteinium é um elemento químico sintético ; tem símbolo Es e número atômico 99. Recebeu o nome de Albert Einstein e é um membro da série dos actinídeos , sendo o sétimo elemento transurânico .

O einstênio foi descoberto como um componente dos destroços da primeira explosão de bomba de hidrogênio em 1952. Seu isótopo mais comum , o einstênio-253 ( 253 Es; meia-vida de 20,47 dias), é produzido artificialmente a partir da decomposição do califórnio -253 em alguns reatores nucleares dedicados de alta potência com um rendimento total da ordem de um miligrama por ano. A síntese do reator é seguida por um processo complexo de separação do einstênio-253 de outros actinídeos e produtos de sua decomposição. Outros isótopos são sintetizados em vários laboratórios, mas em quantidades muito menores, bombardeando elementos actinídeos pesados ​​com íons leves. Devido às pequenas quantidades de einstênio produzido e à curta meia-vida de seu isótopo mais comum, não há aplicações práticas para ele, exceto a pesquisa científica básica. Em particular, o einstênio foi usado para sintetizar, pela primeira vez, 17 átomos do novo elemento mendelévio em 1955.

Einsteinium é um metal macio, prateado e paramagnético . Sua química é típica dos actinídeos tardios, com preponderância do estado de oxidação +3 ; o estado de oxidação +2 também é acessível, especialmente em sólidos. A alta radioatividade do 253 Es produz um brilho visível e danifica rapidamente sua estrutura metálica cristalina, com calor liberado de cerca de 1000 watts por grama. Estudar suas propriedades é difícil devido à decadência do 253 Es para berquélio -249 e depois califórnio-249 a uma taxa de cerca de 3% ao dia. O isótopo de einstênio de vida mais longa, 252 Es (meia-vida de 471,7 dias) seria mais adequado para investigação de propriedades físicas, mas provou ser muito mais difícil de produzir e está disponível apenas em quantidades mínimas, não a granel. [3] O einstênio é o elemento com maior número atômico que foi observado em quantidades macroscópicas em sua forma pura como einstênio-253. [4]

Como todos os elementos transurânicos sintéticos, os isótopos de einstênio são muito radioativos e considerados altamente perigosos para a saúde quando ingeridos. [5]

História

O einstênio foi observado pela primeira vez na precipitação do teste nuclear Ivy Mike .

O einstênio foi identificado pela primeira vez em dezembro de 1952 por Albert Ghiorso e colaboradores da Universidade da Califórnia, Berkeley, em colaboração com os Laboratórios Nacionais Argonne e Los Alamos , na precipitação do teste nuclear Ivy Mike . [6] O teste foi feito em 1º de novembro de 1952, no Atol de Enewetak, no Oceano Pacífico , e foi o primeiro teste bem-sucedido de uma arma termonuclear . [7] O exame inicial dos destroços da explosão mostrou a produção de um novo isótopo de plutônio .244
94
Pu
, que só poderia ter se formado pela absorção de seis nêutrons por um núcleo de urânio-238, seguido por dois decaimentos beta .

Na época, a absorção de múltiplos nêutrons era considerada um processo extremamente raro, mas a identificação de 244 Pu indicou que ainda mais nêutrons poderiam ter sido capturados pelo urânio, produzindo novos elementos mais pesados ​​que o califórnio . [7]

O elemento foi descoberto por uma equipe liderada por Albert Ghiorso .

Ghiorso e colaboradores analisaram papéis de filtro que tinham voado através da nuvem de explosão em aviões (a mesma técnica de amostragem que tinha sido usada para descobrir 244 Pu). [8] Quantidades maiores de material radioativo foram posteriormente isoladas de detritos de corais do atol, que foram entregues aos EUA. [7] A separação de novos elementos suspeitos foi realizada na presença de uma solução tampão de ácido cítrico / amônio em um meio fracamente ácido ( pH ≈ 3,5), usando troca iônica em temperaturas elevadas; menos de 200 átomos de einstênio foram recuperados no final. [9] No entanto, o elemento 99, einstênio, ou seja, 253 Es, pôde ser detectado por meio de seu decaimento alfa característico de alta energia a 6,6 MeV. [7] Foi produzido pela captura de 15 nêutrons por núcleos de urânio-238 seguido por sete decaimentos beta e teve uma meia-vida de 20,5 dias. Essa absorção múltipla de nêutrons foi possível devido à alta densidade de fluxo de nêutrons durante a detonação, de modo que os isótopos pesados ​​recém-gerados tinham muitos nêutrons disponíveis para absorver antes que pudessem se desintegrar em elementos mais leves. A captura de nêutrons inicialmente aumentou o número de massa sem alterar o número atômico do nuclídeo, e os decaimentos beta concomitantes resultaram em um aumento gradual no número atômico: [7]

