Laurêncio
Laurêncio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Pronúncia | / l ɒ ˈ r ɛ n s i ə m / (lo- REN -see-əm) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aparência | prateado (previsto) [1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número de massa | [266] (dados não decisivos) [a] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Laurêncio na tabela periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Número atômico ( Z ) | 103 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | grupo 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | período 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloquear | bloco d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuração eletrônica | [ Rn ] 5f 14 7s 2 7p 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elétrons por camada | 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fase em STP | sólido (previsto) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ponto de fusão | 1900 K (1600 °C, 3000 °F) (previsto) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade (próximo à temperatura ambiente ) | 14,4 g/cm 3 (previsto) [4] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propriedades atômicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidação | comum: +3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eletronegatividade | Escala de Pauling: 1,3 (previsto) [5] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energias de ionização |
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Outras propriedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ocorrência natural | sintético | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | hexagonal compactado (hcp) (previsto) [7] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número CAS | 22537-19-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
História | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nomeação | depois de Ernest Lawrence | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Descoberta | Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (1961–1971) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos de laurêncio | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Lawrencium é um elemento químico sintético ; tem o símbolo Lr (anteriormente Lw ) e número atômico 103. É nomeado em homenagem a Ernest Lawrence , inventor do cíclotron , um dispositivo que foi usado para descobrir muitos elementos radioativos artificiais. Um metal radioativo , o lawrencium é o décimo primeiro elemento transurânico , o terceiro transfermium e o último membro da série dos actinídeos . Como todos os elementos com número atômico acima de 100, o lawrencium 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 uma escala maior.
Experimentos químicos confirmam que o lawrêncio se comporta como um homólogo mais pesado do lutécio na tabela periódica , e é um elemento trivalente . Ele também pode ser classificado como o primeiro dos metais de transição do 7º período . 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. No entanto, isso não parece afetar a química do lawrêncio.
Nas décadas de 1950, 1960 e 1970, muitas alegações da síntese do elemento 103 de qualidade variável foram feitas por laboratórios na União Soviética e nos Estados Unidos . A prioridade da descoberta e, portanto, o nome do elemento foi disputado entre cientistas soviéticos e americanos. A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) inicialmente estabeleceu o laurêncio como o nome oficial do elemento e deu à equipe americana o crédito pela descoberta; isso foi reavaliado em 1992, dando a ambas as equipes crédito compartilhado pela descoberta, mas sem mudar o nome do elemento.
Introdução
Síntese de núcleos superpesados

Um núcleo atômico superpesado [b] é criado em uma reação nuclear que combina 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. [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 eles se aproximarem o suficiente; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A interação forte pode superar essa repulsão, mas apenas a uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são, portanto, muito acelerados para tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. [14] A energia aplicada aos núcleos do feixe para acelerá-los pode fazê-los atingir velocidades tão altas quanto um décimo da velocidade da luz . No entanto, se muita energia for aplicada, o núcleo do feixe pode se desintegrar. [14]
