Einsteinium

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Einsteinio,  99 Es
Frasco de quartzo (9 mm de diâmetro) contendo ~300 microgramas de 253Es sólido.  A iluminação produzida é resultado da intensa radiação dos 253Es.
Einsteinium
Pronúncia/ n s t n i ə m / ​( eyen- STY -nee-əm )
Aparênciaprateado; brilha azul no escuro
Número de massa[252]
Einsteinium 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 Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
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 Curium Berquélio Californium Einsteinium Férmio Mendelévio Nobélio Lourenço Rutherfordium Dúbnio Seaborgium Bohrium Hássio Meitnério Darmstádio Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium Livermório Tennessee Oganesson
Ho

Es

(Para cima)
califórnioeinstênioférmio
Número atômico ( Z )99
Grupogrupo s/d
Períodoperíodo 7
Quadra  f-bloco
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 (perto  da rt )8,84 g/ cm3
Propriedades atômicas
Estados de oxidação+2, +3 , +4
Eletro-negatividadeEscala 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 de cristalcúbica de face (fcc)
Estrutura cristalina cúbica de face centrada para einstênio
Pedido magnéticoparamagnético
Número CAS7429-92-7
História
Nomeaçãodepois de Albert Einstein
DescobertaLaboratório Nacional Lawrence Berkeley (1952)
Principais isótopos de einstênio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
252 Es sin 471,7 d α 248 Bk
ε 252 Cf.
β- _ 252 Fm
253 Es sin 20,47 dias SF
α 249 Bk
254 Es sin 275,7 dias ε 254 Cf.
β- _ 254 Fm
α 250 Bk
255 Es sin 39,8 dias β- _ 255 Fm
α 251 Bk
SF
 Categoria: Einsteinium
| referências

O einsteinio é um elemento sintético com o símbolo Es e número atômico 99. O einsteinio é um membro da série dos actinídeos e é o sétimo elemento transurânico . Foi nomeado em homenagem a Albert Einstein .

O einsteinio foi descoberto como um componente dos destroços da primeira explosão da bomba de hidrogênio em 1952. Seu isótopo mais comum einstenium-253 (meia-vida de 20,47 dias) é produzido artificialmente a partir do decaimento do califórnio -253 em alguns reatores nucleares de alta potência dedicados.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 seu decaimento. Outros isótopos são sintetizados em vários laboratórios, mas em quantidades muito menores, bombardeando elementos de actinídeos pesados ​​com íons leves. Devido às pequenas quantidades de einstênio produzido e à meia-vida curta de seu isótopo mais facilmente produzido, atualmente quase não há aplicações práticas para ele fora da pesquisa científica básica. Em particular, o einstênio foi usado para sintetizar, pela primeira vez, 17 átomos do novo elemento mendelévio em 1955.

O einsteinio 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 einstênio-253 produz um brilho visível e danifica rapidamente sua rede metálica cristalina, com calor liberado de cerca de 1.000 watts por grama. Dificuldade em estudar suas propriedades é devido ao decaimento do einstênio-253 para berquélio-249 e depois califórnio-249 a uma taxa de cerca de 3% ao dia. O isótopo de einstênio com a meia-vida mais longa, einstênio-252 (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 minúsculas, e não a granel. [1] O einsteinio é o elemento com o maior número atômico que foi observado em quantidades macroscópicas em sua forma pura, e este foi o isótopo comum einstênio-253 de vida curta. [2]

Como todos os elementos transurânicos sintéticos, os isótopos de einstênio são muito radioativos e são considerados altamente perigosos para a saúde quando ingeridos. [3]

História

O einsteinio foi observado pela primeira vez nas consequências do teste nuclear de Ivy Mike .

O einsteinio foi identificado pela primeira vez em dezembro de 1952 por Albert Ghiorso e colegas de trabalho da Universidade da Califórnia, Berkeley, em colaboração com os Laboratórios Nacionais de Argonne e Los Alamos , nas consequências do teste nuclear de Ivy Mike . O teste foi realizado em 1º de novembro de 1952, no Atol Enewetak , no Oceano Pacífico, e foi o primeiro teste bem-sucedido de uma bomba de hidrogênio . [4] 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 de dois decaimentos beta .

