Lourenço

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Lourêncio,  103 Lr
Lourenço
Pronúncia/ l ɒ r ɛ n s i ə m / ( ouvir )audio speaker icon ​( lorr- EN -see-əm )
Aparênciaprateado (previsto) [1]
Número de massa[266]
Laurêncio 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
Lu

Lr

(Ups)
nobeliumlawrenciumrutherfordium
Número atômico ( Z )103
Grupogrupo 3
Períodoperíodo 7
Quadra  d-bloco
Configuração eletrônica[ Rn ] 5f 14 7s 2 7p 1
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 32, 8, 3
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido (previsto)
Ponto de fusão1900  K (1627 ° C, 2961 ° F) (previsto)
Densidade (perto  da rt )14,4 g/cm 3 (previsto) [2]
Propriedades atômicas
Estados de oxidação+3
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 1,3 (previsto) [3]
Energias de ionização
  • 1º: 478,6 kJ/mol [4]
  • 2º: 1428,0 kJ/mol (previsto)
  • 3º: 2219,1 kJ/mol (previsto)
Outras propriedades
Ocorrência naturalsintético
Estrutura de cristalhexagonal compacto (hcp)
Hexagonal close-packed crystal structure for lawrencium

(previsto) [5]
Número CAS22537-19-5
História
Nomeaçãodepois de Ernest Lawrence
DescobertaLawrence Berkeley National Laboratory e Joint Institute for Nuclear Research (1961-1971)
Principais isótopos de lawrencium
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
254 Lr sin 13 segundos 78% α 250 Md
22% ε 254 Não
255 Lr sin 21,5 segundos α 251 Md
256 Lr sin 27 segundos α 252 Md
259 Lr sin 6,2 segundos 78% α 255 Md
22% FS
260 litros sin 2,7 minutos α 256 Md
261 Lr sin 44 minutos SF/ε?
262 Lr sin 3,6 horas ε 262 Não
264 Lr sin 3h [6] SF
266 Lr sin 10 horas SF
 Categoria: Lourenço
| referências

Lawrencium é um elemento químico sintético com o símbolo Lr (anteriormente Lw) e número atômico 103. É nomeado em homenagem a Ernest Lawrence , inventor do ciclotron , um dispositivo que foi usado para descobrir muitos elementos radioativos artificiais . Um metal radioativo , o laurêncio é o décimo primeiro elemento transurânico e também o membro final da série dos actinídeos . Como todos os elementos com número atômico superior a 100, o laurêncio só pode ser produzido em aceleradores de partículas bombardeando elementos mais leves com partículas carregadas. Quatorze isótopos de lawrencium são atualmente conhecidos; o mais estável é 266 Lr com meia-vida de 11 horas, mas o 260 Lr de vida mais curta (meia-vida de 2,7 minutos) é mais comumente usado em química porque pode ser produzido em maior escala.

Experimentos químicos confirmaram que o laurêncio se comporta como um homólogo mais pesado do lutécio na tabela periódica e é um elemento trivalente . Assim, também poderia ser classificado como o primeiro dos metais de transição do 7º período : no entanto, sua configuração eletrônica é anômala para sua posição na tabela periódica, tendo uma configuração s 2 p em vez da configuração s 2 d de seu homólogo lutécio. Isso significa que o lawrencium pode ser mais volátil do que o esperado para sua posição na tabela periódica e ter uma volatilidade comparável à do chumbo .

Nas décadas de 1950, 1960 e 1970, muitas reivindicações da síntese de laurêncio de qualidade variada foram feitas em laboratórios da União Soviética e dos Estados Unidos . A prioridade da descoberta e, portanto, a nomenclatura do elemento foi disputada entre cientistas soviéticos e americanos, e enquanto a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) inicialmente estabeleceu lawrencium como o nome oficial para o elemento e deu crédito à equipe americana por a descoberta, isso foi reavaliado em 1997, dando a ambas as equipes crédito compartilhado pela descoberta, mas sem alterar o nome do elemento.