Cerca de 238 átomos de U, no entanto, poderiam absorver dois nêutrons adicionais (para um total de 17), resultando em 255 Es, bem como no isótopo 255 Fm de outro novo elemento, o férmio . [10] A descoberta dos novos elementos e os novos dados associados à captura de múltiplos nêutrons foram inicialmente mantidos em segredo por ordem dos militares dos EUA até 1955 devido às tensões da Guerra Fria e à competição com a União Soviética em tecnologias nucleares. [7] [11] [12] No entanto, a captura rápida de tantos nêutrons forneceria a necessária confirmação experimental direta da absorção de múltiplos nêutrons do processo r necessária para explicar a nucleossíntese cósmica (produção) de certos elementos pesados ​​(mais pesados ​​que o níquel) em supernovas , antes do decaimento beta . Tal processo é necessário para explicar a existência de muitos elementos estáveis ​​no universo. [13]

Entretanto, isótopos do elemento 99 (bem como do novo elemento 100, o férmio ) foram produzidos nos laboratórios de Berkeley e Argonne, numa reacção nuclear entre o azoto -14 e o urânio-238, [14] e mais tarde por intensa irradiação de neutrões de plutónio ou califórnio :

Esses resultados foram publicados em vários artigos em 1954, com a ressalva de que esses não foram os primeiros estudos realizados sobre os elementos. [15] [16] [17] [18] [19] A equipe de Berkeley também relatou alguns resultados sobre as propriedades químicas do einstênio e do férmio. [20] [21] Os resultados da Ivy Mike foram desclassificados e publicados em 1955. [11]

O elemento recebeu esse nome em homenagem a Albert Einstein .

Na descoberta dos elementos 99 e 100, as equipes americanas competiram com um grupo do Instituto Nobel de Física, Estocolmo , Suécia . No final de 1953 – início de 1954, o grupo sueco conseguiu sintetizar isótopos leves do elemento 100, em particular 250 Fm, bombardeando urânio com núcleos de oxigênio. Esses resultados também foram publicados em 1954. [22] No entanto, a prioridade da equipe de Berkeley foi geralmente reconhecida, pois suas publicações precederam o artigo sueco e foram baseadas nos resultados não divulgados anteriormente da explosão termonuclear de 1952; assim, a equipe de Berkeley recebeu o privilégio de nomear os novos elementos. Como o esforço que levou ao design de Ivy Mike recebeu o codinome Projeto PANDA, [23] o elemento 99 foi apelidado de brincadeira de "Pandemonium" [24], mas os nomes oficiais sugeridos pelo grupo de Berkeley derivaram de dois cientistas proeminentes, Einstein e Fermi: "Sugerimos para o nome do elemento com o número atômico 99, einstênio (símbolo E) em homenagem a Albert Einstein e para o nome do elemento com número atômico 100, férmio (símbolo Fm), em homenagem a Enrico Fermi ." [11] Tanto Einstein quanto Fermi morreram entre o momento em que os nomes foram originalmente propostos e quando foram anunciados. A descoberta desses novos elementos foi anunciada por Albert Ghiorso na primeira Conferência Atômica de Genebra realizada de 8 a 20 de agosto de 1955. [7] O símbolo do einstênio foi dado pela primeira vez como "E" e posteriormente alterado para "Es" pela IUPAC. [25] [26]

Características

Físico

Brilho devido à radiação intensa de ~300 μg de 253 Es. [27]