Na época, pensava-se que a absorção múltipla de nêutrons era um processo extremamente raro, mas a identificação de244
94
Pu
indicaram que ainda mais nêutrons poderiam ter sido capturados pelos núcleos de urânio, produzindo assim novos elementos mais pesados ​​que o califórnio . [4]

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

Ghiorso e colegas de trabalho analisaram papéis de filtro que voaram através da nuvem de explosão em aviões (a mesma técnica de amostragem que foi usada para descobrir244
94
Pu
). [5] Maiores quantidades de material radioativo foram posteriormente isoladas de detritos de corais do atol, que foram entregues aos EUA [4] A separação de novos elementos suspeitos foi realizada na presença de uma solução tampão de ácido cítrico / amônia em um meio ácido ( pH ≈ 3,5), utilizando troca iônica em temperaturas elevadas; menos de 200 átomos de einstênio foram recuperados no final. [6] No entanto, o elemento 99 (einstênio), ou seja, seu isótopo 253 Es, pode ser detectado através de seu decaimento alfa de alta energia característico em 6,6 MeV. [4] Foi produzido pelacaptura 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 possibilitada pela 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: [4]

Alguns átomos de 238 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 . [7] A descoberta dos novos elementos e os novos dados associados sobre a captura múltipla de 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. [4] [8] [9] No entanto, a rápida captura de tantos nêutrons forneceria a necessária confirmação experimental direta do chamado processo rabsorção múltipla de nêutrons necessária para explicar a nucleossíntese cósmica (produção) de certos elementos químicos pesados ​​(mais pesados ​​que o níquel) em explosões de supernovas , antes do decaimento beta . Tal processo é necessário para explicar a existência de muitos elementos estáveis ​​no universo. [10]

Enquanto isso, isótopos do elemento 99 (assim como do novo elemento 100, férmio ) foram produzidos nos laboratórios de Berkeley e Argonee, em uma reação nuclear entre nitrogênio -14 e urânio-238, [11] e posteriormente por intensa irradiação de nêutrons de plutônio ou califórnio :

Esses resultados foram publicados em vários artigos em 1954 com a ressalva de que esses não eram os primeiros estudos realizados sobre os elementos. [12] [13] [14] [15] [16] A equipe de Berkeley também relatou alguns resultados sobre as propriedades químicas do einstênio e do férmio. [17] [18] Os resultados de Ivy Mike foram desclassificados e publicados em 1955. [8]

O elemento recebeu o nome de 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 a síntese de isótopos leves do elemento 100, em particular 250 Fm, bombardeando urânio com núcleos de oxigênio. Esses resultados também foram publicados em 1954. [19] 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 teve o privilégio de nomear os novos elementos. Como o esforço que levou ao projeto deIvy Mike recebeu o codinome Projeto PANDA, [20] o elemento 99 havia sido jocosamente apelidado de "Pandemonium" [21] mas os nomes oficiais sugeridos pelo grupo de Berkeley derivaram de dois proeminentes cientistas, Albert Einstein e Enrico Fermi : "Nós sugerimos para o nome de o elemento com o número atômico 99, einstênio (símbolo E) após Albert Einstein e para o nome do elemento com número atômico 100, férmio (símbolo Fm), após Enrico Fermi." [8] 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 Ghiorsona primeira Conferência Atômica de Genebra realizada de 8 a 20 de agosto de 1955. [4] O símbolo para einstênio foi dado pela primeira vez como "E" e depois alterado para "Es" pela IUPAC. [22] [23]

Características

Físico

Brilho devido à intensa radiação de ~300 µg de 253 Es. [24]

O einsteinio é um metal sintético, prateado e radioativo. Na tabela periódica , 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 do hólmio (8,79 g/cm 3 ), apesar do einstênio atômico ser muito mais pesado 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).[3] [25] O einsteinio é um metal macio, com módulo de massa de apenas 15 GPa, cujo valor é um dos mais baixos entre os metais não alcalinos . [26]

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 horas. No entanto, há um relato de metal einstênio hexagonal à temperatura ambiente com a = 398 pm ec = 650 pm, que converteu para a fase fcc após aquecimento a 300°C. [27]

O auto-dano induzido pela radioatividade do einstênio é tão forte que destrói rapidamente a rede cristalina, [28] e a liberação de energia durante este processo, 1000 watts por grama de 253 Es, induz um brilho visível. [2] Esses processos podem contribuir para a densidade e ponto de fusão relativamente baixos do einstênio. [29] 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. [30] Assim, os efeitos de superfície em pequenas amostras podem reduzir o valor do ponto de fusão.

