Nobelium

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Nobelium,  102 Não
Nobelium
Pronúncia
Número de massa[259]
Nobelium 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 Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Yb

Não

(Uph)
mendelévionobéliolawrencium
Número atômico ( Z )102
Grupogrupo n / a
Períodoperíodo 7
Bloquear  bloco f
Configuração de elétron[ Rn ] 5f 14 7s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 32, 8, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido (previsto) [1]
Ponto de fusão1100  K (827 ° C, 1521 ° F) (previsto) [1]
Densidade (próximo à  rt )9,9 (4) g / cm 3 (previsto) [2]
Propriedades atômicas
Estados de oxidação+2 , +3
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 1,3 (previsto) [3]
Energias de ionização
  • 1o: 639 [4]  kJ / mol
  • 2º: 1254,3 kJ / mol
  • 3o: 2605,1 kJ / mol
  • (todos exceto a estimativa inicial)
Outras propriedades
Ocorrência naturalsintético
Estrutura de cristalcúbica de face centrada (FCC)
Estrutura de cristal cúbico centrado na face para nobélio

(previsto) [2]
Número CAS10028-14-5
História
Nomeaçãodepois de Alfred Nobel
DescobertaInstituto Conjunto de Pesquisa Nuclear (1966)
Principais isótopos de nobélio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
253 Não syn 1,6 min 80%  α 249 Fm
20% β + 253 Md
254 Não syn 51 s 90% α 250 Fm
10% β + 254 Md
255 Não syn 3,1 min 61% α 251 Fm
39% β + 255 Md
257 Não syn 25 s 99% α 253 Fm
1% β + 257 Md
259 Não syn 58 min 75% α 255 Fm
25%  ε 259 Md
<10%  SF
Categoria Categoria: Nobelium
| referências

Nobelium é um elemento químico sintético com o símbolo Não e número atômico 102. É nomeado em homenagem a Alfred Nobel , o inventor da dinamite e benfeitor da ciência. Um metal radioativo , é o décimo elemento transurânico e é o penúltimo membro da série dos actinídeos . Como todos os elementos com número atômico acima de 100, o nobélio só pode ser produzido em aceleradores de partículas bombardeando elementos mais leves com partículas carregadas. Sabe-se da existência de um total de doze isótopos nobélio ; o mais estável é 259 Não com meia-vida de 58 minutos, mas o 255 No (meia-vida de 3,1 minutos) de vida curta é mais comumente usado em química porque pode ser produzido em uma escala maior.

Experimentos de química confirmaram que o nobélio se comporta como um homólogo mais pesado do itérbio na tabela periódica. As propriedades químicas do nobélio não são completamente conhecidas: elas são principalmente conhecidas apenas em solução aquosa . Antes da descoberta de nobélium, previa-se que mostraria um estado de oxidação +2 estável , bem como o estado +3 característico dos outros actinídeos: essas previsões foram confirmadas posteriormente, pois o estado +2 é muito mais estável do que o estado +3 em solução aquosa e é difícil manter o nobélio no estado +3.

Nas décadas de 1950 e 1960, muitas afirmações sobre a descoberta do nobélio foram feitas em laboratórios na Suécia , na União Soviética e nos Estados Unidos . Embora os cientistas suecos logo tenham retratado suas afirmações, a prioridade da descoberta e, portanto, a nomenclatura do elemento foi disputada entre cientistas soviéticos e americanos, e não foi até 1997 que a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) deu crédito ao soviético equipe com a descoberta, mas manteve nobelium, a proposta sueca, como o nome do elemento devido ao seu uso de longa data na literatura.