Einsteinium é um metal sintético, prateado e radioativo. Na tabela periódica , ele está localizado à direita do actinídeo califórnio , à esquerda do actinídeo férmio e abaixo do lantanídeo hólmio , com o qual compartilha muitas semelhanças em propriedades físicas e químicas. Sua densidade de 8,84 g/cm 3 é menor que a do califórnio (15,1 g/cm 3 ) e é quase a mesma que a do hólmio (8,79 g/cm 3 ), apesar do einstênio ser muito mais pesado por átomo do que o hólmio. O ponto de fusão do einstênio (860 °C) também é relativamente baixo - abaixo do califórnio (900 °C), férmio (1527 °C) e hólmio (1461 °C). [5] [28] O einstênio é um metal macio, com um módulo de volume de apenas 15 GPa, um dos mais baixos entre os metais não alcalinos . [29]

Ao contrário dos actinídeos mais leves califórnio , berquélio , cúrio e amerício , que cristalizam em uma estrutura hexagonal dupla em condições ambientais; acredita-se que o einstênio tenha uma simetria cúbica de face centrada ( fcc ) com o grupo espacial Fm 3 m e a constante de rede a = 575 pm . No entanto, há um relato de metal einstênio hexagonal em temperatura ambiente com a = 398 pm e c = 650 pm , que se converteu para a fase fcc após aquecimento a 300 °C. [30]

O autodano induzido pela radioatividade do einstênio é tão forte que destrói rapidamente a rede cristalina, [31] e a liberação de energia durante esse processo, 1000 watts por grama de 253 Es, induz um brilho visível. [4] Esses processos podem contribuir para a densidade e o ponto de fusão relativamente baixos do einstênio. [32] Além disso, devido ao pequeno tamanho das amostras disponíveis, o ponto de fusão do einstênio era frequentemente deduzido pela observação da amostra sendo aquecida dentro de um microscópio eletrônico. [33] Assim, os efeitos de superfície em pequenas amostras podem reduzir o ponto de fusão.

O metal é trivalente e tem uma volatilidade notavelmente alta. [34] Para reduzir os danos da auto-radiação, a maioria das medições de einstênio sólido e seus compostos são realizadas logo após o recozimento térmico. [35] Além disso, alguns compostos são estudados sob a atmosfera do gás redutor, por exemplo H 2 O+ HCl para EsOCl, de modo que a amostra é parcialmente regenerada durante sua decomposição. [36]

Além da autodestruição do einstênio sólido e seus compostos, outras dificuldades intrínsecas no estudo deste elemento incluem a escassez – o isótopo mais comum 253 Es está disponível apenas uma ou duas vezes por ano em quantidades submiligramas – e a autocontaminação devido à rápida conversão do einstênio em berquélio e depois em califórnio a uma taxa de cerca de 3,3% ao dia: [37] [38] [39]

Assim, a maioria das amostras de einstênio são contaminadas, e suas propriedades intrínsecas são frequentemente deduzidas pela extrapolação de dados experimentais acumulados ao longo do tempo. Outras técnicas experimentais para contornar o problema de contaminação incluem excitação óptica seletiva de íons de einstênio por um laser ajustável, como no estudo de suas propriedades de luminescência. [40]

As propriedades magnéticas foram estudadas para o metal einstênio, seu óxido e fluoreto. Todos os três materiais apresentaram comportamento paramagnético de Curie-Weiss do hélio líquido à temperatura ambiente. Os momentos magnéticos efetivos foram deduzidos como10,4 ± 0,3  μ B para Es 2 O 3 e11,4 ± 0,3  μ B para o EsF 3 , que são os maiores valores entre os actinídeos, e as temperaturas de Curie correspondentes são 53 e 37 K. [41] [42]

Químico

Como todos os actinídeos, o einstênio é bastante reativo. Seu estado de oxidação trivalente é mais estável em sólidos e soluções aquosas, onde induz uma cor rosa claro. [43] A existência de einstênio divalente está firmemente estabelecida, especialmente na fase sólida; tal estado +2 não é observado em muitos outros actinídeos, incluindo protactínio , urânio , neptúnio , plutônio , cúrio e berquélio . Os compostos de einstênio (II) podem ser obtidos, por exemplo, pela redução de einstênio (III) com cloreto de samário (II) . [44]

