Hássio

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Hássio,  108 Hs
Hássio
Pronúncia/ h æ s i ə m / ( ouvir ) ícone de alto-falante de áudio[1] ​( HASS -ee-əm )
Número de massa[269] (dados não decisivos) [a]
Hássio 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
Os

Hs

(Uhb)
bohriumhassiummeitnério
Número atômico ( Z )108
Grupogrupo 8
Períodoperíodo 7
Quadra  d-bloco
Configuração eletrônica[ Rn ] 5f 14 6d 6 7s 2 [4]
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 32, 14, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido (previsto) [5]
Densidade (perto  da rt )27–29 g/cm 3 (previsto) [6] [7]
Propriedades atômicas
Estados de oxidação(+2), ( +3 ), ( +4 ), (+6), +8 [8] [9] [10] (colchetes: previsão )
Energias de ionização
  • 1º: 730 kJ/mol
  • 2º: 1760 kJ/mol
  • 3º: 2830 kJ/mol
  • ( mais ) (previsto) [11]
Raio atômicoempírico: 126  pm (estimado) [12]
Raio covalente134h (estimado) [13]
Outras propriedades
Ocorrência naturalsintético
Estrutura de cristalhexagonal compacto (hcp)
Estrutura cristalina hexagonal compacta para hássio

(previsto) [5]
Número CAS54037-57-9
História
Nomeaçãodepois de Hassia , latim para Hesse , Alemanha, onde foi descoberto [14]
DescobertaGesellschaft für Schwerionenforschung (1984)
Principais isótopos de hássio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
269 Hs sin 16 segundos α 265 Sg
270 Hs sin 9 segundos α 266 Sg
277m Hs sin 130 segundos SF
 Categoria: Hássio
| referências

Hassium é um elemento químico com o símbolo Hs e o número atômico 108. Hassium é altamente radioativo ; seus isótopos conhecidos mais estáveis têm meias-vidas de aproximadamente dez segundos. [a] Um de seus isótopos, 270 Hs, tem números mágicos de prótons e nêutrons para núcleos deformados, o que lhe confere maior estabilidade contra fissão espontânea . Hassium é um elemento superpesado ; foi produzido em laboratório apenas em quantidades muito pequenas porfundindo núcleos pesados ​​com os mais leves. Ocorrências naturais do elemento foram hipotetizadas, mas nunca encontradas.

Na tabela periódica dos elementos, o hássio é um elemento transactinídeo , membro do 7º período e grupo  8 ; é assim o sexto membro da série 6d de metais de transição . Experimentos químicos confirmaram que o hássio se comporta como o homólogo mais pesado do ósmio , reagindo prontamente com o oxigênio para formar um tetróxido volátil . As propriedades químicas do hássio foram apenas parcialmente caracterizadas, mas comparam-se bem com a química dos outros  elementos do grupo 8.

A principal inovação que levou à descoberta do hássio foi a técnica de fusão a frio, na qual os núcleos fundidos não diferem em massa tanto quanto nas técnicas anteriores. Ele dependia de uma maior estabilidade dos núcleos alvo, que por sua vez diminuía a energia de excitação. Isso diminuiu o número de ejeções de nêutrons durante a síntese, criando núcleos resultantes mais pesados ​​e mais estáveis. A técnica foi testada pela primeira vez no Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , Oblast de Moscou , SFSR russo , União Soviética , em 1974. JINR usou essa técnica para tentar a síntese do elemento  108 em 1978, em 1983 e em 1984; o último experimento resultou em uma afirmação de que o elemento 108 foram produzidos. Mais tarde, em 1984, seguiu-se uma reivindicação de síntese da Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) em Darmstadt , Hesse , Alemanha Ocidental . O relatório de 1993 do Transfermium Working Group, formado pela União Internacional de Química Pura e Aplicada e a União Internacional de Física Pura e Aplicada , concluiu que o relatório de Darmstadt era conclusivo por si só, enquanto o de Dubna não era, e o maior crédito foi atribuído aos cientistas alemães. GSI anunciou formalmente que deseja nomear o elemento hassium após o estado alemãode Hesse (Hassia em latim) sede da instalação em 1992; este nome foi aceito como definitivo em 1997.

Introdução aos elementos mais pesados

Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear
Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear . Dois núcleos se fundem em um, emitindo um nêutron . Até agora, as reações que criavam novos elementos eram semelhantes, com a única diferença possível de que vários nêutrons singulares às vezes eram liberados, ou nenhum.
Vídeo externo
ícone de vídeo Visualização de fusão nuclear mal sucedida, com base em cálculos da Australian National University [15]

Os núcleos atômicos [b] mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanho desigual [c] em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de que os dois reajam. [21] 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 se aproximarem o suficiente; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A forte interaçãopode superar essa repulsão, mas apenas a uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são assim muito acelerados para tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. [22] Aproximar-se sozinho não é suficiente para dois núcleos se fundirem: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por aproximadamente 10 a 20  segundos e depois se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formam um único núcleo. [22] [23] Se a fusão ocorrer, a fusão temporária - denominada núcleo composto - é um estado excitado. Para perder sua energia de excitação e atingir um estado mais estável, um núcleo composto se divide ou ejeta um ou vários nêutrons , [d] que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a 16  segundos após a colisão inicial. [24] [e]

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. [27] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos da reação) [f] e transferido para um detector de barreira de superfície , que pára o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também marcadas são a sua energia e a hora da chegada. [27] A transferência leva cerca de 10 a 6  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. [30] O núcleo é registrado novamente assim que seu decaimento é registrado, e a localização, a energia, e o tempo de decaimento são medidos. [27]

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 os prótons, pois tem alcance ilimitado. [31] Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos [32] e até agora foram observados [33] decaindo principalmente através de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decaimento alfa e fissão espontânea ; [g] esses modos são predominantes para núcleos de elementos superpesados. 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 determinado aritmeticamente. [h] A fissão espontânea, no entanto, produz vários núcleos como produtos, de modo que o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas. [eu]

A informação disponível para os físicos que pretendem sintetizar um dos elementos mais pesados ​​é, portanto, a informação recolhida nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector e do seu decaimento. Os físicos analisam esses dados e procuram concluir que de fato foi causado por um novo elemento e não poderia ter sido causado por um nuclídeo diferente do alegado. Muitas vezes, os dados fornecidos são insuficientes para concluir que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; foram cometidos erros na interpretação dos dados. [j]

Descoberta

Aparelho para criar elementos superpesados
Esquema de um aparato para a criação de elementos superpesados, baseado no Separador de Recuo Cheio de Gás Dubna instalado no Laboratório de Reações Nucleares Flerov no JINR. A trajetória dentro do detector e do aparelho de focalização do feixe muda por causa de um ímã dipolo no primeiro e ímãs quadrupolo no último. [45]

Fusão a frio

As reações nucleares usadas na década de 1960 resultaram em altas energias de excitação que exigiam a expulsão de quatro ou cinco nêutrons; essas reações usavam alvos feitos de elementos com números atômicos altos para maximizar a diferença de tamanho entre os dois núcleos em uma reação. Embora isso aumentasse a chance de fusão devido à menor repulsão eletrostática entre o alvo e o projétil, os núcleos compostos formados geralmente se separavam e não sobreviviam para formar um novo elemento. Além disso, os processos de fusão inevitavelmente produzem núcleos pobres em nêutrons, pois elementos mais pesados ​​requerem mais nêutrons por próton para maximizar a estabilidade; [k] portanto, a ejeção necessária de nêutrons resulta em produtos finais com tempos de vida tipicamente mais curtos. Como tal, os feixes de luz (seis a dez prótons) permitiram a síntese de elementos apenas até 106 . [48]