Chegar perto o suficiente não é suficiente para que dois núcleos se fundam: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por cerca de 10 a 20 segundos e então se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formar um único núcleo. [14] [15] Isso acontece porque durante a tentativa de formação de um único núcleo, a repulsão eletrostática rasga o núcleo que está sendo formado. [14] Cada par de um alvo e um feixe é caracterizado por sua seção transversal — a probabilidade de que a fusão ocorra se dois núcleos se aproximarem um do outro, expressa em termos da área transversal que a partícula incidente deve atingir para que a fusão ocorra. [d] Essa fusão pode ocorrer como resultado do efeito quântico no qual os núcleos podem fazer um túnel por meio da repulsão eletrostática. Se os dois núcleos puderem permanecer próximos após essa fase, múltiplas interações nucleares resultam em redistribuição de energia e um equilíbrio de energia. [14]
Vídeos externos | |
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A fusão resultante é um estado excitado [18] —denominado núcleo composto — e, portanto, é muito instável. [14] Para atingir um estado mais estável, a fusão temporária pode fissionar sem a formação de um núcleo mais estável. [19] Alternativamente, o núcleo composto pode ejetar alguns nêutrons , que levariam embora a energia de excitação; se esta não for suficiente para uma expulsão de nêutrons, a fusão produziria um raio gama . Isso acontece em cerca de 10 −16 segundos após a colisão nuclear inicial e resulta na criação de um núcleo mais estável. [19] A definição do Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC/IUPAP (JWP) afirma que um elemento químico só pode ser reconhecido como descoberto se um núcleo dele não tiver decaído dentro de 10 −14 segundos. Este valor foi escolhido como uma estimativa de quanto tempo leva para um núcleo adquirir elétrons e, assim, exibir suas propriedades químicas. [20] [e]
Decadência e detecção
O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo for produzido, ele é transportado com este feixe. [22] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos de reação) [f] e transferido para um detector de barreira de superfície , que para o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também são marcadas sua energia e o tempo de chegada. [22] A transferência leva cerca de 10 −6 segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver a esse tempo. [25] O núcleo é registrado novamente assim que sua decadência é registrada, e a localização, a energia e o tempo de decaimento são medidos. [22]
A estabilidade de um núcleo é fornecida pela interação forte. No entanto, seu alcance é muito curto; à medida que os núcleos se tornam maiores, sua influência nos núcleons mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre prótons, e seu alcance não é limitado. [26] A energia de ligação total fornecida pela interação forte aumenta linearmente com o número de núcleons, enquanto a repulsão eletrostática aumenta com o quadrado do número atômico, ou seja, este último cresce mais rápido e se torna cada vez mais importante para núcleos pesados e superpesados. [27] [28] Os núcleos superpesados são, portanto, teoricamente previstos [29] e até agora foram observados [30] decaindo predominantemente por meio de modos de decaimento causados por tal repulsão: decaimento alfa e fissão espontânea . [g] Quase todos os emissores alfa têm mais de 210 núcleons, [32] e o nuclídeo mais leve que sofre fissão espontânea tem 238. [33] Em ambos os modos de decaimento, os núcleos são impedidos de decair por barreiras de energia correspondentes para cada modo, mas podem ser tunelados. [27] [28]