Isótopos

Dezoito isótopos e quatro isômeros nucleares são conhecidos para o einstênio, com números de massa de 240–257. [2] Todos são radioativos; o mais estável, 252 Es, tem meia-vida de 471,7 dias. [45] Os próximos isótopos mais estáveis ​​são 254 Es (meia-vida de 275,7 dias), [46] 255 Es (39,8 dias) e 253 Es (20,47 dias). Todos os outros isótopos têm meias-vidas menores que 40 horas, a maioria menor que 30 minutos. Dos cinco isômeros, o mais estável é 254m Es com meia-vida de 39,3 horas. [2]

Fissão nuclear

O einstênio tem uma alta taxa de fissão nuclear que resulta em uma baixa massa crítica . Essa massa é de 9,89 quilos para uma esfera nua de 254 Es, e pode ser reduzida para 2,9 kg adicionando um refletor de nêutrons de aço de 30 centímetros de espessura , ou mesmo para 2,26 kg com um refletor de 20 cm de espessura feito de água. No entanto, mesmo essa pequena massa crítica excede em muito a quantidade total de einstênio isolado até agora, especialmente do raro 254 Es. [47]

Ocorrência natural

Devido à curta meia-vida de todos os isótopos de einstênio, qualquer einstênio primordial — isto é, einstênio que poderia estar presente na Terra em sua formação — há muito tempo decaiu. A síntese de einstênio a partir de urânio e tório naturais na crosta terrestre requer captura múltipla de nêutrons, um evento extremamente improvável. Portanto, todo o einstênio na Terra é produzido em laboratórios, reatores nucleares de alta potência ou testes nucleares , e existe apenas alguns anos após o momento da síntese. [9]

Os elementos transurânicos amerício a férmio , incluindo einstênio, foram criados no reator de fissão nuclear natural de Oklo , mas quaisquer quantidades produzidas então teriam decaído há muito tempo. [48]

O einstênio foi teoricamente observado no espectro da Estrela de Przybylski . [49] No entanto, a principal autora dos estudos que encontraram einstênio e outros actinídeos de vida curta na Estrela de Przybylski, Vera F. Gopka, admitiu que "a posição das linhas dos elementos radioativos sob busca foi simplesmente visualizada no espectro sintético como marcadores verticais porque não há dados atômicos para essas linhas, exceto para seus comprimentos de onda (Sansonetti et al. 2004), permitindo calcular seus perfis com intensidades mais ou menos reais." [50] Os espectros de assinatura dos isótopos de einstênio foram desde então analisados ​​de forma abrangente experimentalmente (em 2021), [51] embora não haja nenhuma pesquisa publicada confirmando se as assinaturas de einstênio teorizadas propostas para serem encontradas no espectro da estrela correspondem aos resultados determinados em laboratório.

Síntese e extração

Evolução inicial da produção de einstênio nos EUA [52]

O einstênio é produzido em quantidades mínimas bombardeando actinídeos mais leves com nêutrons em reatores nucleares dedicados de alto fluxo . As principais fontes de irradiação do mundo são o Reator de Isótopos de Alto Fluxo (HFIR) de 85 megawatts no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL), Tennessee, EUA, [53] e o reator de loop SM-2 no Instituto de Pesquisa de Reatores Atômicos (NIIAR) em Dimitrovgrad, Rússia , [54] ambos dedicados à produção de elementos transcúrio ( Z >96). Essas instalações têm níveis de potência e fluxo semelhantes e espera-se que tenham capacidades de produção comparáveis ​​para elementos transcúrio, [55] embora as quantidades produzidas no NIIAR não sejam amplamente divulgadas. Em uma "campanha de processamento típica" no ORNL, dezenas de gramas de cúrio são irradiadas para produzir quantidades de decigramas de califórnio , miligramas de berquélio ( 249 Bk) e einstênio e picogramas de férmio . [56] [57]

A primeira amostra microscópica de 253 Es pesando cerca de 10 nanogramas foi preparada em 1961 no HFIR. Uma balança magnética especial foi projetada para estimar seu peso. [5] [58] Lotes maiores foram produzidos posteriormente a partir de vários quilos de plutônio com rendimentos de einstênio (principalmente 253 Es) de 0,48 miligrama em 1967-1970, 3,2 miligramas em 1971-1973, seguidos por uma produção constante de cerca de 3 miligramas por ano entre 1974 e 1978. [59] Essas quantidades, no entanto, referem-se à quantidade integral no alvo logo após a irradiação. Os procedimentos de separação subsequentes reduziram a quantidade de einstênio isotopicamente puro em cerca de dez vezes. [55]