Para avançar para elementos mais pesados, o físico soviético Yuri Oganessian do Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , Moscow Oblast , russo SFSR , União Soviética , propôs um mecanismo diferente, no qual o núcleo bombardeado seria chumbo-208, que tem números mágicos de prótons e nêutrons, ou outro núcleo próximo a ele. [49] Cada próton e nêutron tem um valor fixo de energia de repouso; os de todos os prótons são iguais e os de todos os nêutrons também. Em um núcleo, parte dessa energia é desviada para a ligação de prótons e nêutrons; se um núcleo tem um número mágico de prótons e/ou nêutrons, então ainda mais de sua energia de repouso é desviada, o que dá ao nuclídeo estabilidade adicional. Essa estabilidade adicional requer mais energia para um núcleo externo quebrar o existente e penetrá-lo. [39] Mais energia desviada para nucleons de ligação significa menos energia de repouso, que por sua vez significa menos massa (a massa é proporcional à energia de repouso). Números atômicos mais iguais dos núcleos reagentes resultam em maior repulsão eletrostática entre eles, mas o menor excesso de massa do núcleo alvo o equilibra. [49]Isso deixa menos energia de excitação para o núcleo composto recém-criado, o que requer menos ejeções de nêutrons para atingir um estado estável. [39] Devido a essa diferença de energia, o primeiro mecanismo ficou conhecido como "fusão a quente" e o segundo como "fusão a frio". [50]

A fusão a frio foi declarada bem sucedida pela primeira vez em 1974 no JINR, quando foi testada para a síntese do ainda não descoberto elemento  106. [39] Esses novos núcleos foram projetados para decair por fissão espontânea. Os físicos do JINR concluíram que o elemento 106 foi produzido no experimento porque nenhum núcleo de fissão conhecido na época apresentava parâmetros de fissão semelhantes aos observados durante o experimento e porque a mudança de qualquer um dos dois núcleos nas reações negava os efeitos observados. Físicos do Lawrence Berkeley Laboratory (LBL; originalmente Radiation Laboratory, RL, e mais tarde Lawrence Berkeley National Laboratory , LBNL) da Universidade da Califórnia em Berkeley , Califórnia, Estados Unidos, também manifestou grande interesse pela nova técnica. [39] Quando perguntado sobre até onde esse novo método poderia ir e se os alvos principais fossem um Klondike da física , Oganessian respondeu: "Klondike pode ser um exagero [ ...  ] 108 nessas reações." [39]

Relatórios

A síntese do elemento  108 foi tentada pela primeira vez em 1978 por uma equipe de pesquisa liderada por Oganessian no JINR. A equipe utilizou uma reação que geraria o elemento  108, especificamente, o isótopo 270 108, [l] da fusão do rádio (especificamente, o isótopo226
88

)
e cálcio (48
20
Ca
)
. Os pesquisadores estavam incertos na interpretação de seus dados, e seu artigo não afirmou inequivocamente ter descoberto o elemento. [51] No mesmo ano, outra equipe do JINR investigou a possibilidade de síntese do elemento  108 em reações entre chumbo (208
82
Pb
)
e ferro (58
26
Fe
)
; eles estavam incertos na interpretação dos dados, sugerindo a possibilidade de que o elemento  108 não tivesse sido criado. [52]

Acelerador de partículas da GSI UNILAC
O acelerador de partículas linear da GSI UNILAC, onde o hássio foi descoberto [53] e onde sua química foi observada pela primeira vez [54]

Em 1983, novos experimentos foram realizados no JINR. [55] Os experimentos provavelmente resultaram na síntese do elemento  108; bismuto (209
83
Bi
)
foi bombardeado com manganês (55
25
Mn
)
para obter 263 108, chumbo (207
82
Pb
,208
82
Pb
)
foi bombardeado com ferro (58
26
Fe
)
para obter 264 108, e califórnio (249
98
Cf
)
foi bombardeado com neon (22
10
Não
)
para obter 270 108. [14] Esses experimentos não foram reivindicados como uma descoberta e Oganessian os anunciou em uma conferência e não em um relatório escrito. [55]

Em 1984, pesquisadores do JINR em Dubna realizaram experimentos montados de forma idêntica aos anteriores; eles bombardearam alvos de bismuto e chumbo com íons de elementos mais leves manganês e ferro, respectivamente. Vinte e um eventos de fissão espontânea foram registrados; os pesquisadores concluíram que eles foram causados ​​por 264.108 . [56]

Mais tarde, em 1984, uma equipe de pesquisa liderada por Peter Armbruster e Gottfried Münzenberg na Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI; Institute for Heavy Ion Research ) em Darmstadt , Hesse , Alemanha Ocidental , tentou criar o elemento  108. A equipe bombardeou uma liderança (208
82
Pb
)
alvo com ferro acelerado (58
26
Fe
)
núcleos. [20] O experimento da GSI para criar o elemento  108 foi adiado até depois da criação do elemento  109 em 1982, pois cálculos anteriores sugeriram que os isótopos pares  do elemento 108 teriam meias-vidas de fissão espontânea de menos de um microssegundo , tornando-os difíceis para detectar e identificar. [57] O experimento do elemento  108 finalmente foi adiante depois que 266 109 foi sintetizado e foi encontrado decaindo por emissão alfa, sugerindo que os isótopos do elemento  108 fariam o mesmo, e isso foi corroborado por um experimento destinado a sintetizar isótopos do elemento 106. GSI relatou a síntese de três átomos de 265 108. Dois anos depois, eles relataram a síntese de um átomo do par-par 264 108. [57]

Arbitragem

Em 1985, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e a União Internacional de Física Pura e Aplicada (IUPAP) formaram o Transfermium Working Group (TWG) para avaliar descobertas e estabelecer nomes finais para elementos com números atômicos maiores que 100. O partido realizou reuniões com delegados dos três institutos concorrentes; em 1990, estabeleceram critérios para reconhecimento de um elemento e, em 1991, concluíram o trabalho de avaliação das descobertas e se desfizeram. Esses resultados foram publicados em 1993. [58]

De acordo com o relatório, os trabalhos de 1984 do JINR e do GSI estabeleceram simultaneamente e independentemente a síntese do elemento  108. Dos dois trabalhos de 1984, o do GSI foi considerado suficiente como uma descoberta por si só. O trabalho do JINR, que precedeu o do GSI, "muito provavelmente" exibiu a síntese do elemento  108. No entanto, isso foi determinado em retrospecto, dado o trabalho de Darmstadt; o trabalho do JINR concentrou-se na identificação química de netas remotas dos  isótopos do elemento 108 (o que não poderia excluir a possibilidade de que esses isótopos-filhos tivessem outros progenitores), enquanto o trabalho do GSI identificou claramente o caminho de decaimento desses  isótopos do elemento 108. O relatório concluiu que o maior crédito deveria ser concedido ao GSI. [56]Em respostas escritas a esta decisão, tanto o JINR quanto o GSI concordaram com suas conclusões. Na mesma resposta, a GSI confirmou que eles e o JINR conseguiram resolver todos os conflitos entre eles. [43]