Partículas alfa são comumente produzidas em decaimentos radioativos porque a massa de uma partícula alfa por núcleo é pequena o suficiente para deixar alguma energia para a partícula alfa ser usada como energia cinética para deixar o núcleo. [35] A fissão espontânea é causada pela repulsão eletrostática que destrói o núcleo e produz vários núcleos em diferentes instâncias de fissão de núcleos idênticos. [28] À medida que o número atômico aumenta, a fissão espontânea rapidamente se torna mais importante: as meias-vidas parciais da fissão espontânea diminuem em 23 ordens de magnitude do urânio (elemento 92) para o nobélio (elemento 102), [36] e em 30 ordens de magnitude do tório (elemento 90) para o férmio (elemento 100). [37] O modelo anterior de gota líquida sugeria que a fissão espontânea ocorreria quase instantaneamente devido ao desaparecimento da barreira de fissão para núcleos com cerca de 280 núcleons. [28] [38] O modelo de concha nuclear posterior sugeriu que núcleos com cerca de 300 núcleons formariam uma ilha de estabilidade na qual os núcleos seriam mais resistentes à fissão espontânea e sofreriam principalmente decaimento alfa com meias-vidas mais longas. [28] [38] Descobertas subsequentes sugeriram que a ilha prevista poderia estar mais distante do que o inicialmente previsto; elas também mostraram que núcleos intermediários entre os actinídeos de longa duração e a ilha prevista são deformados e ganham estabilidade adicional com os efeitos da concha. [39] Experimentos em núcleos superpesados mais leves, [40] bem como aqueles mais próximos da ilha esperada, [36] mostraram maior estabilidade do que o previamente previsto contra a fissão espontânea, mostrando a importância dos efeitos da concha nos núcleos. [h]
Os decaimentos alfa são registrados pelas partículas alfa emitidas, e os produtos de decaimento são fáceis de determinar antes do decaimento real; se tal decaimento ou uma série de decaimentos consecutivos produz um núcleo conhecido, o produto original de uma reação pode ser facilmente determinado. [i] (Que todos os decaimentos dentro de uma cadeia de decaimento estavam de fato relacionados entre si é estabelecido pela localização desses decaimentos, que devem estar no mesmo lugar.) [22] O núcleo conhecido pode ser reconhecido pelas características específicas do decaimento que sofre, como a energia de decaimento (ou mais especificamente, a energia cinética da partícula emitida). [j] A fissão espontânea, no entanto, produz vários núcleos como produtos, então o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas. [k]
As informações disponíveis para os físicos que pretendem sintetizar um elemento superpesado são, portanto, as informações coletadas nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector, e aqueles de sua decadência. Os físicos analisam esses dados e buscam concluir que eles foram de fato causados por um novo elemento e não poderiam ter sido causados por um nuclídeo diferente daquele alegado. Frequentemente, os dados fornecidos são insuficientes para uma conclusão de que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; erros na interpretação dos dados foram cometidos. [l]História

Em 1958, cientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory reivindicaram a descoberta do elemento 102, agora chamado nobélio . Ao mesmo tempo, eles também tentaram sintetizar o elemento 103 bombardeando o mesmo alvo de cúrio usado com íons de nitrogênio -14. Dezoito trilhas foram notadas, com energia de decaimento em torno de9 ± 1 MeV e meia-vida em torno de 0,25 s; a equipe de Berkeley observou que, embora a causa pudesse ser a produção de um isótopo do elemento 103, outras possibilidades não poderiam ser descartadas. Embora os dados concordem razoavelmente com os descobertos posteriormente para 257 Lr ( energia de decaimento alfa de 8,87 MeV, meia-vida de 0,6 s), a evidência obtida neste experimento ficou muito aquém da força necessária para demonstrar conclusivamente a síntese do elemento 103. Um acompanhamento deste experimento não foi feito, pois o alvo foi destruído. [51] [52] Mais tarde, em 1960, o Laboratório Lawrence Berkeley tentou sintetizar o elemento bombardeando 252 Cf com 10 B e 11 B. Os resultados deste experimento não foram conclusivos. [51]