Introdução

A graphic depiction of a nuclear fusion reaction
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
video icon Visualização de fusão nuclear mal sucedida, com base em cálculos da Australian National University [7]

Os núcleos atômicos [a] mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanho desigual [b] em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de que os dois reajam. [13] 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. [14] 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. [14] [15] 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 , [c] que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a 16  segundos após a colisão inicial. [16] [d]

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. [19] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos da reação) [e] 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. [19] A transferência leva cerca de 10 −6  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. [22] O núcleo é registrado novamente assim que seu decaimento é registrado, e a localização, a energia, e o tempo de decaimento são medidos. [19]

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. [23] Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos [24] e até agora foram observados [25] decaindo principalmente através de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decaimento alfa e fissão espontânea ; [f] 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. [g] 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. [h]

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. [eu]

História

Albert Ghiorso atualizando a tabela periódica em abril de 1961, inscrevendo o símbolo "Lw" na posição do elemento 103, enquanto os co-descobridores Latimer, Sikkeland e Larsh (da esquerda para a direita) observam com aprovação.

Em 1958, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley alegaram a descoberta do elemento 102, agora chamado de nobélio . Ao mesmo tempo, eles também tentaram sintetizar o elemento 103 bombardeando o mesmo alvo de cúrio usado com íons de nitrogênio -14. Um acompanhamento deste experimento não foi realizado, pois o alvo foi destruído. Dezoito faixas foram notadas, com energia de decaimento em torno de9 ±MeV e meia-vida em torno de 14  s; a equipe de Berkeley observou que, embora a causa possa ser a produção de um isótopo do elemento 103, outras possibilidades não podem ser descartadas. Embora os dados concordem razoavelmente com os descobertos posteriormente para 257 Lr ( energia de decaimento alfa 8,87 MeV, meia-vida 0,6 s), a evidência obtida neste experimento ficou muito aquém da força necessária para demonstrar conclusivamente a síntese do elemento 103. [37] ] [38] Mais tarde, em 1960, o Lawrence Berkeley Laboratory tentou sintetizar o elemento bombardeando 252 Cf com 10 B e11 B. Os resultados deste experimento não foram conclusivos. [37]

O primeiro trabalho importante sobre o elemento 103 foi realizado em Berkeley pela equipe de física nuclear de Albert Ghiorso , Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh, Robert M. Latimer e seus colaboradores em 14 de fevereiro de 1961. [39] Os primeiros átomos de lawrencium foram produzidos bombardeando um alvo de três miligramas consistindo de três isótopos do elemento califórnio com núcleos de boro -10 e boro-11 do Heavy Ion Linear Accelerator (HILAC). [40] A equipe de Berkeley relatou que o isótopo 257 103 foi detectado dessa maneira e que decaiu emitindo uma partícula alfa de 8,6 MeV. com meia vida de8 ± 2 segundos . [38] Esta identificação foi posteriormente corrigida para ser 258 103, [40] pois trabalhos posteriores provaram que 257 Lr não tinham as propriedades detectadas, mas 258 Lr tinham. [38] Isso foi considerado na época como uma prova convincente da síntese do elemento 103: enquanto a atribuição de massa era menos certa e provou ser equivocada, não afetou os argumentos a favor do elemento 103 ter sido sintetizado. Cientistas do Joint Institute for Nuclear Research em Dubna (então na União Soviética) levantou várias críticas: todas, exceto uma, foram respondidas adequadamente. A exceção foi que 252 Cf era o isótopo mais comum no alvo, e nas reações com 10 B, 258 Lr só poderia ter sido produzido pela emissão de quatro nêutrons, e a emissão de três nêutrons era muito menos provável do que a emissão de quatro ou cinco. Isso levaria a uma curva de rendimento estreita, não a ampla relatada pela equipe de Berkeley. Uma possível explicação foi que houve um baixo número de eventos atribuídos ao elemento 103. [38] Este foi um importante passo intermediário para a descoberta inquestionável do elemento 103, embora a evidência não fosse completamente convincente. [38]A equipe de Berkeley propôs o nome "lawrencium" com o símbolo "Lw", em homenagem a Ernest Lawrence , inventor do ciclotron . A Comissão IUPAC de Nomenclatura de Química Inorgânica aceitou o nome, mas mudou o símbolo para "Lr". [41] Esta aceitação da descoberta foi posteriormente caracterizada como sendo precipitada pela equipe de Dubna. [38]