Síntese laboratorial

A irradiação pesada de nêutrons do plutônio resulta em quatro isótopos principais de einstênio: 253 Es (emissor α; meia-vida de 20,47 dias, meia-vida de fissão espontânea de 7×10 5 anos); 254m Es (emissor β, meia-vida de 39,3 horas), 254 Es (emissor α, meia-vida de 276 dias) e 255 Es (emissor β, meia-vida de 39,8 dias). [60] [61] Uma rota alternativa envolve o bombardeio de urânio-238 com feixes de íons de nitrogênio ou oxigênio de alta intensidade. [62]

247 Es (meia-vida de 4,55 min) foi produzido pela irradiação de 241 Am com íons de carbono ou 238 U com íons de nitrogênio. [63] A última reação foi realizada pela primeira vez em 1967 em Dubna, Rússia, e os cientistas envolvidos receberam o Prêmio Lenin Komsomol . [64]

248 Es foi produzido pela irradiação de 249 Cf com íons de deutério . Ele decai principalmente em β para 248 Cf com uma meia-vida de25 ± 5 minutos, mas também libera partículas α de 6,87 MeV; a proporção de β para partículas α é de cerca de 400. [65]

249, 250, 251, 252 Es foram obtidos bombardeando 249 Bk com partículas α. De um a quatro nêutrons são liberados, então quatro isótopos diferentes são formados em uma reação. [66]

253 Es foi produzido pela irradiação de um alvo de 252 Cf de 0,1–0,2 miligramas com um fluxo de nêutrons térmicos de (2–5)×10 14 nêutrons/(cm 2 ·s) por 500–900 horas: [67]

Em 2020, cientistas do ORNL criaram cerca de 200 nanogramas de 254 Es; permitindo que algumas propriedades químicas do elemento fossem estudadas pela primeira vez. [68]

Síntese em explosões nucleares

Rendimento estimado de elementos transurânicos nos testes nucleares dos EUA Hutch e Cyclamen. [69]

A análise dos destroços no teste nuclear Ivy Mike de 10 megatons foi parte de um projeto de longo prazo. Um dos objetivos era estudar a eficiência da produção de elementos transurânicos em explosões nucleares de alta potência. O motivo para esses experimentos era que a síntese de tais elementos a partir do urânio requer captura múltipla de nêutrons. A probabilidade de tais eventos aumenta com o fluxo de nêutrons , e as explosões nucleares são as fontes de nêutrons mais poderosas feitas pelo homem, fornecendo densidades da ordem de 10 23 nêutrons/cm 2 em um microssegundo, ou cerca de 10 29 nêutrons/(cm 2 ·s). Em comparação, o fluxo de HFIR é 5 × 1015 nêutrons/(cm 2 ·s). Um laboratório dedicado foi montado no Atol de Enewetak para análise preliminar de detritos, já que alguns isótopos poderiam ter decaído no momento em que as amostras de detritos chegassem ao continente dos EUA. O laboratório estava recebendo amostras para análise o mais rápido possível, de aviões equipados com filtros de papel que sobrevoaram o atol após os testes. Enquanto se esperava descobrir novos elementos químicos mais pesados ​​que o férmio, nenhum deles foi encontrado, mesmo após uma série de explosões de megatons conduzidas entre 1954 e 1956 no atol. [8]

Os resultados atmosféricos foram complementados pelos dados de testes subterrâneos acumulados na década de 1960 no Nevada Test Site , pois esperava-se que explosões poderosas em um espaço confinado pudessem dar rendimentos melhorados e isótopos mais pesados. Além das cargas tradicionais de urânio, combinações de urânio com amerício e tório foram tentadas, bem como uma carga mista de plutônio-netúnio, mas foram menos bem-sucedidas em termos de rendimento e foram atribuídas a perdas mais fortes de isótopos pesados ​​devido às taxas de fissão aumentadas em cargas de elementos pesados. O isolamento do produto era problemático, pois as explosões estavam espalhando detritos por meio do derretimento e vaporização das rochas circundantes em profundidades de 300–600 metros. A perfuração em tais profundidades para extrair os produtos era lenta e ineficiente em termos de volumes coletados. [8] [69]