Nomeação

Historicamente, um elemento recém-descoberto foi nomeado por seu descobridor. A primeira regulamentação veio em 1947, quando a IUPAC decidiu nomear a regulamentação necessária caso houvesse nomes conflitantes. [59] [m] Essas questões deveriam ser resolvidas pela Comissão de Nomenclatura Inorgânica e pela Comissão de Pesos Atômicos . Eles revisariam os nomes em caso de conflito e selecionariam um; a decisão seria baseada em vários fatores, como uso, e não seria um indicador de prioridade de uma reclamação. As duas comissões recomendariam um nome ao Conselho da IUPAC, que seria a autoridade final. [59] Os descobridores tinham o direito de nomear um elemento, mas seu nome estaria sujeito à aprovação da IUPAC. [59]A Comissão de Pesos Atômicos distanciou-se da nomeação de elementos na maioria dos casos. [59]

Sob a nomenclatura de Mendeleev para elementos não nomeados e não descobertos , o hássio seria conhecido como "eka- ósmio ", como em "o primeiro elemento abaixo do ósmio na tabela periódica" (do sânscrito eka significa "um"). Em 1979, a IUPAC publicou recomendações segundo as quais o elemento deveria ser chamado de "unniloctium" e atribuído o símbolo correspondente de "Uno", [60] um nome de elemento sistemático como um espaço reservado até que o elemento fosse descoberto e a descoberta então confirmada, e um nome permanente foi decidido. Embora essas recomendações tenham sido amplamente seguidas na comunidade química, os físicos concorrentes no campo as ignoraram.Eles o chamavam de "elemento  108", com os símbolos E108 , (108) ou 108 , ou usavam o nome proposto "hássio". [63]

Festival de Hessentag em um longo beco cheio de pessoas
Festival Hessentag em 2011, celebrando a cultura do estado alemão de Hesse , após o qual o hassium é nomeado

Em 1990, na tentativa de quebrar um impasse no estabelecimento da prioridade de descoberta e nomenclatura de vários elementos, a IUPAC reafirmou em sua nomenclatura de química inorgânica que após a existência de um elemento ser estabelecida, os descobridores poderiam propor um nome. (Além disso, a Comissão de Pesos Atômicos foi excluída do processo de nomenclatura.) A primeira publicação sobre critérios para a descoberta de um elemento, lançada em 1991, especificou a necessidade de reconhecimento pelo TWG. [59]

Armbruster e seus colegas, os descobridores alemães oficialmente reconhecidos, realizaram uma cerimônia de nomeação para os elementos 107 a 109, todos reconhecidos como descobertos pelo GSI, em 7 de  setembro de 1992. Para o elemento  108, os cientistas propuseram o nome "hássium". [64] É derivado do nome latino Hassia para o estado alemão de Hesse, onde o instituto está localizado. [14] [43] Este nome foi proposto à IUPAC em uma resposta escrita à sua decisão sobre a prioridade das reivindicações de descoberta de elementos, assinada em 29 de setembro de 1992. [43]

O processo de nomeação do elemento 108 foi parte de um processo maior de nomeação de vários elementos começando com o elemento 101 ; três equipes - JINR, GSI e LBL - reivindicaram descobertas de vários elementos e o direito de nomear esses elementos. Às vezes, essas alegações se chocavam; uma vez que um descobridor foi considerado autorizado a nomear um elemento, os conflitos sobre a prioridade da descoberta muitas vezes resultaram em conflitos sobre os nomes desses novos elementos. Esses conflitos ficaram conhecidos como as Guerras Transfermium . [65] Diferentes sugestões para nomear todo o conjunto de elementos de 101 em diante e ocasionalmente atribuíam nomes sugeridos por uma equipe para serem usados ​​para elementos descobertos por outra. [n]No entanto, nem todas as sugestões foram recebidas com igual aprovação; as equipes protestaram abertamente contra propostas de nomes em várias ocasiões. [67]

Em 1994, a Comissão de Nomenclatura de Química Inorgânica da IUPAC recomendou que o elemento  108 fosse chamado de "háhnium" (Hn) em homenagem ao físico alemão Otto Hahn para que os elementos recebessem o nome de Hahn e Lise Meitner (foi recomendado que o elemento  109 fosse chamado de meitnério, seguindo a sugestão do GSI ) estariam lado a lado, honrando a descoberta conjunta da fissão nuclear; [68] A IUPAC comentou que achava que a sugestão alemã era obscura. [69] A GSI protestou, dizendo que esta proposta contradizia a antiga convenção de dar ao descobridor o direito de sugerir um nome; [70] a American Chemical Society apoiou o GSI. [14]O nome "hahnium", embora com o símbolo diferente Ha, já havia sido proposto e utilizado pelos cientistas americanos para o elemento  105 , para o qual eles tiveram uma disputa de descoberta com o JINR; assim protestaram contra a confusão confusa de nomes. [71] Após o alvoroço, a IUPAC formou um comitê ad hoc de representantes das organizações nacionais aderentes dos três países que abrigam as instituições concorrentes; eles produziram um novo conjunto de nomes em 1995. O elemento  108 foi novamente chamado de hahnium ; esta proposta também foi retirada. [72] O compromisso final foi alcançado em 1996 e publicado em 1997; elemento  108 foi nomeado hassium (Hs). [73]Simultaneamente, o nome dubnium (Db; de Dubna, a localização JINR) foi atribuído ao elemento  105, e o nome hahnium não foi usado para nenhum elemento. [44] [o]

A justificativa oficial para essa nomenclatura, ao lado de darmstadtium para o elemento  110, foi que ela completava um conjunto de nomes geográficos para a localização do GSI; este conjunto foi iniciado por nomes do século XIX európio e germânio . Este conjunto serviria como uma resposta à nomeação anterior de amerício , califórnio e berquélio para elementos descobertos em Berkeley. Armbruster comentou sobre isso, "esta má tradição [p] foi estabelecida por Berkeley. Queríamos fazê-lo para a Europa." [75] Mais tarde, ao comentar sobre a nomenclatura do elemento  112, Armbruster disse: "Fiz tudo para garantir que não continuássemos com cientistas alemães e cidades alemãs". [75]

Isótopos

Lista de isótopos de hássio
Isótopo Meia-vida [q] [r]
Modo de decaimento

Ano da descoberta [77]

Reação de descoberta [78] [s]
Valor Referência
263 Hs 760 µs [77] α, SF 2009 208 Pb( 56 Fe,n)
264 Hs 540 µs [77] α, SF 1986 207 Pb( 58 Fe,n)
265 Hs 1,96 ms [77] α, SF 1984 208 Pb( 58 Fe,n)
265m Hs 360 µs [77] α 1995 208 Pb( 56 Fe,n)
266 Hs 3,02 ms [77] α, SF 2001 270 Ds(—,α)
266m Hs 280ms [77] α 2011 270m Ds(—,α)
267 Hs 55 ms [76] α 1995 238 U( 34S ,5n)
267m Hs 990 µs [76] α 2004 238 U( 34S ,5n)
268 Hs 1,42 s [76] α 2010 238 U( 34S ,4n)
269 Hs 16 segundos [76] α 1996 277 Cn(—,2α)
270 Hs 9 segundos [76] α 2003 248 cm ( 26 mg, 4n)
271 Hs 10 s [t] [79] α 2008 248 cm ( 26 mg, 3n)
273 Hs 510ms [80] α 2010 285 Fl(—,3α)
275 Hs 200 ms [81] α 2004 287 Fl(—,3α)
277 Hs 12 ms [3] α 2010 289 Fl(—,3α)
277m Hs 130 s [u] [3] [82] SF 2012 293m Lv(—,4α)