252
98
Cf
+11
5
B
263
103
Lr
* →258
103
Lr
+ 51
0
n

O primeiro trabalho em Dubna no elemento 103 veio em 1965, quando eles relataram ter criado 256 103 em 1965 bombardeando 243 Am com 18 O , identificando-o indiretamente de sua neta férmio -252. A meia-vida que eles relataram foi um pouco alta demais, possivelmente devido a eventos de fundo. Mais tarde, em 1967, trabalhos na mesma reação identificaram duas energias de decaimento nas faixas de 8,35 a 8,50 MeV e 8,50 a 8,60 MeV: estas foram atribuídas a 256 103 e 257 103. [38] Apesar de repetidas tentativas, eles não conseguiram confirmar a atribuição de um alfa emissor com meia-vida de oito segundos para 257 103. [42][43] Os russos propuseram o nome "Rutherfordium" para o novo elemento em 1967: [37] este nome foi usado mais tarde para o elemento 104 .

243
95
Sou
+18
8
O
261
103
Lr
* →256
103
Lr
+ 51
0
n

Outras experiências em 1969 em Dubna e em 1970 em Berkeley demonstraram uma química de actinídeos para o novo elemento, de modo que em 1970 já se sabia que o elemento 103 é o último actinídeo. [38] [44] Em 1970, o grupo Dubna relatou a síntese de 255 103 com meia-vida de 20 s e energia de decaimento alfa de 8,38 MeV. [38] No entanto, não foi até 1971, quando a equipe de física nuclear da Universidade da Califórnia em Berkeley realizou com sucesso toda uma série de experimentos destinados a medir as propriedades de decaimento nuclear dos isótopos de laurêncio com números de massa de 255 a 260, [ 38] 45] [46]que todos os resultados anteriores de Berkeley e Dubna foram confirmados, além da atribuição errônea inicial do grupo de Berkeley de seu primeiro isótopo produzido para 257 103 em vez do provavelmente correto 258 103. [38] Todas as dúvidas finais foram finalmente dissipadas em 1976 e 1977, quando o energias de raios-X emitidas de 258 103 foram medidas. [38]

O elemento recebeu o nome de Ernest Lawrence .

Em 1971, a IUPAC concedeu a descoberta do laurêncio ao Laboratório Lawrence Berkeley, mesmo não tendo dados ideais para a existência do elemento. No entanto, em 1992, o IUPAC Trans-fermium Working Group (TWG) reconheceu oficialmente as equipes de física nuclear em Dubna e Berkeley como as co-descobridoras do lawrencium, concluindo que, embora os experimentos de Berkeley de 1961 tenham sido um passo importante para a descoberta do lawrencium, eles foram ainda não completamente convincente; e enquanto os experimentos de Dubna de 1965, 1968 e 1970 chegaram muito perto do nível de confiança necessário em conjunto, apenas os experimentos de Berkeley de 1971, que esclareceram e confirmaram observações anteriores, finalmente resultaram em total confiança na descoberta do elemento 103. [37] ] [41]Como o nome "lawrencium" estava em uso há muito tempo, foi mantido pela IUPAC, [37] e em agosto de 1997, a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) ratificou o nome lawrencium e o símbolo "Lr" durante uma reunião em Genebra . [41]