Dos nove testes subterrâneos entre 1962 e 1969, [70] [71] o último foi o mais potente e teve o maior rendimento de transurânicos. Miligramas de einstênio que normalmente levariam um ano de irradiação em um reator de alta potência, foram produzidos em um microssegundo. [69] No entanto, o maior problema prático de toda a proposta era coletar os detritos radioativos dispersos pela poderosa explosão. Os filtros de aeronaves adsorveram apenas ~4 × 10−14 do valor total, e a coleta de toneladas de corais no Atol de Enewetak aumentou essa fração em apenas duas ordens de magnitude. A extração de cerca de 500 quilos de rochas subterrâneas 60 dias após a explosão de Hutch recuperou apenas ~1 × 10−7 da carga total. A quantidade de elementos transurânicos neste lote de 500 kg foi apenas 30 vezes maior do que em uma rocha de 0,4 kg coletada 7 dias após o teste, o que mostrou a dependência altamente não linear do rendimento transurânico na quantidade de rocha radioativa recuperada. [72] Poços foram perfurados no local antes do teste para acelerar a coleta de amostras após a explosão, de modo que a explosão expelisse material radioativo do epicentro através dos poços e para coletar volumes próximos à superfície. Este método foi testado em dois testes e forneceu instantaneamente centenas de quilos de material, mas com concentração de actinídeo 3 vezes menor do que em amostras obtidas após a perfuração. Embora tal método pudesse ter sido eficiente em estudos científicos de isótopos de vida curta, ele não conseguiu melhorar a eficiência geral de coleta dos actinídeos produzidos. [73]

Embora nenhum novo elemento (exceto einstênio e férmio) pudesse ser detectado nos detritos do teste nuclear, e os rendimentos totais de transurânicos fossem decepcionantemente baixos, esses testes forneceram quantidades significativamente maiores de isótopos pesados ​​raros do que os disponíveis anteriormente em laboratórios. [74]

Separação

Curvas de eluição : separação cromatográfica de Fm(100), Es(99), Cf, Bk, Cm e Am

O procedimento de separação do einstênio depende do método de síntese. No caso do bombardeio de íons leves dentro de um cíclotron, o alvo de íons pesados ​​é fixado a uma folha fina, e o einstênio gerado é simplesmente lavado da folha após a irradiação. No entanto, as quantidades produzidas em tais experimentos são relativamente baixas. [75] Os rendimentos são muito maiores para a irradiação do reator, mas lá, o produto é uma mistura de vários isótopos de actinídeos, bem como lantanídeos produzidos na fissão nuclear decai. Neste caso, o isolamento do einstênio é um procedimento tedioso que envolve várias etapas repetidas de troca catiônica, em temperatura e pressão elevadas, e cromatografia. A separação do berquélio é importante, porque o isótopo de einstênio mais comum produzido em reatores nucleares, 253 Es, decai com uma meia-vida de apenas 20 dias para 249 Bk, o que é rápido na escala de tempo da maioria dos experimentos. Essa separação depende do fato de que o berquélio oxida facilmente para o estado sólido +4 e precipita, enquanto outros actinídeos, incluindo o einstênio, permanecem em seu estado +3 em soluções. [76]

Actinídeos trivalentes podem ser separados de produtos de fissão de lantanídeos por uma coluna de resina de troca catiônica usando uma solução de 90% de água/10% de etanol saturada com ácido clorídrico (HCl) como eluente . Geralmente é seguido por cromatografia de troca aniônica usando HCl 6 molar como eluente. Uma coluna de resina de troca catiônica (coluna de troca Dowex-50) tratada com sais de amônio é então usada para separar frações contendo elementos 99, 100 e 101. Esses elementos podem então ser identificados simplesmente com base em sua posição/tempo de eluição, usando solução de α-hidroxiisobutirato (α-HIB), por exemplo, como eluente. [77]