O primeiro trabalho importante sobre o elemento 103 foi feito 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. [53] Os primeiros átomos de laurêncio foram supostamente feitos bombardeando um alvo de três miligramas consistindo de três isótopos de califórnio com núcleos de boro -10 e boro-11 do Acelerador Linear de Íons Pesados (HILAC). [54] 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 de 8 ± 2 s . [52] Esta identificação foi posteriormente corrigida para 258 103, [54] pois trabalhos posteriores provaram que 257 Lr não tinha as propriedades detectadas, mas 258 Lr tinha. [52] Isto foi considerado na época como uma prova convincente da síntese do elemento 103: embora a atribuição de massa fosse menos certa e provasse estar errada, 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 ) levantaram 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 esperada ser 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. [52] Este foi um importante passo intermediário para a descoberta inquestionável do elemento 103, embora a evidência não fosse completamente convincente. [52] A equipe de Berkeley propôs o nome "lawrencium" com o símbolo "Lw", em homenagem a Ernest Lawrence , inventor do cíclotron . A Comissão de Nomenclatura de Química Inorgânica da IUPAC aceitou o nome, mas mudou o símbolo para "Lr". [55] Esta aceitação da descoberta foi posteriormente caracterizada como sendo precipitada pela equipe de Dubna. [52]
- 252
98Cf
+11
5B
→263
103Esquerdo
* →258
103Esquerdo
+ 51
0e
O primeiro trabalho em Dubna sobre o elemento 103 veio em 1965, quando eles relataram ter feito 256 103 em 1965 bombardeando 243 Am com 18 O , identificando-o indiretamente de seu neto férmio -252. A meia-vida que eles relataram era um pouco alta demais, possivelmente devido a eventos de fundo. Mais tarde, em 1967, o trabalho sobre a mesma reação identificou duas energias de decaimento nas faixas de 8,35–8,50 MeV e 8,50–8,60 MeV: estas foram atribuídas a 256 103 e 257 103. [52] Apesar de repetidas tentativas, eles não conseguiram confirmar a atribuição de um emissor alfa com meia-vida de 8 segundos a 257 103. [56] [57] Os russos propuseram o nome "rutherfórdio" para o novo elemento em 1967: [51] [58] este nome foi posteriormente proposto por Berkeley para o elemento 104. [ 58]
- 243
95Sou
+18
8O
→261
103Esquerdo
* →256
103Esquerdo
+ 51
0e
Outros experimentos em 1969 em Dubna e em 1970 em Berkeley demonstraram uma química de actinídeo para o novo elemento; então, em 1970, sabia-se que o elemento 103 é o último actinídeo. [52] [59] Em 1970, o grupo de Dubna relatou a síntese de 255 103 com meia-vida de 20 s e energia de decaimento alfa de 8,38 MeV. [52] No entanto, foi somente em 1971, quando a equipe de física nuclear da Universidade da Califórnia em Berkeley realizou com sucesso uma série de experimentos visando medir as propriedades de decaimento nuclear dos isótopos de lawrêncio com números de massa de 255 a 260, [60] [61] 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. [52] Todas as dúvidas finais foram dissipadas em 1976 e 1977, quando as energias dos raios X emitidos de 258 103 foram medidas. [52]

Em 1971, a IUPAC concedeu a descoberta do laurêncio ao Laboratório Lawrence Berkeley, embora eles não tivessem dados ideais para a existência do elemento. Mas em 1992, o Grupo de Trabalho de Transferência da IUPAC (TWG) reconheceu oficialmente as equipes de física nuclear de Dubna e Berkeley como co-descobridoras do laurêncio, [62] concluindo que, embora os experimentos de Berkeley de 1961 tenham sido um passo importante para a descoberta do laurêncio, eles ainda não eram totalmente convincentes; e enquanto os experimentos de Dubna de 1965, 1968 e 1970 chegaram muito perto do nível de confiança necessário, tomados 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. [51] [55] Como o nome "lawrencium" já estava em uso há muito tempo nessa época, ele foi mantido pela IUPAC, [51] 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 . [55]
Características
Físico