Características

Físico

Lawrencium é o último membro da série dos actinídeos . Entre aqueles que estudam o assunto, geralmente é considerado um elemento do grupo 3 , juntamente com o escândio , ítrio e lutécio , já que sua camada f preenchida deve torná-lo semelhante aos metais de transição do 7º período : no entanto, houve alguma controvérsia sobre este ponto. Na tabela periódica , está localizado à direita do actinídeo nobélio , à esquerda do rutherfórdio do metal de transição 6d ., e sob o lantanídeo lutécio com o qual compartilha muitas propriedades físicas e químicas. Espera-se que o laurêncio seja um sólido em condições normais e assuma uma estrutura cristalina hexagonal compacta ( c / a  = 1,58), semelhante ao seu congênere lutécio mais leve, embora isso ainda não seja conhecido experimentalmente. [5] A entalpia de sublimação do laurécio é estimada em 352 kJ/mol, próximo ao valor do lutécio e sugerindo fortemente que o laurêncio metálico é trivalente com três elétrons deslocalizados , uma previsão também apoiada por uma extrapolação sistemática dos valores de calor de vaporização ,módulo de massa e volume atômico de elementos vizinhos ao laurêncio. [47] Especificamente, espera-se que o laurêncio seja um metal trivalente, prateado, facilmente oxidado pelo ar, vapor e ácidos , [48] e tendo um volume atômico semelhante ao do lutécio e um raio metálico trivalente de 171  pm . [47] Espera-se que seja um metal bastante pesado com uma densidade de cerca de 14,4 g/cm 3 . [2] Prevê-se também que tenha um ponto de fusão de cerca de 1900  K (1627  °C), não muito distante do valor do lutécio (1925 K). [49]

Química

Sequência de eluição dos lantanídeos e actinídeos trivalentes tardios, com α-HIB de amônio como eluente: a curva quebrada para o laurêncio é uma previsão.

Em 1949, Glenn T. Seaborg , que concebeu o conceito de actinídeos de que os elementos 89 a 103 formavam uma série de actinídeos homóloga à série dos lantanídeos dos elementos 57 a 71, previu que o elemento 103 (Laurencium) deveria ser seu membro final e que o Lr 3 + íon deve ser tão estável quanto Lu 3+ em solução aquosa . Não foi até décadas depois que o elemento 103 foi finalmente sintetizado de forma conclusiva e essa previsão foi confirmada experimentalmente. [50]

Estudos de 1969 sobre o elemento mostraram que o laurêncio reagiu com o cloro para formar um produto que provavelmente era o tricloreto LrCl 3 . Verificou-se que sua volatilidade era semelhante à dos cloretos de cúrio , férmio e nobélio e muito menor que a do cloreto de rutherfórdio . Em 1970, estudos químicos foram realizados em 1500 átomos do isótopo 256 Lr, comparando-o com divalente ( No , Ba , Ra ), trivalente ( Fm , Cf , Cm , Am , Ac) e elementos tetravalentes ( Th , Pu ). Verificou-se que o laurêncio coextraiu com os íons trivalentes, mas a meia-vida curta do isótopo 256 Lr impediu a confirmação de que ele eluiu antes do Md3 + na sequência de eluição. [50] O laurêncio ocorre como o íon Lr 3+ trivalente em solução aquosa e, portanto, seus compostos devem ser semelhantes aos dos outros actinídeos trivalentes: por exemplo, fluoreto de laurêncio (III) (LrF 3 ) e hidróxido (Lr(OH) 3 ) devem ser insolúveis em água. [50]Devido à contração dos actinídeos , o raio iônico de Lr 3+ deve ser menor que o de Md 3+ e deve eluir antes de Md 3+ quando α-hidroxiisobutirato de amônio (α-HIB de amônio) é usado como eluente. [50] Experimentos posteriores de 1987 no isótopo de vida mais longa 260 Lr confirmaram a trivalência do laurêncio e que ele eluiu aproximadamente no mesmo lugar que o érbio , e descobriu que o raio iônico do laurêncio era88,6 ± 0,3  pm , maior do que seria esperado por simples extrapolação de tendências periódicas . [50] Mais tarde, em 1988, experimentos com mais átomos de laurêncio refinaram esse valor para88,1 ± 0,1 pm e calculou uma entalpia de valor de hidratação de−3685 ± 13 kJ/mol . [50] Também foi apontado que a contração de actinídeos no final da série de actinídeos era maior do que a contração análoga de lantanídeos, com exceção do último actinídeo, laurencio: a causa foi especulada como sendo efeitos relativísticos. [50]