O metal é trivalente e tem uma volatilidade visivelmente alta. [31] A fim de reduzir os danos causados ​​pela auto-radiação, a maioria das medições de einstênio sólido e seus compostos são realizadas logo após o recozimento térmico. [32] 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 crescida durante sua decomposição. [33]

Além da autodestruição do einstênio sólido e seus compostos, outras dificuldades intrínsecas no estudo desse elemento incluem escassez – o isótopo 253 Es mais comum está disponível apenas uma ou duas vezes por ano em quantidades sub-miligramas – e autocontaminação devido à rápida conversão de einstênio em berquélio e depois em califórnio a uma taxa de cerca de 3,3% por dia: [34] [35] [36]

Assim, a maioria das amostras de einstênio está contaminada e suas propriedades intrínsecas são frequentemente deduzidas pela extrapolação de dados experimentais acumulados ao longo do tempo. Outras técnicas experimentais para contornar o problema da contaminação incluem a excitação óptica seletiva de íons einstênio por um laser ajustável, como no estudo de suas propriedades de luminescência. [37]

Propriedades magnéticas foram estudadas para o metal einstênio, seu óxido e flúor. Todos os três materiais mostraram comportamento paramagnético de Curie-Weiss do hélio líquido à temperatura ambiente. Os momentos magnéticos efetivos foram deduzidos como10,4 ± 0,3  µB para Es 2 O 3 e11,4 ± 0,3 µB para o EsF 3 , que são os maiores valores entre os actinídeos, e as temperaturas de Curie correspondentes são 53 e 37 K. [38] [39]

Química

Como todos os actinídeos, o einstênio é bastante reativo. Seu estado de oxidação trivalente é mais estável em sólidos e solução aquosa, onde induz uma cor rosa pálido. [40] A existência de einstênio bivalente 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, reduzindo o einstênio(III) com cloreto de samário(II) . [41] O estado de oxidação +4 foi postulado a partir de estudos de vapor e ainda é incerto. [42]

Isótopos

Dezenove isótopos e três isômeros nucleares são conhecidos para o einstênio, com números de massa variando de 240 a 257. Todos são radioativos e o nuclídeo mais estável, 252 Es, tem meia-vida de 471,7 dias. [43] Os próximos isótopos mais estáveis ​​são 254 Es (meia-vida de 275,7 dias), [44] 255 Es (39,8 dias) e 253 Es (20,47 dias). Todos os isótopos restantes têm meias-vidas inferiores a 40 horas, a maioria inferior a 30 minutos. Dos três isômeros nucleares, o mais estável é 254m Es com meia-vida de 39,3 horas. [45]

Fissão nuclear

Einsteinium tem uma alta taxa de fissão nuclear que resulta em uma baixa massa crítica para uma reação nuclear em cadeia sustentada . Essa massa é de 9,89 kg para uma esfera nua de isótopo de 254 Es, e pode ser reduzida para 2,9 kg adicionando um refletor de nêutrons de aço de 30 centímetros de espessura , ou até 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 isótopo 254 Es. [46]

Ocorrência natural

Por causa da meia-vida curta de todos os isótopos de einstênio, qualquer einstênio primordial – isto é, einstênio que poderia estar presente na Terra durante sua formação – há muito decaiu. A síntese de einstênio a partir de actinídeos naturais de urânio e tório na crosta terrestre requer captura múltipla de nêutrons, o que é um evento extremamente improvável. Portanto, todo einstênio terrestre é produzido em laboratórios científicos, reatores nucleares de alta potência ou em testes de armas nucleares , e está presente apenas alguns anos após a síntese. [6]

Os elementos transurânicos do amerício ao férmio , incluindo o einstênio, ocorreram naturalmente no reator de fissão nuclear natural em Oklo , mas não o fazem mais. [47]

O einsteinio foi observado e detectado na estrela de Przybylski em 2008. [48]

Síntese e extração

Evolução inicial da produção de einstênio nos EUA [49]

O einsteinio é produzido em quantidades diminutas bombardeando actinídeos mais leves com nêutrons em reatores nucleares de alto fluxo dedicados . As principais fontes de irradiação do mundo são o Reator Isótopo de Alto Fluxo de 85 megawatts (HFIR) no Oak Ridge National Laboratory no Tennessee, EUA, [50] e o reator de loop SM-2 no Instituto de Pesquisa de Reatores Atômicos (NIIAR) em Dimitrovgrad , Rússia , [51] 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, [52]embora as quantidades produzidas no NIIAR não sejam amplamente divulgadas. Em uma "campanha de processamento típica" em Oak Ridge, dezenas de gramas de cúrio são irradiados para produzir quantidades decigramas de califórnio , quantidades de miligramas de berquélio ( 249 Bk) e quantidades de einstênio e picogramas de férmio . [53] [54]