Lawrencium é o último actinídeo . Autores que consideram o assunto geralmente o consideram um elemento do grupo 3 , junto com escândio , ítrio e lutécio , já que sua camada f preenchida deve fazê-lo assemelhar-se aos outros metais de transição do 7º período . Na tabela periódica , ele está à direita do actinídeo nobélio , à esquerda do metal de transição 6d ruterfórdio e sob o lantanídeo lutécio, com o qual compartilha muitas propriedades físicas e químicas. Espera-se que o Lawrencium seja um sólido em condições normais e tenha uma estrutura cristalina hexagonal compacta ( c / a = 1,58), semelhante ao seu congênere mais leve lutécio, embora isso ainda não seja conhecido experimentalmente. [7] A entalpia de sublimação do laurêncio é estimada em 352 kJ/mol, próxima 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 volume e volume atômico de elementos vizinhos ao laurêncio. [63] Isso o torna diferente dos actinídeos tardios imediatamente anteriores que são conhecidos por serem (férmio e mendelévio) ou esperados como sendo (nobélio) divalentes. [64] As entalpias de vaporização estimadas mostram que o laurêncio se desvia da tendência dos actinídeos tardios e, em vez disso, corresponde à tendência dos elementos 6d seguintes, ruterfórdio e dubnio, [65] [66] consistentes com a interpretação do laurêncio como um elemento do grupo 3. [66] Alguns cientistas preferem terminar os actinídeos com nobélio e consideram o laurêncio como o primeiro metal de transição do sétimo período. [67] [68]
Espera-se que o Laurêncio seja um metal trivalente, prateado, facilmente oxidado pelo ar, vapor e ácidos , [69] e tenha um volume atômico semelhante ao do lutécio e um raio metálico trivalente de 171 pm . [63] Espera-se que seja um metal bastante pesado com uma densidade de cerca de 14,4 g/cm3 . [ 4] Também se prevê que tenha um ponto de fusão de cerca de 1900 K (1600 °C ), não muito longe do valor do lutécio (1925 K). [70]
Químico

Em 1949, Glenn T. Seaborg , que idealizou o conceito de actinídeo , previu que o elemento 103 (laurêncio) deveria ser o último actinídeo e que o íon Lr 3+ deveria ser tão estável quanto Lu 3+ em solução aquosa . Foi somente décadas depois que o elemento 103 foi finalmente sintetizado de forma conclusiva e essa previsão foi confirmada experimentalmente. [71]
Estudos sobre o elemento, realizados em 1969, mostraram que o laurêncio reage com o cloro para formar um produto que era provavelmente o tricloreto, LrCl 3 . Sua volatilidade foi considerada semelhante à dos cloretos de cúrio , férmio e nobélio e muito menor que a do cloreto de ruterfórdio . Em 1970, estudos químicos foram realizados em 1500 átomos de 256 Lr, comparando-o com elementos divalentes ( No , Ba , Ra ), trivalentes ( Fm , Cf , Cm , Am , Ac ) e tetravalentes ( Th , Pu ). Foi descoberto que o laurêncio coextraiu com os íons trivalentes, mas a curta meia-vida do 256 Lr impediu a confirmação de que ele eluiu antes do Md 3+ na sequência de eluição. [71] O Lawrencium ocorre como o íon trivalente Lr 3+ em solução aquosa e, portanto, seus compostos devem ser semelhantes aos dos outros actinídeos trivalentes: por exemplo, o fluoreto de Lawrencium (III) ( LrF 3 ) e o hidróxido ( Lr (OH) 3 ) devem ser insolúveis em água. [71] Devido à contração do actinídeo , o raio iônico de Lr 3+ deve ser menor do que o de Md 3+ e deve eluir antes de Md 3+ quando o α-hidroxiisobutirato de amônio (α-HIB de amônio) é usado como eluente. [71] Experimentos posteriores de 1987 no isótopo de vida mais longa 260 Lr confirmaram a trivalência do Lawrencium e que ele eluiu aproximadamente no mesmo lugar que o érbio , e descobriram que o raio iônico do Lawrencium era88,6 ± 0,3 pm , maior do que seria esperado por simples extrapolação de tendências periódicas . [71] Experimentos posteriores de 1988 com mais átomos de lawrêncio refinaram isso para88,1 ± 0,1 pm e calculou um valor de entalpia de hidratação de−3685 ± 13 kJ/mol . [71] Também foi descoberto que a contração do actinídeo no final dos actinídeos era maior do que a contração análoga dos lantanídeos, com exceção do último actinídeo, o laurêncio: a causa foi especulada como sendo efeitos relativísticos. [71]
Especulou-se que os elétrons 7s são estabilizados relativisticamente, de modo que em condições de redução, apenas o elétron 7p 1/2 seria ionizado, levando ao íon Lr + monovalente . No entanto, todos os experimentos para reduzir Lr 3+ para Lr 2+ ou Lr + em solução aquosa não tiveram sucesso, similarmente ao 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 casal E °( Lr 3+ → 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 sendo −2,06 V e +7,9 V. [71] 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 . [72]