Especulou-se que os elétrons 7s são relativisticamente estabilizados, de modo que em condições redutoras, apenas o elétron 7p 1/2 seria ionizado, levando ao íon Lr + monovalente . No entanto, todos os experimentos para reduzir Lr 3+ a Lr 2+ ou Lr + em solução aquosa não foram bem sucedidos, assim como o lutécio. Com base nisso, o potencial de eletrodo padrão do par E °(Lr 3+ →Lr + ) foi calculado como sendo menor que -1,56  V , indicando que a existência de íons Lr + em solução aquosa era improvável. O limite superior para o E °(Lr3+ →Lr 2+ ) foi previsto como sendo −0,44 V: os valores para E °(Lr 3+ →Lr) e E °(Lr 4+ →Lr 3+ ) são previstos como −2,06 V e +7,9 V. [50] A estabilidade do estado de oxidação do grupo na série de transição 6d diminui à medida que Rf IV > Db V > Sg VI , e o laurêncio continua a tendência com Lr III sendo mais estável que Rf IV . [51]

Na molécula dihidreto de laurêncio (LrH 2 ), que se prevê que seja dobrada , não se espera que o orbital 6d de laurêncio desempenhe um papel na ligação, ao contrário do dihidreto de lantânio (LaH 2 ). LaH 2 tem distâncias de ligação La-H de 2,158 Å, enquanto LrH 2 deve ter distâncias de ligação Lr-H mais curtas de 2,042 Å devido à contração relativística e estabilização dos orbitais 7s e 7p envolvidos na ligação, em contraste com o núcleo- como o subshell 5f e o subshell 6d principalmente não envolvido. Em geral, espera-se que LrH 2 e LrH moleculares se assemelhem às espécies de tálio correspondentes (tálio tendo um 6s 2 6p1 configuração de valência na fase gasosa, como 7s 2 7p 1 de laurencium ) mais do que as espécies de lantanídeos correspondentes. [52] Espera-se que as configurações eletrônicas de Lr + e Lr 2+ sejam 7s 2 e 7s 1 respectivamente, ao contrário dos lantanídeos que tendem a ser 5d 1 como Ln 2+ . No entanto, em espécies onde todos os três elétrons de valência do laurêncio são ionizados para dar pelo menos formalmente o Lr 3+Espera-se que o laurêncio se comporte como um actinídeo típico e o congênere mais pesado do lutécio, especialmente porque os três primeiros potenciais de ionização do laurécio são semelhantes aos do lutécio. Assim, ao contrário do tálio, mas como o lutécio, o laurêncio preferiria formar LrH 3 do que LrH, e espera-se que Lr CO seja semelhante ao também desconhecido LuCO, ambos os metais tendo uma configuração de valência de σ 2 π 1 em seus respectivos monocarbonilas. Espera-se que a ligação pπ-dπ seja observada em LrCl 3 assim como é para LuCl 3 e mais geralmente todo o LnCl 3 , e o ânion complexo [Lr(C 5 H 4 SiMe3 ) 3 ] espera-se que seja estável como seus congêneres lantanídeos, com uma configuração de 6d 1 para laurencio; este orbital 6d seria seu orbital molecular mais alto ocupado . [53]