Os 3+ actinídeos também podem ser separados por cromatografia de extração de solvente, usando ácido bis-(2-etilhexil) fosfórico (abreviado como HDEHP) como fase orgânica estacionária e ácido nítrico como fase aquosa móvel. A sequência de eluição do actinídeo é invertida daquela da coluna de resina de troca catiônica. O einstênio separado por este método tem a vantagem de ser livre de agente complexante orgânico, em comparação com a separação usando uma coluna de resina. [77]

Preparação do metal

O einstênio é altamente reativo, portanto, são necessários agentes redutores fortes para obter o metal puro a partir de seus compostos. [78] Isso pode ser obtido pela redução do fluoreto de einstênio (III) com lítio metálico :

EsF 3 + 3 Li → Es + 3 LiF

No entanto, devido ao seu baixo ponto de fusão e alta taxa de danos por auto-radiação, o einstênio tem uma pressão de vapor mais alta do que o fluoreto de lítio . Isso torna essa reação de redução bastante ineficiente. Foi tentado nas primeiras tentativas de preparação e rapidamente abandonado em favor da redução do óxido de einstênio(III) com metal de lantânio : [30] [32] [79]

Es 2 O 3 + 2 La → 2 Es + La 2 O 3

Compostos químicos

Óxidos

O óxido de einstênio(III) (Es 2 O 3 ) foi obtido pela queima de nitrato de einstênio(III). Ele forma cristais cúbicos incolores, que foram primeiramente caracterizados a partir de amostras de microgramas com tamanho de cerca de 30 nanômetros. [31] [38] Duas outras fases, monoclínica e hexagonal, são conhecidas para este óxido. A formação de uma certa fase Es 2 O 3 depende da técnica de preparação e do histórico da amostra, e não há um diagrama de fases claro. As interconversões entre as três fases podem ocorrer espontaneamente, como resultado de autoirradiação ou autoaquecimento. [88] A fase hexagonal é isotípica com o óxido de lantânio , onde o íon Es 3+ é cercado por um grupo 6-coordenado de íons O 2− . [80] [85]

Halogenetos

Iodeto de einstênio(III) brilhando no escuro

Os haletos de einstênio são conhecidos pelos estados de oxidação +2 e +3. [87] [89] O estado mais estável é +3 ​​para todos os haletos, do flúor ao iodeto.

O fluoreto de einstênio(III) (EsF 3 ) pode ser precipitado de soluções de cloreto de Es(III) após reação com íons de fluoreto . Um procedimento de preparação alternativo é expor o óxido de Es(III) ao trifluoreto de cloro (ClF 3 ) ou gás F 2 a uma pressão de 1–2 atmosferas e temperatura de 300–400°C. A estrutura cristalina do EsF 3 é hexagonal, como no fluoreto de califórnio(III) (CfF 3 ) onde os íons Es 3+ são coordenados 8 vezes pelos íons de flúor em um arranjo de prisma trigonal bicapped . [37] [90] [91]

O cloreto de Es(III) (EsCl 3 ) pode ser preparado pelo recozimento do óxido de Es(III) na atmosfera de vapores secos de cloreto de hidrogênio a cerca de 500°C por cerca de 20 minutos. Ele cristaliza após o resfriamento a cerca de 425°C em um sólido laranja com uma estrutura hexagonal do tipo UCl 3 , onde os átomos de einstênio são coordenados 9 vezes por átomos de cloro em uma geometria de prisma trigonal tricapped. [83] [90] [92] O brometo de einstênio(III) (EsBr 3 ) é um sólido amarelo-claro com uma estrutura monoclínica do tipo AlCl 3 , onde os átomos de einstênio são coordenados octaedricamente pelo bromo (número de coordenação 6). [86] [90]

Os compostos divalentes de einstênio são obtidos pela redução dos haletos trivalentes com hidrogênio : [93]

2 EsX 3 + H 2 → 2 EsX 2 + 2 HX; X = F, Cl, Br, I

Cloreto de einstênio(II) (EsCl 2 ), [94] brometo de einstênio(II) (EsBr 2 ), [95] e iodeto de einstênio(II) (EsI 2 ) [87] foram produzidos e caracterizados por absorção óptica, sem informações estruturais disponíveis ainda. [86]