Introdução

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 criaram novos elementos foram semelhantes, com a única diferença possível de que vários nêutrons singulares às vezes eram liberados, ou mesmo nenhum.
Vídeo externo
ícone de vídeo Visualização de fusão nuclear malsucedida, com base em cálculos da Australian National University [5]

Os núcleos atômicos mais pesados [a] são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanhos desiguais [b] em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de os dois reagirem. [11] O material feito de 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 um do outro o suficiente; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A forte interaçãopode superar essa repulsão, mas apenas dentro de uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são, portanto, grandemente acelerados a fim de tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. [12] Chegar perto sozinho não é suficiente para dois núcleos se fundirem: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por aproximadamente 10-20  segundos e então se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formam um único núcleo. [12] [13] 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 fissiona ou ejeta um ou vários nêutrons , [c] que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a 16  segundos após a colisão inicial. [14] [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. [17] No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (aquele do feixe original e quaisquer outros produtos de 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 marcados são sua energia e o tempo da chegada. [17] A transferência leva cerca de 10 −6  segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. [20] O núcleo é registrado novamente uma vez que sua decadência é registrada, e a localização, a energia, e o tempo de decadência são medidos. [17]

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 sobre os núcleos mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre prótons, pois tem alcance ilimitado. [21] Os núcleos dos elementos mais pesados ​​são, portanto, teoricamente previstos [22] e até agora foi observado [23] que decaem principalmente por meio de modos de decaimento que são causados ​​por tal repulsão: decadência 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 do 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, entretanto, produz vários núcleos como produtos, então o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas. [h]

A informação à disposição dos físicos com o objetivo de sintetizar um dos elementos mais pesados ​​são, portanto, as informações coletadas nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector e de seu decaimento. Os físicos analisam esses dados e procuram concluir que ele foi de fato causado por um novo elemento e não poderia ter sido causado por um nuclídeo diferente do alegado. Freqüentemente, os dados fornecidos são insuficientes para concluir que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; erros na interpretação dos dados foram cometidos.

Descoberta

O elemento foi nomeado após Alfred Nobel .

A descoberta do elemento 102 foi um processo complicado e foi reivindicado por grupos da Suécia , dos Estados Unidos e da União Soviética . O primeiro relatório completo e indiscutível de sua detecção só veio em 1966 do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear de Dubna (então na União Soviética). [30]

O primeiro anúncio da descoberta do elemento 102 foi anunciado por físicos do Instituto Nobel da Suécia em 1957. A equipe relatou que havia bombardeado um alvo de cúrio com íons de carbono-13 por 25 horas em intervalos de meia hora. Entre os bombardeios, a química de troca iônica foi realizada no alvo. Doze dos cinquenta bombardeios continham amostras que emitiam partículas alfa de (8,5 ± 0,1)  MeV , que estavam em gotas que eluíram antes do férmio (número atômico Z  = 100) e califórnio ( Z  = 98). A meia-vidarelatado foi de 10 minutos e foi atribuído a 251 102 ou 253 102, embora a possibilidade de que as partículas alfa observadas fossem de um  isótopo de mendelévio presumivelmente de curta duração ( Z = 101) criado a partir da captura de elétrons do elemento 102 não foi excluída. [30] A equipe propôs o nome nobélio (Não) para o novo elemento, [31] [32] que foi imediatamente aprovado pela IUPAC, [33] uma decisão que o grupo Dubna caracterizou em 1968 como sendo precipitada. [34] No ano seguinte, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeleyrepetiu a experiência, mas não foi capaz de encontrar quaisquer eventos de 8,5 MeV que não fossem efeitos de fundo. [30]

Em 1959, a equipe sueca tentou explicar a incapacidade da equipe de Berkeley de detectar o elemento 102 em 1958, sustentando que o descobriram. No entanto, trabalhos posteriores mostraram que nenhum isótopo de nobélio mais leve que 259 Não (nenhum isótopo mais pesado poderia ter sido produzido nos experimentos suecos) com meia-vida superior a 3 minutos existe, e que os resultados da equipe sueca são mais prováveis ​​de tório -225 , que tem meia-vida de 8 minutos e rapidamente sofre decaimento alfa triplo para polônio-213, que tem uma energia de decaimento de 8,53612 MeV. Esta hipótese é reforçada pelo fato de que o tório-225 pode ser facilmente produzido na reação usada e não seria separado pelos métodos químicos usados. Trabalhos posteriores sobre nobélio também mostraram que o estado divalente é mais estável do que o trivalente e, portanto, que as amostras que emitem as partículas alfa não poderiam conter nobélio, já que o nobélio divalente não teria eluído com os outros actinídeos trivalentes. [30] Assim, a equipe sueca posteriormente retirou sua reclamação e associou a atividade aos efeitos de fundo. [33]