Na molécula diidrido de lawrêncio ( LrH 2 ), que se prevê ser curvada , não se espera que o orbital 6d do lawrêncio desempenhe um papel na ligação, ao contrário do diidrido 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 a subcamada 5f semelhante a um núcleo e a subcamada 6d, em sua maior parte não envolvida. Em geral, espera-se que LrH 2 e LrH moleculares se assemelhem mais às espécies de tálio correspondentes (tálio com uma configuração de valência 6s 2 6p 1 na fase gasosa, como o 7s 2 7p 1 do laurêncio ) do que às espécies de lantanídeos correspondentes . [73] Espera-se que as configurações eletrônicas de Lr + e Lr 2+ sejam 7s 2 e 7s 1 , respectivamente. No entanto, em espécies onde todos os três elétrons de valência do laurêncio são ionizados para dar pelo menos formalmente o cátion 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 laurêncio são previstos como semelhantes aos do lutécio. Portanto, diferentemente do tálio, mas como o lutécio, o laurêncio preferiria formar LrH 3 do que LrH, e espera-se que o Lr CO seja semelhante ao também desconhecido LuCO, ambos os metais tendo configuração de valência σ 2 π 1 em seus monocarbonilos. Espera-se que a ligação pπ–dπ seja vista no LrCl 3 assim como é para o LuCl 3 e mais geralmente em todos os LnCl 3 . Espera-se que o ânion complexo [Lr(C 5 H 4 SiMe 3 ) 3 ] − seja estável com uma configuração de 6d 1 para o laurêncio; este orbital 6d seria seu orbital molecular mais alto ocupado . Isso é análogo à estrutura eletrônica do composto análogo de lutécio. [74]
Atômico
O Lawrencium tem três elétrons de valência : os elétrons 5f estão no núcleo atômico. [75] Em 1970, foi previsto que a configuração eletrônica do estado fundamental do Lawrencium era [Rn]5f 14 6d 1 7s 2 ( símbolo do termo do estado fundamental 2 D 3/2 ), de acordo com o princípio de Aufbau e em conformidade com a configuração [Xe]4f 14 5d 1 6s 2 do homólogo mais leve do Lawrencium, o lutécio. [76] Mas no ano seguinte, foram publicados cálculos que questionaram essa previsão, esperando em vez disso uma configuração anômala [Rn]5f 14 7s 2 7p 1. [76] Embora os primeiros cálculos tenham dado resultados conflitantes, [77] estudos e cálculos mais recentes confirmam a sugestão s 2 p. [78] [79] 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. [76] Cálculos posteriores de 1995 concluíram que a configuração s 2 p deveria ser energeticamente favorecida, porque os orbitais esféricos s e p 1/2 estão mais próximos do núcleo atômico e, portanto, movem-se rápido o suficiente para que sua massa relativística aumente significativamente. [76]
Em 1988, uma equipe de cientistas liderada por Eichler calculou que a entalpia de adsorção do lawrencium em fontes metálicas seria diferente o suficiente dependendo de sua configuração eletrônica, de modo que seria viável realizar experimentos para explorar esse fato para medir a configuração eletrônica do lawrencium. [76] Esperava-se que a configuração s 2 p fosse mais volátil do que a configuração s 2 d, e fosse mais semelhante à do elemento do bloco p lead . Nenhuma evidência de que o lawrencium fosse volátil foi obtida e o limite inferior para a entalpia de adsorção do lawrencium em quartzo ou platina foi significativamente maior do que o valor estimado para a configuração s 2 p. [76]

Em 2015, foi medida a primeira energia de ionização do laurêncio, utilizando o isótopo 256 Lr. [6] 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 . [6] Este valor é o mais baixo entre todos os lantanídeos e actinídeos, e suporta aconfiguração s 2 p, pois espera-se que o elétron 7p 1/2 seja apenas fracamente ligado. Como as energias de ionização geralmente aumentam da esquerda para a direita no bloco f, este valor baixo sugere que o lutécio e o laurêncio pertencem ao bloco d (cuja tendência seguem) e não ao bloco f. Isso os tornaria os congêneres mais pesados do escândio e do ítrio , em vez do lantânio e do actínio . [80] Embora algum comportamento semelhante ao do metal alcalino tenha sido previsto, [81] experimentos de adsorção sugerem que o laurêncio é trivalente como o escândio e o ítrio, não monovalente como os metais alcalinos. [65] Um limite inferior para a segunda energia de ionização do laurêncio (>13,3 eV) foi encontrado experimentalmente em 2021. [82]