Os oxihaletos conhecidos de einstênio incluem EsOCl, [87] EsOBr [93] e EsOI. [87] Esses sais são sintetizados pelo tratamento de um trihaleto com uma mistura de vapor de água e o haleto de hidrogênio correspondente: por exemplo, EsCl 3 + H 2 O/HCl para obter EsOCl. [36]

Compostos de organoeinstênio

A alta radioatividade do einstênio tem um uso potencial na radioterapia , e complexos organometálicos foram sintetizados para fornecer einstênio a um órgão apropriado no corpo. Experimentos foram realizados na injeção de citrato de einstênio (bem como compostos de férmio) em cães. [4] O einstênio (III) também foi incorporado em complexos de quelato de β-dicetona, uma vez que complexos análogos com lantanídeos mostraram anteriormente a luminescência excitada por UV mais forte entre os compostos metalorgânicos. Ao preparar complexos de einstênio, os íons Es 3+ foram diluídos 1000 vezes com íons Gd 3+ . Isso permitiu reduzir o dano da radiação para que os compostos não se desintegrassem durante os 20 minutos necessários para as medições. A luminescência resultante do Es 3+ era muito fraca para ser detectada. Isso foi explicado pelas energias relativas desfavoráveis ​​dos constituintes individuais do composto que dificultaram a transferência eficiente de energia da matriz do quelato para os íons Es 3+ . Conclusão semelhante foi tirada para amerício, berquélio e férmio. [96]

A luminescência dos íons Es 3+ foi, no entanto, observada em soluções de ácido clorídrico inorgânico, bem como em solução orgânica com ácido di(2-etilhexil)ortofosfórico. Ela mostra um pico amplo em cerca de 1064 nanômetros (meia largura de cerca de 100 nm) que pode ser excitado ressonantemente por luz verde (comprimento de onda de cerca de 495 nm). A luminescência tem uma vida útil de vários microssegundos e o rendimento quântico abaixo de 0,1%. As taxas de decaimento não radiativo relativamente altas, em comparação com os lantanídeos, em Es 3+ foram associadas à interação mais forte dos elétrons f com os elétrons Es 3+ internos . [97]

Aplicações

Quase não há uso para qualquer isótopo de einstênio fora da pesquisa científica básica visando a produção de elementos transurânicos superiores e elementos superpesados . [98]

Em 1955, o mendelévio foi sintetizado pela irradiação de um alvo consistindo de cerca de 10 9 átomos de 253 Es no ciclotron de 60 polegadas do Laboratório Berkeley. A reação resultante 253 Es(α,n) 256 Md produziu 17 átomos do novo elemento com o número atômico de 101. [99]

O isótopo raro 254 Es é favorecido para a produção de elementos superpesados ​​devido à sua grande massa, meia-vida relativamente longa de 270 dias e disponibilidade em quantidades significativas de vários microgramas. [100] Portanto, 254 Es foi usado como alvo na tentativa de síntese de ununênio (elemento 119) em 1985, bombardeando-o com íons cálcio-48 no acelerador de partículas linear superHILAC em Berkeley, Califórnia. Nenhum átomo foi identificado, estabelecendo um limite superior para a seção transversal desta reação em 300 nanobarns . [101]

254 Es foi usado como marcador de calibração no espectrômetro de análise química (" analisador de superfície de espalhamento alfa ") da sonda lunar Surveyor 5. A grande massa deste isótopo reduziu a sobreposição espectral entre os sinais do marcador e os elementos mais leves estudados da superfície lunar. [102]

Segurança

A maioria dos dados disponíveis sobre a toxicidade do einstênio é proveniente de pesquisas em animais. Após a ingestão por ratos , apenas ~0,01% dele acaba na corrente sanguínea. De lá, cerca de 65% vai para os ossos, onde permaneceria por ~50 anos se não fosse por sua decomposição radioativa, sem falar da vida útil máxima de 3 anos dos ratos, 25% para os pulmões (meia-vida biológica de ~20 anos, embora isso seja novamente tornado irrelevante pela curta meia-vida do einstênio), 0,035% para os testículos ou 0,01% para os ovários – onde o einstênio permanece indefinidamente. Cerca de 10% da quantidade ingerida é excretada. A distribuição do einstênio sobre as superfícies ósseas é uniforme e semelhante à do plutônio. [103]

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