A equipe de Berkeley, composta por Albert Ghiorso , Glenn T. Seaborg , John R. Walton e Torbjørn Sikkeland , então reivindicou a síntese do elemento 102 em 1958. A equipe usou o novo acelerador linear de íons pesados (HILAC) para bombardear um alvo de cúrio (95% 244 Cm e 5% 246 Cm) com 13 C e 12 íons C. Eles não foram capazes de confirmar a atividade de 8,5 MeV reivindicada pelos suecos, mas, em vez disso, foram capazes de detectar cáries do férmio-250, supostamente filha de 254 102 (produzido a partir do cúrio-246), que tinha uma meia-vida aparentede ~ 3 s. Mais tarde, o trabalho de Dubna em 1963 confirmou que 254 102 poderia ser produzido nesta reação, mas que sua meia-vida era na verdade50 ± 10 s . Em 1967, a equipe de Berkeley tentou defender seu trabalho, afirmando que o isótopo encontrado era de fato 250 Fm, mas o isótopo ao qual as medições de meia-vida realmente se relacionavam era califórnio-244, neta de 252 102, produzido a partir do cúrio mais abundante- 244. As diferenças de energia foram então atribuídas a "problemas de resolução e deriva", embora não tivessem sido relatados anteriormente e também devessem ter influenciado outros resultados. Experimentos de 1977 mostraram que 252 102 realmente tinha uma meia-vida de 2,3 segundos. No entanto, o trabalho de 1973 também mostrou que o recuo de 250 Fm também poderia ter sido facilmente produzido a partir da transição isomérica de250m Fm (meia-vida 1,8 s) que também poderia ter se formado na reação com a energia utilizada. [30] Diante disso, é provável que nenhum nobélio foi realmente produzido neste experimento. [30]

Em 1959, a equipe continuou seus estudos e afirmou que era capaz de produzir um isótopo que decaía predominantemente pela emissão de uma partícula alfa de 8,3 MeV, com meia-vida de 3 s com um ramo de fissão espontânea de 30% associado . A atividade foi inicialmente atribuída a 254 102, mas posteriormente alterada para 252 102. No entanto, eles também observaram que não havia certeza de que nobélio havia sido produzido devido às condições difíceis. [30] A equipe de Berkeley decidiu adotar o nome proposto para a equipe sueca, "nobelium", para o elemento. [33]

244
96
Cm
+ 12
6
C
256
102
Não
*
252
102
Não
+ 4 1
0

n

Enquanto isso, em Dubna, experimentos foram realizados em 1958 e 1960 com o objetivo de sintetizar o elemento 102 também. O primeiro experimento de 1958 bombardeou plutônio-239 e -241 com íons de oxigênio-16 . Alguns decaimentos alfa com energias pouco acima de 8,5 MeV foram observados e atribuídos a 251.252.253 102, embora a equipe tenha escrito que a formação de isótopos de impurezas de chumbo ou bismuto (que não produziriam nobélio) não poderia ser descartada. Embora experimentos posteriores de 1958 tenham notado que novos isótopos poderiam ser produzidos a partir do mercúrio , o tálio, chumbo ou impurezas de bismuto, os cientistas ainda mantiveram sua conclusão de que o elemento 102 poderia ser produzido a partir dessa reação, mencionando uma meia-vida de menos de 30 segundos e uma energia de decaimento de (8,8 ± 0,5) MeV. Mais tarde, os experimentos de 1960 provaram que esses eram efeitos de fundo. Os experimentos de 1967 também reduziram a energia de decaimento para (8,6 ± 0,4) MeV, mas ambos os valores são muito altos para possivelmente corresponder aos de 253 Não ou 254 Não. [30] A equipe de Dubna declarou mais tarde em 1970 e novamente em 1987 que esses resultados foram não conclusivo. [30]