Hassium não tem isótopos estáveis ​​ou naturais. Vários isótopos radioativos foram sintetizados em laboratório, seja pela fusão de dois átomos ou pela observação do decaimento de elementos mais pesados. A partir de 2019, a quantidade de todo o hássio já produzido era da ordem de centenas de átomos. [83] [84] Doze isótopos com números de massa variando de 263 a 277 (com exceção de 272, 274 e 276) foram relatados, quatro dos quais—hássio-265, -266, -267 e -277— têm estados metaestáveis conhecidos , [85] [v] embora o de hassium-277 não seja confirmado. [86]A maioria desses isótopos decai predominantemente por decaimento alfa; este é o mais comum para todos os isótopos para os quais estão disponíveis características abrangentes de decaimento, sendo a única exceção o hássio-277, que sofre fissão espontânea. [85] Isótopos mais leves eram geralmente sintetizados por fusão direta entre dois núcleos mais leves, enquanto isótopos mais pesados ​​eram tipicamente observados como produtos de decaimento de núcleos com números atômicos maiores. [78]

Os núcleos atômicos têm conchas nucleares bem estabelecidas, e a existência dessas conchas fornece aos núcleos estabilidade adicional. Se um núcleo tem certo número de prótons ou nêutrons, chamados números mágicos, que completam certas camadas nucleares, então o núcleo é ainda mais estável contra o decaimento. Os maiores números mágicos conhecidos são 82 para prótons e 126 para nêutrons. Essa noção às vezes é expandida para incluir números adicionais entre esses números mágicos, que também fornecem alguma estabilidade adicional e indicam o fechamento de "subconchas". Em contraste com os núcleos mais leves mais conhecidos, os núcleos superpesados ​​são deformados. Até a década de 1960, o modelo de gota líquida era a explicação dominante para a estrutura nuclear. Sugeriu que a barreira de fissãodesapareceria para núcleos com cerca de 280  nucleons. [87] [88] Assim, pensava-se que a fissão espontânea ocorreria quase instantaneamente antes que os núcleos pudessem formar uma estrutura que pudesse estabilizá-los; [48] parecia que núcleos com Z   103 [w] eram muito pesados ​​para existir por um período de tempo considerável. [89]

O modelo de casca nuclear posterior sugeriu que núcleos com cerca de trezentos nucleons 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, [87] [88] e o próximo Espera-se que o núcleo duplamente mágico (com números mágicos de prótons e nêutrons) esteja no centro da ilha de estabilidade nas proximidades de Z  =  110-114 e o número de nêutrons mágico previsto N  = 184. Descobertas subsequentes sugeriram que a ilha prevista poderia estar mais longe do que originalmente previsto; eles também mostraram que os núcleos intermediários entre os actinídeos de vida longa e a ilha prevista são deformados e ganham estabilidade adicional devido aos efeitos das conchas. [88] A adição à estabilidade contra a fissão espontânea deve ser particularmente grande contra a fissão espontânea, embora o aumento da estabilidade contra o decaimento alfa também seja pronunciado. [88] O centro da região em um gráfico de nuclídeos que corresponderia a esta estabilidade para núcleos deformados foi determinado como 270Hs, com 108 esperado para ser um número mágico para prótons para núcleos deformados – núcleos que estão longe de ser esféricos – e 162 um número mágico para nêutrons para esses núcleos. [90] Experimentos em núcleos superpesados ​​mais leves, [91] bem como aqueles mais próximos da ilha esperada, [48] mostraram maior estabilidade do que o previsto anteriormente contra fissão espontânea, mostrando a importância dos efeitos das conchas nos núcleos.

Modelos teóricos preveem uma região de instabilidade para alguns isótopos de hássio em torno de A  =  275 [92] e N  =  168-170, que está entre os fechamentos previstos da camada de nêutrons em N  =  162 para núcleos deformados e N  =  184 para núcleos esféricos. [93] Prevê-se que os nuclídeos nesta região tenham baixas alturas de barreira de fissão, resultando em meias-vidas parciais curtas em direção à fissão espontânea. Esta previsão é apoiada pela meia-vida de onze milissegundos observada de 277 Hs e a da isóbara vizinha 277 Mt porque os fatores de impedimento doO nucleon ímpar mostrou ser muito menor do que o esperado. As meias-vidas medidas são ainda mais baixas do que as previstas para 276 Hs e 278 Ds, o que sugere uma lacuna na estabilidade longe dos fechamentos da casca e talvez um enfraquecimento dos fechamentos da casca nessa região. [93]

Em 1991, os físicos poloneses Zygmunt Patyk e Adam Sobiczewski previram [94] que 108 é um número mágico de prótons para núcleos deformados e 162 é um número mágico de nêutrons para tais núcleos. Isso significa que esses núcleos são permanentemente deformados em seu estado fundamental, mas têm barreiras de fissão altas e estreitas para deformação adicional e, portanto, tempos de vida relativamente longos em direção à fissão espontânea. [95] [96] Perspectivas computacionais para estabilização de conchas por 270 Hs o tornaram um candidato promissor para um núcleo duplamente mágico deformado. [97] Os dados experimentais são escassos, mas os dados existentes são interpretados pelos pesquisadores para apoiar a atribuição de N  = 162 como um número mágico. Em particular, esta conclusão foi tirada dos dados de decaimento de 269 Hs, 270 Hs e 271 Hs. [x] Em 1997, o físico polonês Robert Smolańczuk calculou que o isótopo 292 Hs pode ser o núcleo superpesado mais estável contra o decaimento alfa e a fissão espontânea como consequência do fechamento da concha N  = 184 previsto. [100] [101] 

Ocorrência natural

Hassium não é conhecido por ocorrer naturalmente na Terra; as meias-vidas de todos os seus isótopos conhecidos são curtas o suficiente para que nenhum hássio primordial tenha sobrevivido até os dias atuais. Isso não exclui a possibilidade da existência de isótopos ou isômeros nucleares desconhecidos e de vida mais longa , alguns dos quais ainda podem existir em quantidades vestigiais se tiverem vida longa o suficiente. Já em 1914, o físico alemão Richard Swinne propôs o elemento  108 como fonte de raios X na camada de gelo da Groenlândia. Embora Swinne fosse incapaz de verificar esta observação e, portanto, não reivindicasse a descoberta, ele propôs em 1931 a existência de "regiões" de elementos transurânicos de vida longa, incluindo uma em torno de Z  =  108. [102]

Em 1963, o geólogo e físico soviético Viktor Cherdyntsev, que já havia afirmado a existência do cúrio primordial -247, [103] afirmou ter descoberto o elemento  108 – especificamente o isótopo 267 108, que supostamente tinha uma meia-vida de 400 a 500  milhões . anos - em molibdenita natural e sugeriu o nome provisório sergenium (símbolo Sg); [104] [y] este nome tem sua origem no nome da Rota da Seda e foi explicado como "vindo do Cazaquistão " para isso. [104]Sua justificativa para afirmar que o sergênio era o homólogo mais pesado do ósmio era que os minerais supostamente contendo sergênio formavam óxidos voláteis quando fervidos em ácido nítrico , semelhante ao ósmio. [105]

As descobertas de Cherdyntsev foram criticadas pelo físico soviético Vladimir Kulakov, alegando que algumas das propriedades que Cherdyntsev alegou que o sergênio tinha eram inconsistentes com a física nuclear então atual. As principais questões levantadas por Kulakov foram que a alegada energia de decaimento alfa do sergênio era muitas ordens de magnitude menor do que o esperado e a meia-vida dada era oito ordens de magnitude menor do que o que seria previsto para um nuclídeo alfa decaindo com o decaimento alegado. energia. Ao mesmo tempo, uma meia-vida corrigida na região de 10 a 16  anos seria impossível porque implicaria que as amostras continham cerca de cem miligramas de sergênio. [105] Em 2003, foi sugerido que o decaimento alfa observado com energia de 4,5 MeV pode ser devido a uma transição de baixa energia e fortemente aumentada entre diferentes estados hiperdeformados de um isótopo de hássio em torno de 271 Hs, sugerindo assim que a existência de elementos superpesados ​​na natureza era pelo menos possível, embora improvável. [106]