Embora s 2 p seja agora conhecido como a configuração do estado fundamental do átomo de laurêncio, ds 2 deve ser uma configuração de estado excitado de baixa altitude, com uma energia de excitação calculada de várias maneiras como 0,156 eV, 0,165 eV ou 0,626 eV. [74] Como tal, o laurêncio ainda pode ser considerado um elemento do bloco d, embora com uma configuração eletrônica anômala (como o cromo ou o cobre ), pois seu comportamento químico corresponde às expectativas de um análogo mais pesado do lutécio. [66]
Isótopos
Quatorze isótopos de lawrêncio são conhecidos, com número de massa 251–262, 264 e 266; todos são radioativos. [83] [84] [85] Sete isômeros nucleares são conhecidos. O isótopo de vida mais longa, 266 Lr, tem uma meia-vida de cerca de dez horas e é um dos isótopos superpesados de vida mais longa conhecidos até o momento. [86] No entanto, isótopos de vida mais curta são geralmente usados em experimentos químicos porque 266 Lr atualmente só pode ser produzido como um produto de decaimento final de elementos ainda mais pesados e difíceis de fazer: foi descoberto em 2014 na cadeia de decaimento de 294 Ts . [83] [84] 256 Lr (meia-vida de 27 segundos) foi usado nos primeiros estudos químicos sobre o laurêncio: atualmente, o 260 Lr de vida mais longa (meia-vida de 2,7 minutos) é geralmente usado para esse propósito. [83] Depois do 266 Lr, os isótopos de vida mais longa são o 264 Lr (4.8+2,2
-1,3 h ), 262 Lr (3,6 h) e 261 Lr (44 min). [83] [87] [88] Todos os outros isótopos de lawrêncio conhecidos têm meias-vidas menores que 5 minutos, e o de vida mais curta deles ( 251 Lr) tem uma meia-vida de 24,4 milissegundos. [85] [87] [88] [89] As meias-vidas dos isótopos de lawrêncio aumentam suavemente de 251 Lr para 266 Lr, com uma queda de 257 Lr para 259 Lr. [83] [87] [88]
Preparação e purificação
A maioria dos isótopos de lawrêncio pode ser produzida bombardeando alvos de actinídeo ( amerício para einstênio ) com íons leves (de boro para néon). Os dois isótopos mais importantes, 256 Lr e 260 Lr, podem ser produzidos respectivamente bombardeando califórnio -249 com íons de boro -11 de 70 MeV (produzindo lawrêncio-256 e quatro nêutrons ) e bombardeando berquélio -249 com oxigênio -18 (produzindo lawrêncio-260, uma partícula alfa e três nêutrons). [90] Os dois isótopos conhecidos mais pesados e de vida mais longa, 264 Lr e 266 Lr, só podem ser produzidos em rendimentos muito menores como produtos de decaimento do dubnium, cujos progenitores são isótopos de moscóvio e tennessina.
Tanto 256 Lr quanto 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 de solvente , com o agente quelante tenoliltrifluoroacetona (TTA) dissolvido em metilisobutil 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 em diferentes faixas de pH , mas esse método não separará os actinídeos trivalentes e, portanto, 256 Lr deve ser identificado por suas partículas alfa de 8,24 MeV emitidas. [90] 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. [90]
Veja também
Notas
- ^ O isótopo mais estável de lawrencium não pode ser determinado com base em dados existentes devido à incerteza que surge do baixo número de medições. A meia-vida de 266 Lr correspondente a um desvio padrão é, com base em dados existentes,11+21
−5horas, [2] enquanto que o de 264 Lr é4.8+2,2
-1,3horas; [3] essas medições têm intervalos de confiança sobrepostos . - ^ Na física nuclear , um elemento é chamado pesado se seu número atômico for alto; chumbo (elemento 82) é um exemplo de um elemento tão pesado. O termo "elementos superpesados" normalmente se refere a elementos com número atômico maior que 103 (embora existam outras definições, como número atômico maior que 100 [8] ou 112 ; [9] às vezes, o termo é apresentado como um equivalente ao termo "transactinídeo", que coloca um limite superior antes do início da série hipotética de superactinídeos ). [10] Os termos "isótopos pesados" (de um dado elemento) e "núcleos pesados" significam o que poderia ser entendido na linguagem comum — isótopos de alta massa (para o dado elemento) e núcleos de alta massa, respectivamente.