Em 1961, cientistas de Berkeley alegaram a descoberta do elemento 103 na reação do califórnio com boro e íons de carbono. Eles reivindicaram a produção do isótopo 257 103, e também alegaram ter sintetizado um isótopo de decaimento alfa do elemento 102 que tinha meia-vida de 15 se energia de decaimento alfa de 8,2 MeV. Eles atribuíram isso a 255 102 sem dar uma razão para a atribuição. Os valores não concordam com aqueles agora conhecidos para 255 Não, embora concordem com aqueles agora conhecidos para 257 Não, e embora este isótopo provavelmente tenha desempenhado um papel neste experimento, sua descoberta foi inconclusiva. [30]

O trabalho no elemento 102 também continuou em Dubna, e em 1964, experimentos foram realizados lá para detectar as filhas do decaimento alfa dos isótopos do elemento 102 sintetizando o elemento 102 a partir da reação de um alvo de urânio-238 com íons de néon . Os produtos foram transportados ao longo de uma folha de apanha de prata e purificados quimicamente, e os isótopos 250 Fm e 252 Fm foram detectados. O rendimento de 252 Fm foi interpretado como evidência de que seu pai 256 102 também foi sintetizado: como foi observado que 252 Fm também poderia ser produzido diretamente nesta reação pela emissão simultânea de uma partícula alfa com o excesso de nêutrons, etapas foram tomadas para Garanta que252 Fm não pode ir diretamente para a folha de apanhador. A meia-vida detectada para 256 102 foi de 8 s, que é muito maior do que o valor mais moderno de 1967 de (3,2 ± 0,2) s. [30] Experimentos adicionais foram conduzidos em 1966 para 254 102, usando as reações 243 Am ( 15 N , 4n) 254 102 e 238 U ( 22 Ne, 6n) 254 102, encontrando uma meia-vida de (50 ± 10) s : naquela época a discrepância entre este valor e o valor de Berkeley anterior não foi compreendida, embora trabalhos posteriores provassem que a formação do isômero 250mFm era menos provável nas experiências de Dubna do que nas de Berkeley. Em retrospectiva, os resultados de Dubna em 254 102 estavam provavelmente corretos e podem agora ser considerados uma detecção conclusiva do elemento 102. [30]

Mais um experimento muito convincente de Dubna foi publicado em 1966, novamente usando as mesmas duas reações, que concluiu que 254 102 de fato tinha uma meia-vida muito mais longa do que os 3 segundos alegados por Berkeley. [30] Trabalhos posteriores em 1967 em Berkeley e 1971 no Laboratório Nacional de Oak Ridge confirmaram totalmente a descoberta do elemento 102 e esclareceram observações anteriores. [33] Em dezembro de 1966, o grupo de Berkeley repetiu os experimentos de Dubna e os confirmou totalmente, e usou esses dados para finalmente atribuir corretamente os isótopos que eles haviam sintetizado anteriormente, mas ainda não podiam identificar na época, e assim alegou ter descoberto nobélio em 1958 a 1961. [33]

238
92
você
+ 22
10
Ne
260
102
Não
*
254
102
Não
+ 6 1
0

n

Em 1969, a equipe de Dubna realizou experimentos químicos no elemento 102 e concluiu que ele se comportava como o homólogo mais pesado do itérbio . Os cientistas russos propuseram o nome de joliotium (Jo) para o novo elemento após Irène Joliot-Curie , que havia morrido recentemente, criando uma controvérsia de nomenclatura de elemento que não seria resolvida por várias décadas, em que cada grupo usava seus próprios nomes propostos. [33]

Em 1992, o IUPAC - IUPAP Transfermium Working Group (TWG) reavaliou as alegações de descoberta e concluiu que apenas o trabalho de Dubna de 1966 detectou corretamente e atribuiu decaimentos a núcleos com número atômico 102 na época. A equipe de Dubna é, portanto, oficialmente reconhecida como a descobridora de nobélium, embora seja possível que ela tenha sido detectada em Berkeley em 1959. [30] Esta decisão foi criticada por Berkeley no ano seguinte, chamando a reabertura dos casos dos elementos 101 a 103 a "inútil perda de tempo", enquanto Dubna concordava com a decisão da IUPAC. [34]