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. [3] [55] Lotes maiores foram produzidos posteriormente a partir de vários quilogramas de plutônio com rendimentos de einstênio (principalmente 253 Es) de 0,48 miligramas 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. [56] Estas 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 aproximadamente dez vezes. [52]

Síntese laboratorial

A irradiação de nêutrons pesados ​​de plutônio resulta em quatro isótopos principais de einstênio: 253 Es (emissor α com meia-vida de 20,47 dias e com meia-vida de fissão espontânea de 7 × 10 5 anos); 254 m Es (emissor β com meia-vida de 39,3 horas), 254 Es (emissor α com meia-vida de cerca de 276 dias) e 255 Es (emissor β com meia-vida de 39,8 dias). [57] [45] Uma rota alternativa envolve o bombardeio de urânio-238 com nitrogênio de alta intensidade ou feixes de íons de oxigênio. [58]

Einsteinium-247 (meia-vida de 4,55 minutos) foi produzido por irradiação de amerício-241 com carbono ou urânio-238 com íons de nitrogênio. [59] A última reação foi realizada pela primeira vez em 1967 em Dubna, Rússia, e os cientistas envolvidos receberam o Prêmio Lenin Komsomol . [60]

O isótopo 248 Es foi produzido irradiando 249 Cf com íons deutério . Decai principalmente por emissão de elétrons para 248 Cf com meia-vida de25 ± 5 minutos, mas também libera partículas α de energia de 6,87 MeV, com a proporção de elétrons para partículas α de cerca de 400. [61]

Os isótopos mais pesados 249 Es, 250 Es, 251 Es e 252 Es foram obtidos bombardeando 249 Bk com partículas α. Um a quatro nêutrons são liberados nesse processo, possibilitando a formação de quatro isótopos diferentes em uma única reação. [62]

O Einsteinium-253 foi produzido irradiando um alvo de 0,1–0,2 miligrama de 252 Cf com um fluxo de nêutrons térmicos de (2–5)×10 14 nêutrons·cm −2 ·s −1 por 500–900 horas: [63]

Em 2020, cientistas do Oak Ridge National Laboratory conseguiram criar 233 nanogramas de 254 Es, um novo recorde mundial. Isso permitiu que algumas propriedades químicas do elemento fossem estudadas pela primeira vez. [64]

Síntese em explosões nucleares

Rendimento estimado de elementos transurânicos nos testes nucleares dos EUA Hutch e Cyclamen. [65]

A análise dos destroços do teste nuclear de 10 megatons de Ivy Mike fazia 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. A motivação para esses experimentos foi 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 mais poderosas fontes de nêutrons feitas pelo homem, fornecendo densidades da ordem de 10 23 nêutrons/cm 2 dentro de um microssegundo, ou cerca de 10 29 nêutrons/(cm 2 ·s ). Em comparação, o fluxo do reator HFIR é 5 × 1015 nêutrons/ ( cm2·s). Um laboratório dedicado foi montado bem no Atol Enewetak para análise preliminar de detritos, pois alguns isótopos poderiam ter decaído no momento em que as amostras de detritos chegaram ao continente americano O laboratório estava recebendo amostras para análise o mais rápido possível, de aviões equipados com filtros de papel que sobrevoou 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 realizadas entre 1954 e 1956 no atol. [5]

Os resultados atmosféricos foram complementados pelos dados de testes subterrâneos acumulados na década de 1960 no Local de Testes de Nevada , pois esperava-se que explosões poderosas conduzidas em espaço confinado pudessem resultar em rendimentos melhorados e isótopos mais pesados. Além das cargas tradicionais de urânio, combinações de urânio com amerício e tórioforam tentadas, bem como uma carga mista de plutônio-neptúnio, mas foram menos bem-sucedidas em termos de rendimento e foram atribuídas a perdas mais fortes de isótopos pesados ​​devido a taxas de fissão aumentadas em cargas de elementos pesados. O isolamento do produto foi problemático, pois as explosões estavam espalhando detritos através da fusão e vaporização das rochas circundantes em profundidades de 300 a 600 metros. Perfurar a tais profundidades para extrair os produtos foi lento e ineficiente em termos de volumes coletados. [5] [65]