Em 2006, o geólogo russo Alexei Ivanov levantou a hipótese de que um isômero de 271 Hs poderia ter uma meia-vida de cerca de(2,5 ± 0,5) × 10 8 anos, o que explicaria a observação de partículas alfa com energias em torno de 4,4  MeV em algumas amostras de molibdenita e osmirídio . [107] Este isômero de 271 Hs poderia ser produzido a partir do decaimento beta de 271 Bh e 271 Sg, que, sendo homólogo ao rênio e molibdênio respectivamente, deveria ocorrer em molibdenita junto com rênio e molibdênio se ocorressem na natureza. Como o hássio é homólogo ao ósmio, ele deve ocorrer junto com o ósmio no osmirídio se ocorrer na natureza. As cadeias de decaimento de 271 Bh e271 Sg são hipotéticos e a meia-vida prevista deste hipotético isômero de hássio não é longa o suficiente para que qualquer quantidade suficiente permaneça na Terra. [107] É possível que mais 271 Hs possam ser depositados na Terra à medida que o Sistema Solar viaja pelos braços espirais da Via Láctea ; isso explicaria os excessos de plutônio-239 encontrados nos fundos oceânicos do Oceano Pacífico e do Golfo da Finlândia . No entanto, prevê-se que minerais enriquecidos com 271 Hs tenham excessos de suas filhas urânio-235e chumbo-207; eles também teriam proporções diferentes de elementos que são formados durante a fissão espontânea, como criptônio , zircônio e xenônio . A ocorrência natural de hássio em minerais como molibdenita e osmiride é teoricamente possível, mas muito improvável. [107]

Em 2004, a JINR iniciou uma busca por hássios naturais no Laboratório Subterrâneo Modane em Modane , Auvergne-Rhône-Alpes , França; isso foi feito no subsolo para evitar interferências e falsos positivos de raios cósmicos . [14]Em 2008–09, um experimento realizado no laboratório resultou na detecção de vários eventos registrados de multiplicidade de nêutrons (número de nêutrons livres emitidos após um núcleo atingido por um nêutron e fissionado) acima de três em ósmio natural, e em 2012– 13, esses achados foram reafirmados em outro experimento realizado em laboratório. Esses resultados sugeriram que o hássio natural poderia existir na natureza em quantidades que permitem sua detecção por meio de química analítica, mas essa conclusão é baseada em uma suposição explícita de que existe um isótopo de hássio de vida longa ao qual os eventos registrados podem ser atribuídos. [108]

Como o 292 Hs pode ser particularmente estável contra decaimento alfa e fissão espontânea, foi considerado um candidato a existir na natureza. Prevê-se que este nuclídeo, no entanto, seja muito instável em relação ao decaimento beta e quaisquer isótopos beta-estáveis de hássio, como 286 Hs, seriam muito instáveis ​​nos outros canais de decaimento para serem observados na natureza. [101] Uma pesquisa de 2012 por 292 Hs na natureza junto com seu ósmio homólogo no Laboratório Maier-Leibnitz em Garching , Baviera , Alemanha, não teve sucesso, estabelecendo um limite superior para sua abundância em3 × 10 −15  gramas de hássio por grama de ósmio. [109]

Propriedades previstas

Vários cálculos sugerem que o hassium deve ser o elemento do grupo 8 mais pesado até agora, de acordo com a lei periódica . Suas propriedades geralmente devem corresponder às esperadas para um homólogo mais pesado de ósmio; como é o caso de todos os transactinídeos , espera-se que alguns desvios surjam dos efeitos relativísticos . [110]

Muito poucas propriedades do hássio ou de seus compostos foram medidas; isso se deve à sua produção extremamente limitada e cara [21] e ao fato de que o hássio (e seus pais) decai muito rapidamente. Algumas propriedades singulares relacionadas à química foram medidas, como a entalpia de adsorção do tetróxido de hássio, mas as propriedades do metal de hássio permanecem desconhecidas e apenas previsões estão disponíveis.

Efeitos relativísticos

Níveis de energia dos orbitais mais externos de Hs e Os
Níveis de energia dos orbitais mais externos de átomos de hássio e ósmio em elétron -volts , com e sem levar em conta os efeitos relativísticos. Observe a falta de divisão spin-órbita (e, portanto, a falta de distinção entre os orbitais d 3/2 e d 5/2 ) em cálculos não relativísticos.

Os efeitos relativísticos sobre o hássio devem surgir devido à alta carga de seus núcleos, o que faz com que os elétrons ao redor do núcleo se movam mais rápido - tão rápido que sua velocidade se torna comparável à velocidade da luz. [111] Existem três efeitos principais: o efeito relativístico direto, o efeito relativístico indireto e a divisão spin-órbita . (Os cálculos existentes não levam em conta as interações Breit , mas essas são desprezíveis, e sua omissão só pode resultar em uma incerteza dos cálculos atuais de não mais que 2%.) [112]

À medida que o número atômico aumenta, o mesmo acontece com a atração eletrostática entre um elétron e o núcleo. Isso faz com que a velocidade do elétron aumente, o que leva a um aumento em sua massa . Isso, por sua vez, leva à contração dos orbitais atômicos , mais especificamente os orbitais s e p 1/2 . Seus elétrons ficam mais intimamente ligados ao átomo e mais difíceis de serem retirados do núcleo. Este é o efeito relativista direto. Foi originalmente pensado para ser forte apenas para os elétrons mais internos, mas mais tarde foi estabelecido para influenciar significativamente os elétrons de valência também. [113]

Como os orbitais s e p 1/2 estão mais próximos do núcleo, eles tomam sobre si uma porção maior da carga elétrica do núcleo ("blindagem"). Isso deixa menos carga para atração dos elétrons restantes, cujos orbitais, portanto, se expandem, tornando-os mais fáceis de puxar do núcleo. Este é o efeito relativista indireto. [114] Como resultado da combinação dos efeitos relativísticos diretos e indiretos, o íon Hs + , comparado ao átomo neutro, não possui um elétron 6d, em vez de um elétron 7s. Em comparação, Os + não possui um elétron 6s em comparação com o átomo neutro. [115]O raio iônico (no estado de oxidação +8) do hássio é maior que o do ósmio por causa da expansão relativística dos orbitais 6p 3/2 , que são os orbitais mais externos para um íon Hs 8+ (embora na prática esses íons altamente carregados seria muito polarizado em ambientes químicos para ter muita realidade). [116]

Existem vários tipos de orbitais eletrônicos, denotados pelas letras s, p, d e f (espera-se que os orbitais g comecem a ser quimicamente ativos entre os elementos após o elemento 120 ). Cada um deles corresponde a um número quântico azimutal l : s para 0, p para 1, d para 2 e f para 3. Cada elétron também corresponde a um número quântico de spin s , que pode ser igual a +1/2 ou −1 /2. [117] Assim, o número quântico do momento angular total j = l + s é igual a j = l ± 1/2 (exceto para l = 0, para o qual para ambos os elétrons em cada orbital j = 0 + 1/2 = 1 /2).[117] O spin de um elétron interage relativisticamentecom sua órbita, e essa interação leva a uma divisão de uma subcamada em duas com energias diferentes (aquela com j = l − 1/2 é mais baixa em energia e, portanto, esses elétrons são mais difíceis de extrato): [118] por exemplo, dos seis elétrons 6p, dois se tornam 6p 1/2 e quatro se tornam 6p 3/2 . Esta é a divisão spin-órbita (às vezes também chamada de divisão de subcamada ou acoplamento jj ). [119] [z] É mais visível com elétrons p, [112] que não desempenham um papel importante na química do hássio,[11] mas aqueles para os elétrons d e f estão dentro da mesma ordem de magnitude [112] (quantitativamente, a divisão spin-órbita é expressa em unidades de energia, como elétron -volts ). [117]