- ^ Em 2009, uma equipe do JINR liderada por Oganessian publicou os resultados de sua tentativa de criar hássio em uma reação simétrica 136 Xe + 136 Xe. Eles falharam em observar um único átomo em tal reação, colocando o limite superior na seção transversal, a medida de probabilidade de uma reação nuclear, como 2,5 pb . [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] - ^ A quantidade de energia aplicada à partícula do feixe para acelerá-la também pode influenciar o valor da seção transversal. Por exemplo, no28
14Si
+1
0e
→28
13Todos
+1
1p
reação, a seção transversal muda suavemente de 370 mb a 12,3 MeV para 160 mb a 18,3 MeV, com um pico amplo a 13,5 MeV com o valor máximo de 380 mb. [16] - ^ Este número também marca o limite superior geralmente aceito para a vida útil de um núcleo composto. [21]
- ^ Esta separação é baseada no fato de que os núcleos resultantes passam pelo alvo mais lentamente do que os núcleos do feixe não reagido. O separador contém campos elétricos e magnéticos cujos efeitos em uma partícula em movimento se cancelam para uma velocidade específica de uma partícula. [23] Tal separação também pode ser auxiliada por uma medição de tempo de voo e uma medição de energia de recuo; uma combinação dos dois pode permitir estimar a massa de um núcleo. [24]
- ^ Nem todos os modos de decaimento são causados pela repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [31]
- ^ Já era sabido na década de 1960 que os estados fundamentais dos núcleos diferiam em energia e forma, bem como que certos números mágicos de núcleons correspondiam a uma maior estabilidade de um núcleo. No entanto, presumia-se que não havia estrutura nuclear em núcleos superpesados, pois eles eram muito deformados para formar uma. [36]
- ^ Como a massa de um núcleo não é medida diretamente, mas sim calculada a partir da de outro núcleo, tal medição é chamada indireta. Medições diretas também são possíveis, mas na maior parte elas permaneceram indisponíveis para núcleos superpesados. [41] A primeira medição direta da massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [42] A massa foi determinada a partir da localização de um núcleo após a transferência (a localização ajuda a determinar sua trajetória, que está ligada à razão massa-carga do núcleo, uma vez que a transferência foi feita na presença de um ímã). [43]
- ^ Se a decadência ocorresse no vácuo, então, como o momento total de um sistema isolado antes e depois da decadência deve ser preservado , o núcleo filho também receberia uma pequena velocidade. A razão das duas velocidades e, consequentemente, a razão das energias cinéticas, seria inversa à razão das duas massas. A energia de decaimento é igual à soma da energia cinética conhecida da partícula alfa e da do núcleo filho (uma fração exata da primeira). [32] Os cálculos também são válidos para um experimento, mas a diferença é que o núcleo não se move após a decadência porque está preso ao detector.
- ^ A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [44] um cientista líder no JINR, e, portanto, era um "cavalinho de pau" para a instalação. [45] Em contraste, os cientistas do LBL acreditavam que as informações sobre a fissão não eram suficientes para uma reivindicação de síntese de um elemento. Eles acreditavam que a fissão espontânea não havia sido estudada o suficiente para usá-la para a identificação de um novo elemento, uma vez que havia uma dificuldade em estabelecer que um núcleo composto havia apenas ejetado nêutrons e não partículas carregadas como prótons ou partículas alfa. [21] Eles, portanto, preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por decaimentos alfa sucessivos. [44]
- ^ Por exemplo, o elemento 102 foi identificado erroneamente em 1957 no Instituto Nobel de Física em Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suécia . [46] Não houve reivindicações definitivas anteriores de criação deste elemento, e o elemento recebeu um nome de seus descobridores suecos, americanos e britânicos, nobélio . Mais tarde, foi demonstrado que a identificação estava incorreta. [47] No ano seguinte, a RL não conseguiu reproduzir os resultados suecos e anunciou, em vez disso, sua síntese do elemento; essa afirmação também foi refutada mais tarde. [47] O JINR insistiu que eles foram os primeiros a criar o elemento e sugeriram um nome próprio para o novo elemento, joliotium ; [48] o nome soviético também não foi aceito (o JINR mais tarde se referiu à nomeação do elemento 102 como "precipitada"). [49] Este nome foi proposto à IUPAC numa resposta escrita à sua decisão sobre a prioridade das reivindicações de descoberta de elementos, assinada em 29 de setembro de 1992. [49] O nome "nobélio" permaneceu inalterado devido à sua utilização generalizada. [50]
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Links externos
- "Chart of Nuclides". National Nuclear Data Center (NNDC). Arquivado do original em 2018-10-10 . Recuperado em 2014-08-21 .
- Divisão de Química do Laboratório Nacional de Los Alamos: Tabela Periódica – Laurêncio
- Lawrencium na Tabela Periódica de Vídeos (Universidade de Nottingham)