Atômica

Um átomo de laurêncio tem 103 elétrons, dos quais três podem atuar como elétrons de valência . Em 1970, foi previsto que a configuração eletrônica do estado fundamental do laurêncio era [Rn]5f 14 6d 1 7s 2 ( símbolo do termo do estado fundamental 2 D 3/2 ), seguindo o princípio de Aufbau e em conformidade com o [Xe]4f 14 5d 1 6s 2 configuração do lutécio homólogo mais leve do laurécio. [54] No entanto, no ano seguinte, foram publicados cálculos que questionaram essa previsão, esperando um [Rn]5f 14 7s 2 anômalo7p 1 configuração. [54] Embora os cálculos iniciais tenham dado resultados conflitantes, [55] estudos e cálculos mais recentes confirmam a sugestão de s 2 p. [56] [57] Cálculos relativísticos de 1974 concluíram que a diferença de energia entre as duas configurações era pequena e que era incerto qual era o estado fundamental. [54] Cálculos posteriores de 1995 concluíram que a configuração s 2 p deve ser energeticamente favorecida, porque os orbitais esféricos s e p 1/2 estão mais próximos do núcleo atômicoe, portanto, se movem com rapidez suficiente para que sua massa relativística aumente significativamente. [54]

Em 1988, uma equipe de cientistas liderada por Eichler calculou que a entalpia de adsorção do laurêncio em fontes metálicas seria diferente o suficiente dependendo de sua configuração eletrônica para que fosse viável realizar experimentos para explorar esse fato para medir a configuração eletrônica do laurêncio. [54] Esperava-se que a configuração s 2 p fosse mais volátil do que a configuração s 2 d e mais semelhante à do elemento p-block lead . Nenhuma evidência de que o laurêncio seja volátil foi obtida e o limite inferior para a entalpia de adsorção do laurêncio em quartzo ou platinafoi significativamente maior do que o valor estimado para a configuração s 2 p. [54]

Em 2015, foi medida a primeira energia de ionização do lawrencium, usando o isótopo 256 Lr. [58] O valor medido, 4,96+0,08
−0,07
eV
, concordou muito bem com a previsão teórica relativística de 4.963(15) eV, e também forneceu um primeiro passo para medir as primeiras energias de ionização dos transactinídeos . [58] Este valor é o mais baixo entre todos os lantanídeos e actinídeos, e suporta aconfiguração s 2 p já que se espera que o elétron 7p 1/2 seja apenas fracamente ligado. Isso sugere que o lutécio e o laurêncio se comportam de maneira semelhante aos elementos do bloco d (e, portanto, são os verdadeiros congêneres mais pesados ​​do escândio e do ítrio , em vez do lantânio e do actínio ). Embora algumcomportamento semelhante ao metal alcalino tenha sido previsto,[59] experimentos de adsorção sugerem que o laurêncio é trivalente como o escândio e o ítrio, não monovalente como os metais alcalinos. [60]

Isótopos

Quatorze isótopos de laurêncio são conhecidos, com números de massa 251–262, 264 e 266; todos são radioativos. [61] [62] [63] Além disso, um isômero nuclear é conhecido, com número de massa 253. [61] O isótopo de laurêncio de vida mais longa, 266 Lr, tem uma meia-vida de cerca de dez horas e é um dos mais longos viveram isótopos superpesados conhecidos até hoje. [64] No entanto, isótopos de vida mais curta são geralmente usados ​​em experimentos químicos porque 266 Lr atualmente só pode ser produzido como um produto final de decaimento de elementos ainda mais pesados ​​e difíceis de sintetizar: foi descoberto em 2014 nocadeia de decaimento de 294 Ts . [61] [62] O isótopo 256 Lr (meia-vida de 27 segundos) foi usado nos primeiros estudos químicos sobre o laurêncio: atualmente, o isótopo de vida ligeiramente mais longa 260 Lr (meia-vida de 2,7 minutos) é geralmente usado para esse propósito. [61] Após 266 Lr, os isótopos de laurêncio de vida mais longa são 262 Lr (3,6 h), 264 Lr (cerca de 3 h), 261 Lr (44 min), 260 Lr (2,7 min), 256 Lr (27 s), e 255 Lr (22 s). [61] [65] [66]Todos os outros isótopos conhecidos de laurêncio têm meia-vida inferior a 20 segundos, e o mais curto deles ( 251 Lr) tem uma meia-vida de 27 milissegundos. [63] [65] [66] As meias-vidas dos isótopos de laurêncio aumentam suavemente de 251 Lr para 266 Lr, com uma queda de 257 Lr para 259 Lr. [61] [65] [66]