Esses efeitos relativísticos são responsáveis ​​pelo esperado aumento da energia de ionização , diminuição da afinidade eletrônica e aumento da estabilidade do estado de oxidação +8 em relação ao ósmio; sem eles, as tendências seriam invertidas. [121] Os efeitos relativísticos diminuem as energias de atomização dos compostos de hássio porque a divisão spin-órbita do orbital d diminui a energia de ligação entre os elétrons e o núcleo e porque os efeitos relativísticos diminuem o caráter iônico na ligação. [121]

Físico e atômico

Os membros anteriores do grupo  8 têm pontos de fusão relativamente altos: Fe, 1538  °C; Ru , 2334  °C; Os, 3033  °C. Muito parecido com eles, o hássio é previsto para ser um sólido à temperatura ambiente [5], embora seu ponto de fusão não tenha sido calculado com precisão. O hássio deve cristalizar na estrutura compacta hexagonal ( c / a  =  1,59), [5] de forma semelhante ao seu congênere mais leve ósmio. [5] O hássio metálico puro é calculado [5] [122] para ter um módulo de volume (resistência à compressão uniforme) de 450 GPa , comparável ao do diamante , 442  GPa. [123] Espera-se que o hássio seja um dos mais densos dos 118 elementos conhecidos, com uma densidade prevista de 27–29 g/cm 3 contra os 22,59 g/cm 3 medidos para o ósmio. [6] [7]

Espera-se que o raio atômico do hássio seja em torno de 126  pm. [12] Devido à estabilização relativística do orbital 7s e desestabilização do orbital 6d, o íon Hs + é previsto para ter uma configuração eletrônica de [ Rn ]  5f 14  6d 5  7s 2 , dando um elétron 6d em vez de um 7s elétron, que é o oposto do comportamento de seus homólogos mais leves. Espera-se que o íon Hs 2+ tenha uma configuração eletrônica de [Rn]  5f 14  6d 5  7s 1 , análoga à calculada para o íon Os 2+ . [115] Emcompostos químicos , o hássio é calculado para apresentar características de ligação para um elemento do bloco d , cuja ligação será executada principalmente pelos orbitais 6d 3/2 e 6d 5/2 ; em comparação com os elementos dos períodos anteriores, os orbitais 7s, 6p 1/2 , 6p 3/2 e 7p 1/2 devem ser mais importantes. [124]

Química

Estados de oxidação estáveis ​​no grupo 8 [125]
Elemento Estados de oxidação estáveis
ferro      +6 +3 +2
rutênio +8 +6 +5 +4 +3 +2
ósmio +8 +6 +5 +4 +3 +2

Hassium é o sexto membro da série 6d de metais de transição e espera-se que seja muito parecido com os metais do grupo da platina . [126] Algumas dessas propriedades foram confirmadas por experimentos de química em fase gasosa. [127] [128] [129] Os elementos do grupo  8 retratam uma ampla variedade de estados de oxidação, mas o rutênio e o ósmio retratam prontamente seu estado de oxidação do grupo de +8; este estado torna-se mais estável ao longo do grupo. [125] [130] [131] Este estado de oxidação é extremamente raro: entre os elementos estáveis, apenas rutênio, ósmio e xenônio são capazes de atingi-lo em compostos razoavelmente estáveis. [aa] Espera-se que o Hassium siga seus congêneres e tenha um estado +8 estável,[128] mas, como eles, deve mostrar estados de oxidação estáveis ​​mais baixos, como +6, +4, +3 e +2. [12] [10] Espera-se que o hássio(IV) seja mais estável que o hássio(VIII) em solução aquosa. [134] Hassium deve ser um metal bastante nobre . [135] Espera -se que o potencial de redução padrão para o par Hs 4+ /Hs seja de 0,4 V. [12]

Os elementos do grupo 8 mostram uma química de óxido distinta . Todos os membros mais leves têm tetróxidos conhecidos ou hipotéticos, MO 4 . [136] Seu poder oxidante diminui à medida que se desce o grupo. FeO 4 não é conhecido devido à sua afinidade eletrônica extraordinariamente grande – a quantidade de energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo ou molécula neutra para formar um íon negativo [137] – o que resulta na formação do bem conhecido ferrato de oxiânion (VI) , FeO2-4
_
. [138] O tetróxido de rutênio , RuO 4 , que é formado pela oxidação do rutênio(VI) em ácido, sofre prontamente redução para rutenato(VI), RuO2-4
_
. [139] [140] A oxidação do metal rutênio no ar forma o dióxido, RuO 2 . [141] Em contraste, o ósmio queima para formar o tetróxido estável , OsO 4 , [142] [143] que se complexa com o íon hidróxido para formar um complexo ósmio(VIII) -ato , [OsO 4 (OH) 2 ] 2− . [144] Portanto, o hássio deve se comportar como um homólogo mais pesado do ósmio, formando um tetróxido estável e muito volátil HsO 4 , [14] [127] [129] [130] [145] que sofre complexação comhidróxido para formar um hassate(VIII), [HsO 4 (OH) 2 ] 2− . [146] O tetróxido de rutênio e o tetróxido de ósmio são ambos voláteis devido à sua geometria molecular tetraédrica simétrica e porque são neutros em termos de carga; o tetróxido de hássio também deve ser um sólido muito volátil. A tendência das volatilidades dos  tetróxidos do grupo 8 é experimentalmente conhecida como RuO 4  <  OsO 4  >  HsO 4 , o que confirma os resultados calculados. Em particular, as entalpias de adsorção calculadas - a energia necessária para a adesãode átomos, moléculas ou íons de um gás, líquido ou sólido dissolvido para uma superfície —de HsO4 , −(45,4 ± 1 ) kJ/mol em quartzo , concorda muito bem com o valor experimental de −(46 ± 2) kJ/mol. [147]      

Química Experimental

Modelo de bola e vareta da molécula de ferroceno
No ferroceno , os anéis ciclopentadienil estão em uma conformação escalonada .
Modelo de bola e vareta da molécula rutenoceno
No rutenoceno e no osmoceno , os anéis ciclopentadienil estão em uma conformação eclipsada . Hassocene também está previsto para ter essa estrutura.