Entre os nove testes subterrâneos que foram realizados entre 1962 e 1969, [66] [67] o último foi o mais poderoso e teve o maior rendimento de elementos transurânicos. Miligramas de einstênio que normalmente levariam um ano de irradiação em um reator de alta potência foram produzidos em um microssegundo. [65] No entanto, o maior problema prático de toda a proposta foi coletar os detritos radioativos dispersos pela poderosa explosão. Filtros de aeronaves adsorvidos apenas cerca de 4 × 10−14 da quantidade total e a coleta de toneladas de corais no Atol Enewetak aumentaram 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 cerca de 1 × 10−7 da carga total. A quantidade de elementos transurânio 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, que demonstrou a dependência altamente não linear do rendimento de elementos transurânicos na quantidade de rocha radioativa recuperada. [68]Os poços foram perfurados no local antes do teste para acelerar a coleta de amostras após a explosão, para 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 actinídeos 3 vezes menor do que em amostras obtidas após a perfuração. Considerando que tal método poderia ter sido eficiente em estudos científicos de isótopos de vida curta, não poderia melhorar a eficiência geral de coleta dos actinídeos produzidos. [69]

Embora nenhum elemento novo (além de einstênio e férmio) pudesse ser detectado nos detritos de testes nucleares, e os rendimentos totais de elementos transurânicos fossem decepcionantemente baixos, esses testes forneceram quantidades significativamente maiores de isótopos pesados ​​raros do que anteriormente disponíveis em laboratórios. [70]

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 anexado 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. [71] 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 nos decaimentos da fissão nuclear. Nesse caso, o isolamento do einstênio é um procedimento tedioso que envolve várias etapas repetidas de troca de cátions, a 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 meia-vida de apenas 20 dias para 249 Bk, o que é rápido na escala de tempo da maioria dos experimentos. Tal separação se baseia no 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. [72]

A separação de actinídeos trivalentes de produtos de fissão de lantanídeos pode ser feita 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 os elementos 99, 100 e 101. Esses elementos podem então ser identificados simplesmente com base em sua posição/tempo de eluição, usando α-hidroxiisobutirato solução (α-HIB), por exemplo, como eluente. [73]

A separação dos actinídeos 3+ também pode ser conseguida por cromatografia de extração com 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 de actinídeos é invertida daquela da coluna de resina de troca catiônica. O einstênio separado por este método tem a vantagem de ser isento de agente complexante orgânico, em comparação com a separação em coluna de resina. [73]

Preparação do metal

O einsteinio é altamente reativo e, portanto, são necessários agentes redutores fortes para obter o metal puro de seus compostos. [74] Isso pode ser alcançado 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 alta pressão de vapor, que é maior que a do 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 lantânio metálico: [27] [29] [75]

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). Forma cristais cúbicos incolores, que foram caracterizados pela primeira vez a partir de amostras de microgramas de cerca de 30 nanômetros. [28] [35] Duas outras fases, monoclínica e hexagonal, são conhecidas por esse óxido. A formação de uma determinada fase Es 2 O 3 depende da técnica de preparação e do histórico da amostra, não havendo um diagrama de fases claro. As interconversões entre as três fases podem ocorrer espontaneamente, como resultado da autoirradiação ou autoaquecimento. [84] A fase hexagonal é isotípica com óxido de lantânio(III) onde o Es 3+O íon é cercado por um grupo de 6 coordenadas de íons O 2− . [76] [81]

Haletos

Iodeto de einsteinio(III) brilhando no escuro

Os haletos de einsteinio são conhecidos pelos estados de oxidação +2 e +3. [83] [85] O estado mais estável é +3 ​​para todos os haletos de fluoreto a iodeto.

O fluoreto de einstênio(III) (EsF 3 ) pode ser precipitado a partir de soluções de cloreto de einstênio(III) após reação com íons fluoreto . Um procedimento alternativo de preparação é a exposição do óxido de einstênio(III) ao trifluoreto de cloro (ClF 3 ) ou gás F 2 a uma pressão de 1-2 atmosferas e uma temperatura entre 300 e 400 °C. A estrutura cristalina de EsF 3 é hexagonal, como no fluoreto de califórnio(III) (CfF 3 ) onde os íons Es 3+ são coordenados 8 vezes por íons de flúor em um arranjo de prisma trigonal bicapado . [34] [86] [87]