Preparação e purificação

Enquanto os isótopos de laurêncio mais leves ( 251 Lr a 254 Lr) e mais pesados ​​( 264 Lr e 266 Lr) são produzidos apenas como produtos de decaimento alfa de isótopos de dúbnio ( Z  = 105), os isótopos médios ( 255 Lr a 262 Lr) podem ser todos produzido bombardeando alvos actinídeos ( amerício a einstênio ) com íons leves (de boro a neon). Os dois isótopos mais importantes, 256 Lr e 260 Lr, estão ambos nesta faixa. 256 Lr pode ser produzido bombardeando califórnio -249 com 70 MeVíons de boro -11 (produzindo laurêncio-256 e quatro nêutrons ), enquanto 260 Lr pode ser produzido bombardeando berquélio -249 com oxigênio -18 (produzindo laurêncio-260, uma partícula alfa e três nêutrons). [67]

Tanto o 256 Lr quanto o 260 Lr têm meias-vidas muito curtas para permitir um processo completo de purificação química. Os primeiros experimentos com 256 Lr, portanto, usaram extração rápida com solvente , com o agente quelante tenoiltrifluoroacetona (TTA) dissolvido em metil isobutil cetona (MIBK) como fase orgânica e com a fase aquosa sendo soluções de acetato tamponadas . Íons de carga diferente (+2, +3 ou +4) serão então extraídos para a fase orgânica sob diferentes faixas de pH , mas esse método não separará os actinídeos trivalentes e, portanto, 256Lr deve ser identificado por suas partículas alfa de 8,24 MeV emitidas. [67] Métodos mais recentes permitiram que a eluição seletiva rápida com α-HIB ocorresse em tempo suficiente para separar o isótopo de vida mais longa 260 Lr, que pode ser removido da folha coletora com  ácido clorídrico 0,05 M. [67]

Veja também

Notas

  1. 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 [8] ou 112 ; [9] às vezes, o termo é apresentado como equivalente ao termo "transactinida", que coloca um limite superior antes do início da hipotética série de superactinídeos ). [10]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.
  2. Em 2009, uma equipe do JINR liderada por Oganessian publicou resultados de sua tentativa de criar hássio em uma reaçãosimétrica 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 . [11] 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. [12]
  3. ^ 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 . [16]
  4. 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. [17] Esta figura também marca o limite superior geralmente aceito para o tempo de vida de um núcleo composto. [18]
  5. ^ 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. [20] 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. [21]
  6. ^ Nem todos os modos de decaimento são causados ​​por repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [26]
  7. 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. [27] A primeira medição direta da massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [28] 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 relação massa-carga do núcleo, já que a transferência foi feita na presença de um ímã). [29]
  8. A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [30] um dos principais cientistas do JINR e, portanto, era um "cavalo de pau" para a instalação. [31] 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. [18] Eles, portanto, preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por sucessivos decaimentos alfa. [30]
  9. Por exemplo, o elemento 102 foi erroneamente identificado em 1957 no Instituto Nobel de Física em Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suécia . [32] 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. [33] No ano seguinte, o LBNL não conseguiu reproduzir os resultados suecos e anunciou sua síntese do elemento; essa afirmação também foi refutada mais tarde. [33] JINR insistiu que eles foram os primeiros a criar o elemento e sugeriu um nome próprio para o novo elemento,joliotium ; [34] o nome soviético também não foi aceito (JINR mais tarde se referiu à nomeação do elemento 102 como "apressado"). [35] O nome "nobélio" permaneceu inalterado devido ao seu uso generalizado. [36]

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Bibliografia

Links externos