O primeiro objetivo da investigação química foi a formação do tetróxido; foi escolhido porque o rutênio e o ósmio formam tetróxidos voláteis, sendo os únicos metais de transição a apresentar um composto estável no estado de oxidação +8. [148] Apesar desta seleção para estudos químicos em fase gasosa ser clara desde o início, [130] a caracterização química do hássio foi considerada uma tarefa difícil por muito tempo. [130] Embora os isótopos de hássio tenham sido sintetizados pela primeira vez em 1984, não foi até 1996 que um isótopo de hássio de vida longa o suficiente para permitir estudos químicos foi sintetizado. Infelizmente, esse isótopo de hássio, 269 Hs, foi sintetizado indiretamente a partir do decaimento do 277 Cn; [130]não só os métodos de síntese indireta não são favoráveis ​​para estudos químicos, [149] mas a reação que produziu o isótopo 277 Cn teve um baixo rendimento – sua seção de choque foi de apenas 1 pb [130] – e, portanto, não forneceu átomos de hássio suficientes para um investigação química. [126] A síntese direta de 269 Hs e 270 Hs na reação 248 Cm( 26 Mg, x n) 274− x Hs ( x = 4 ou 5) pareceu mais promissora porque a seção de choque para esta reação foi um pouco maior em 7 pb . [130]    Esse rendimento ainda era cerca de dez vezes menor que o da reação utilizada para a caracterização química do bóhrio . [130] Novas técnicas para irradiação, separação e detecção tiveram que ser introduzidas antes que o hássio pudesse ser caracterizado quimicamente com sucesso. [130]

O rutênio e o ósmio têm química muito semelhante devido à contração dos lantanídeos, mas o ferro mostra algumas diferenças entre eles; por exemplo, embora o rutênio e o ósmio formem tetróxidos estáveis ​​nos quais o metal está no estado de oxidação +8, o ferro não. [130] [136] Em preparação para a caracterização química do hássio, a pesquisa concentrou-se em rutênio e ósmio em vez de ferro [130] porque se esperava que o hássio fosse semelhante ao rutênio e ao ósmio, pois os dados previstos sobre o hássio correspondiam aos daqueles dois. [150] [151]

Os primeiros experimentos químicos foram realizados com termocromatografia gasosa em 2001, utilizando como referência os radioisótopos sintéticos de ósmio 172 Os e 173 Os. Durante o experimento, sete átomos de hássio foram sintetizados usando as reações 248 Cm( 26 Mg,5n) 269 Hs e 248 Cm( 26 Mg,4n) 270 Hs. Eles foram então termalizados e oxidados em uma mistura de gases de hélio e oxigênio para formar moléculas de tetróxido de hássio. [127] [129] [152]

Hs + 2 O 2 → HsO 4

A temperatura de deposição medida do tetróxido de hássio foi maior do que a do tetróxido de ósmio, o que indicou que o primeiro era o menos volátil, e isso colocou o hássio firmemente no grupo 8. [127] [129] [153] A entalpia de adsorção para HsO 4 medido,-46 ±kJ/mol , foi significativamente menor que o valor previsto,−36,7 ± 1,5 kJ/mol , indicando que o OsO 4 é mais volátil que o HsO 4 , contrariando cálculos anteriores que sugeriam que eles deveriam ter volatilidades muito semelhantes. Para comparação, o valor para OsO 4 é−39 ± 1 kJ/mol . [154] (Os cálculos que produziram uma correspondência mais próxima aos dados experimentais vieram após o experimento, em 2008.) [147] É possível que o tetróxido de hássio interaja de maneira diferente com o nitreto de silício do que com o dióxido de silício , os produtos químicos usados ​​para o detector; mais pesquisas são necessárias para estabelecer se existe uma diferença entre tais interações e se isso influenciou as medições. Tal pesquisa incluiria medições mais precisas das propriedades nucleares de 269 Hs e comparações com RuO 4 além de OsO 4 . [153]

Em 2004, os cientistas reagiram tetróxido de hássio e hidróxido de sódio para formar hassato de sódio (VIII), uma reação que é bem conhecida com ósmio. Esta foi a primeira reação ácido-base com um composto de hássio, formando hassato de sódio (VIII): [146]

HsO
4
+ 2 NaOHNa
2
[HsO
4
(OH)
2
]

A equipe da Universidade de Mainz planejou em 2008 estudar a eletrodeposição de átomos de hássio usando as novas instalações da TASCA no GSI. Seu objetivo era usar a reação 226 Ra( 48 Ca,4n) 270 Hs. [155] Os cientistas do GSI esperavam usar TASCA para estudar a síntese e as propriedades do composto de hássio(II) hassoceno, Hs( C 5 H 5 ) 2 , usando a reação 226 Ra( 48 Ca, x n). Este composto é análogo aos compostos mais leves ferroceno , rutenoceno e osmoceno., e espera-se que tenha os dois anéis ciclopentadienil em uma conformação eclipsada como rutenoceno e osmoceno e não em uma conformação escalonada como ferroceno. [10] Hassoceno, que se espera ser um composto estável e altamente volátil, foi escolhido porque tem hassium no baixo estado de oxidação formal de +2 - embora a ligação entre o metal e os anéis seja principalmente covalente em metalocenos - em vez de o estado +8 alto que havia sido investigado anteriormente, e esperava-se que os efeitos relativísticos fossem mais fortes no estado de oxidação mais baixo. A estrutura altamente simétrica do hassoceno e seu baixo número de átomos facilitam os cálculos relativísticos. [10] A partir de 2021, não há relatos experimentais de hassocene. [156]