O cloreto de einstênio(III) (EsCl 3 ) pode ser preparado por recozimento de óxido de einstênio(III) na atmosfera de vapores secos de cloreto de hidrogênio a cerca de 500°C por cerca de 20 minutos. Cristaliza após resfriamento a cerca de 425 ° C em um sólido laranja com uma estrutura hexagonal do tipo UCl 3 , onde os átomos de einstênio são 9 vezes coordenados por átomos de cloro em uma geometria de prisma trigonal tricotada. [79] [86] [88] O brometo de einstênio(III) (EsBr 3 ) é um sólido amarelo pálido com uma estrutura monoclínica do tipo AlCl 3 , onde os átomos de einstênio são octaedricamentecoordenado pelo bromo (coordenação número 6). [82] [86]

Os compostos divalentes de einstênio são obtidos reduzindo os haletos trivalentes com hidrogênio : [89]

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

Cloreto de einstênio(II) (EsCl 2 ), [90] brometo de einstênio(II) (EsBr 2 ), [91] e iodeto de einstênio(II) (EsI 2 ) [83] foram produzidos e caracterizados por absorção óptica, sem informações estruturais disponíveis ainda. [82]

Os oxihaletos de einstênio conhecidos incluem EsOCl, [83] EsOBr [89] e EsOI. [83] Esses sais são sintetizados tratando 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. [33]

Compostos de organoeinstênio

A alta radioatividade do einstênio tem um uso potencial na terapia de radiação , e complexos organometálicos foram sintetizados para fornecer átomos de einstênio a um órgão apropriado do corpo. Experimentos foram realizados com a injeção de citrato de einstênio (assim como compostos de férmio) em cães. [2] O einsteinio(III) também foi incorporado em complexos de quelato de beta-dicetona , uma vez que complexos análogos com lantanídeos anteriormente mostraram luminescência excitada por UV mais forte entre os compostos metalorgânicos. Ao preparar complexos de einstênio, os íons Es 3+ foram 1000 vezes diluídos com Gd 3+íons. Isso permitiu reduzir os danos da radiação para que os compostos não se desintegrassem durante o período de 20 minutos necessário para as medições. A luminescência resultante de Es 3+ era muito fraca para ser detectada. Isso foi explicado pelas energias relativas desfavoráveis ​​dos constituintes individuais do composto que impediram a transferência eficiente de energia da matriz de quelato para íons Es 3+ . Conclusão semelhante foi tirada para outros actinídeos amerício, berquélio e férmio. [92]

No entanto, a luminescência dos íons Es 3+ foi observada em soluções de ácido clorídrico inorgânico, bem como em solução orgânica com ácido di(2-etilhexil)ortofosfórico. Ele mostra um pico amplo em cerca de 1064 nanômetros (meia largura de cerca de 100 nm) que pode ser excitado de forma ressonante pela 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 . [93]

Aplicativos

Quase não há uso para qualquer isótopo de einstênio fora da pesquisa científica básica visando a produção de elementos transurânicos superiores e transactinídeos . [94]

Em 1955, o mendelévio foi sintetizado pela irradiação de um alvo consistindo de cerca de 10 9 átomos de 253 Es no cíclotron de 60 polegadas no Berkeley Laboratory. A reação resultante de 253 Es(α,n) 256 Md rendeu 17 átomos do novo elemento com o número atômico de 101. [95]

O raro isótopo einstênio-254 é o preferido para a produção de elementos ultrapesados devido à sua grande massa, meia-vida relativamente longa de 270 dias e disponibilidade em quantidades significativas de vários microgramas. [96] Portanto, o einstênio-254 foi usado como alvo na tentativa de síntese do ununênio (elemento 119) em 1985, bombardeando-o com íons cálcio-48 no acelerador linear superHILAC em Berkeley, Califórnia. Nenhum átomo foi identificado, definindo um limite superior para a seção transversal desta reação em 300 nanobarns . [97]

O Einsteinium-254 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. [98]

Segurança

A maioria dos dados disponíveis sobre a toxicidade do einstênio tem origem em pesquisas em animais. Após a ingestão por ratos , apenas cerca de 0,01% de einstênio termina na corrente sanguínea. A partir daí, cerca de 65% vão para os ossos, onde permaneceriam cerca de 50 anos se não fosse pelo seu decaimento radioativo, para não falar dos 3 anos de vida máxima dos ratos, 25% para os pulmões (meia-vida biológica de cerca de 20 anos, embora isso seja novamente irrelevante pelas curtas meias-vidas dos isótopos de 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. [99]

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Bibliografia

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