Notas

  1. ^ a b O isótopo mais estável do hássio não pode ser determinado com base nos dados existentes devido à incerteza que surge do baixo número de medições. O intervalo de confiança da meia-vida de 269 Hs correspondente a um desvio padrão é, com base nos dados existentes,16 ± 6 segundos, enquanto que o de 270 Hs é9 ± 4 segundos. Também é possível que 277m Hs seja mais estável do que ambos, com sua meia-vida provavelmente sendo110 ± 70 segundos, mas apenas um evento de decaimento deste isótopo foi registrado em 2016 . [2] [3]
  2. Na física nuclear , um elemento é chamado de pesado se seu número atômico for alto; o 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 [16] ou 112 ; [17] às vezes, o termo é apresentado como equivalente ao termo "transactinida", que coloca um limite superior antes do início da série hipotética de superactinídeos ). [18]Os termos "isótopos pesados" (de um dado elemento) e "núcleos pesados" significam o que pode ser entendido na linguagem comum — isótopos de alta massa (para o elemento dado) e núcleos de alta massa, respectivamente.
  3. Em 2009, uma equipe do JINR liderada por Oganessian publicou resultados de sua tentativa de criar hássio em umareação simétrica de 136 Xe +  136 Xe. Eles não conseguiram observar um único átomo em tal reação, colocando o limite superior na seção de choque, a medida de probabilidade de uma reação nuclear, como 2,5  pb . [19] 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. [20]
  4. ^ Quanto maior a energia de excitação, mais nêutrons são ejetados. Se a energia de excitação for menor que a energia que liga cada nêutron ao resto do núcleo, os nêutrons não são emitidos; em vez disso, o núcleo composto é desexcitado emitindo um raio gama . [24]
  5. A definição do Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC/IUPAP afirma que um elemento químico só pode ser reconhecido como descoberto se um núcleo dele não decair em 10 a 14 segundos. Esse valor foi escolhido como uma estimativa de quanto tempo leva para um núcleo adquirir seus elétrons externos e, assim, exibir suas propriedades químicas. [25] Esta figura também marca o limite superior geralmente aceito para o tempo de vida de um núcleo composto. [26]
  6. ^ Esta separação é baseada no fato de que os núcleos resultantes se movem além do alvo mais lentamente do que os núcleos do feixe que não reagiram. O separador contém campos elétricos e magnéticos cujos efeitos sobre uma partícula em movimento se cancelam para uma velocidade específica de uma partícula. [28] Essa 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. [29]
  7. ^ Nem todos os modos de decaimento são causados ​​por repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [34]
  8. Como a massa de um núcleo não é medida diretamente, mas sim calculada a partir da massa de outro núcleo, essa medida é chamada de indireta. Medições diretas também são possíveis, mas na maioria das vezes elas permanecem indisponíveis para núcleos mais pesados. [35] A primeira medição direta da massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [36] 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, já que a transferência foi feita na presença de um ímã). [37]
  9. A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [38] um dos principais cientistas do JINR, e assim foi um "cavalo de pau" para a instalação. [39] Em contraste, os cientistas da LBL acreditavam que a informação da fissão não era suficiente para uma alegação de síntese de um elemento. Eles acreditavam que a fissão espontânea não havia sido estudada o suficiente para usá-la na identificação de um novo elemento, pois havia dificuldade em estabelecer que um núcleo composto tivesse apenas ejetado nêutrons e não partículas carregadas como prótons ou partículas alfa. [26] Eles, portanto, preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por sucessivos decaimentos alfa. [38]
  10. Por exemplo, o elemento 102 foi erroneamente identificado em 1957 no Instituto Nobel de Física em Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suécia . [40] Não houve reivindicações definitivas anteriores da criação deste elemento, e o elemento recebeu um nome por seus descobridores suecos, americanos e britânicos, nobelium . Mais tarde foi mostrado que a identificação estava incorreta. [41] No ano seguinte, o LBNL não conseguiu reproduzir os resultados suecos e anunciou sua síntese do elemento; essa afirmação também foi refutada mais tarde. [41] JINR insistiu que eles foram os primeiros a criar o elemento e sugeriu um nome próprio para o novo elemento,joliotium ; [42] o nome soviético também não foi aceito (JINR mais tarde se referiu à nomeação do elemento 102 como "apressado"). [43] O nome "nobélio" permaneceu inalterado devido ao seu uso generalizado. [44]
  11. ^ Geralmente, núcleos mais pesados ​​requerem mais nêutrons porque, à medida que o número de prótons aumenta, também aumenta a repulsão eletrostática entre eles. Essa repulsão é equilibrada pela energia de ligação gerada pela forte interação entre os quarks dentro dos nucleons; é suficiente manter os quarks juntos em um nucleon e parte dele é deixado para a ligação de diferentes nucleons. Quanto mais nucleons houver em um núcleo, mais energia haverá para ligar os nucleons (observe que maior energia total de ligação não corresponde necessariamente a maior energia de ligação por nucleon). [46] No entanto, ter muitos nêutrons por próton, enquanto diminui a repulsão eletrostática por nucleon que nega a energia de ligação, resulta em decaimento beta. [47]
  12. ^ O número sobrescrito à esquerda de um símbolo químico refere-se à massa de um determinado nuclídeo; por exemplo, 48 Ca é a notação para cálcio-48 . Na pesquisa de elementos superpesados, os elementos que não receberam um nome e um símbolo são frequentemente referidos por seus números atômicos em vez de símbolos; se um símbolo foi atribuído e o número deve ser exibido, ele é escrito em subscrito à esquerda do símbolo. 270 108 seria 270 Hs ou270
    108
    Hs
    na nomenclatura moderna (ou hassium-270 se soletrado).
  13. Isso pretendia resolver não apenas quaisquer conflitos futuros, mas também vários que existiam na época: berílio /glucínio, nióbio /columbium, lutécio /cassiopeium, háfnio /celtium, tungstênio /wolfram e protoactinium /brevium. [59]
  14. Por exemplo, Armbruster sugeriu que o elemento 107 fosse chamado de nielsbohrium ; JINR usou este nome para o elemento 105 que eles alegaram ter descoberto. Isso foi feito para honrar a técnica de fusão a frio de Oganessian; A GSI pediu permissão ao JINR. [66]
  15. O físico americano Glenn T. Seaborg sugeriu esse nome para o elemento 110 em nome do LBNL em novembro de 1997 depois que a IUPAC pesquisou as três principais colaborações (GSI, JINR/ LLNL e LBNL) sobre como eles achavam que o elemento deveria ser nomeado. [74]
  16. Da mesma forma, existem nomes de rutênio , moscovium e dubnium para JINR. O único elemento descoberto por RIKEN em Wakō , Prefeitura de Saitama , Japão, é nomeado nihonium após um nome japonês do Japão.
  17. ^ Fontes diferentes dão valores diferentes para meias-vidas; os valores publicados mais recentemente são listados. As incertezas não são dadas.
  18. Poucos núcleos de cada isótopo de hássio foram sintetizados e, portanto, as meias-vidas desses isótopos não podem ser determinadas com muita precisão. Portanto, uma meia-vida pode ser dada como o valor mais provável ao lado de um intervalo de confiança que corresponde a um desvio padrão (tal intervalo baseado em experimentos futuros, cujo resultado ainda é desconhecido, contém o valor verdadeiro com uma probabilidade de ~68,3% ): por exemplo, o valor de 1,42 s na tabela de isótopos obtido para 268 Hs foi listado na fonte como 1,42 ± 1,13 s, e esse valor é uma modificação do valor de 0,38+1,8
    −0,17
    s
    . [76]
  19. A notação 208 Pb( 56 Fe,n) 263 Hs denota uma reação nuclear entre um núcleo de 208 Pb que foi bombardeado com um núcleo de 56 Fe; os dois se fundiram e, após a emissão de um único nêutron, o núcleo restante era de 263 Hs. Outra notação para esta reação seria 208 Pb + 56 Fe → 263 Hs + n.
  20. A meia-vida deste isótopo é estimada a partir de tendências entre nuclídeos com o mesmo número de prótons e nêutrons em vez de medidos diretamente.
  21. Apenas um evento de decaimento deste isótopo foi registrado.
  22. Nuclídeos metaestáveis ​​são indicados pela letra "m" imediatamente ao número de massa, como em "hássio-277m".
  23. O símbolo Z refere-se ao número atômico — número de prótons em um núcleo atômico. O símbolo N refere-se ao número de nêutrons — número de nêutrons em um núcleo. O símbolo A refere-se ao número de massa — número de nêutrons e prótons em um núcleo combinado.
  24. ^ Em particular, a baixa energia de decaimento para 270 Hs corresponde aos cálculos. [96] A conclusão para 269 Hs foi feita depois que seus dados de decaimento foram comparados com os de 273 Ds; o decaimento do último no primeiro tem uma energia suficientemente maior que o decaimento do primeiro (11,2 MeV e 9,2 MeV, respectivamente). O grande valor da primeira energia foi explicado como um cruzamento da direita para a esquerda de N  = 162 ( 273 Ds tem 163 nêutrons e 269 Hs tem 161). [98] Uma observação e conclusão semelhantes foram feitas após a medição da energia de decaimento de 271 Hs e 267 Sg.[99]
  25. Na época, esse símbolo ainda não havia sido tomado pelo seaborgium.
  26. A interação spin-órbita é a interação entre o campo magnético causado pelo spin de um elétron e o campo magnético efetivo causado pelo campo elétrico de um núcleo e o movimento de um elétron orbitando-o. (De acordo com a teoria da relatividade especial , campos elétricos e magnéticos são ocorrências de campos eletromagnéticos comuns que podem ser vistos como mais ou menos elétricos e mais ou menos magnéticos dependendo do referencial.. O campo magnético efetivo do referencial do elétron é obtido do campo elétrico do núcleo após uma transformação relativística do referencial do núcleo.) A divisão ocorre porque, dependendo do spin de um elétron, ele pode ser atraído ou revogado pelo núcleo; essa atração ou repulsão é significativamente mais fraca do que a atração eletrostática entre eles e, portanto, pode afetar apenas um pouco o elétron geral. [120]
  27. Enquanto o irídio é conhecido por mostrar um estado +8 no tetróxido de irídio , bem como um estado único +9 no cátion irídio tetróxido IrO+
    4
    , o primeiro é conhecido apenas no isolamento da matriz e o último na fase gasosa, e nenhum composto de irídio em estados de oxidação tão elevados foi sintetizado em quantidades macroscópicas. [132] [133]

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