Em 1994, como parte de uma tentativa de resolução para a controvérsia sobre nomes de elementos, a IUPAC ratificou nomes para os elementos 101–109. Para o elemento 102, ratificou o nome nobélio (Não) com base no fato de que havia se consolidado na literatura ao longo de 30 anos e que Alfred Nobel deveria ser comemorado dessa forma. [35] Por causa do clamor sobre os nomes de 1994, que em sua maioria não respeitaram as escolhas dos descobridores, um período de comentários se seguiu, e em 1995 a IUPAC nomeou o elemento 102 flerovium (Fl) como parte de uma nova proposta, após Georgy Flyorov ou seu homônimo Flerov Laboratory of Nuclear Reactions . [36]Essa proposta também não foi aceita e, em 1997, o nome nobelium foi restaurado. [35] Hoje, o nome flerovium , com o mesmo símbolo, refere-se ao elemento 114 . [37]

Características

Físico

Energia necessária para promover um elétron f para a subcamada d para os lantanídeos e actinídeos do bloco f. Acima de cerca de 210 kJ / mol, essa energia é muito alta para ser fornecida pela maior energia cristalina do estado trivalente e, portanto, einsteínio, férmio e mendelévio formam metais divalentes como os lantanídeos európio e itérbio . O Nobelium também deve formar um metal divalente, mas isso ainda não foi confirmado. [38]

Na tabela periódica , o nobélio está localizado à direita do mendelévio actinídeo , à esquerda do lawrêncio actinídeo e abaixo do itérbio lantanídeo . O metal Nobelium ainda não foi preparado em grandes quantidades, e a preparação em massa é atualmente impossível. [39] No entanto, uma série de previsões e alguns resultados experimentais preliminares foram feitos a respeito de suas propriedades. [39]

Os lantanídeos e actinídeos, no estado metálico, podem existir como metais divalentes (como európio e itérbio ) ou trivalentes (a maioria dos outros lantanídeos). Os primeiros têm configurações f n s 2 , enquanto os últimos têm configurações f n −1 d 1 s 2 . Em 1975, Johansson e Rosengren examinaram os valores medidos e previstos para as energias coesivas ( entalpias de cristalização) dos lantanídeos e actinídeos metálicos , tanto como metais divalentes quanto trivalentes. [40] [41]A conclusão foi que o aumento da energia de ligação da configuração [Rn] 5f 13 6d 1 7s 2 sobre a configuração [Rn] 5f 14 7s 2 para nobélio não foi suficiente para compensar a energia necessária para promover um elétron 5f a 6d, como é verdadeiro também para os actinídeos muito tardios: assim , esperava-se que einsteínio , férmio , mendelévio e nobélio fossem metais divalentes, embora para nobélio essa previsão ainda não tenha sido confirmada. [40] A crescente predominância do estado divalente bem antes da conclusão da série de actinídeos é atribuída ao relativismoestabilização dos elétrons 5f, que aumenta com o aumento do número atômico: um efeito disso é que o nobélio é predominantemente divalente em vez de trivalente, ao contrário de todos os outros lantanídeos e actinídeos. [42] Em 1986, estimou-se que o metal nobélio tinha uma entalpia de sublimação entre 126 kJ / mol, um valor próximo aos valores para einsteínio, férmio e mendelévio e apoiando a teoria de que o nobélio formaria um metal divalente. [39] Como os outros actinídeos tardios divalentes (exceto o mais uma vez lawrencium trivalente), o nobélio metálico deve assumir uma estrutura cristalina cúbica centrada na face . [2] O metal nobélio divalente deve ter um raio metálico de cerca de 197 pm . [39] O ponto de fusão do Nobelium foi previsto em 827 ° C, o mesmo valor estimado para o elemento vizinho mendelévio. [43] Prevê-se que sua densidade seja em torno de 9,9 ± 0,4 g / cm 3 . [2]

Química

A química do nobélio está incompletamente caracterizada e é conhecida apenas em solução aquosa, na qual pode assumir os estados de oxidação +3 ou +2 , sendo este último mais estável. [31] Era amplamente esperado antes da descoberta do nobélio que em solução, ele se comportaria como os outros actinídeos, com o estado trivalente sendo predominante; no entanto, Seaborg previu em 1949 que o estado +2 também seria relativamente estável para nobélio, já que o íon No 2+ teria a configuração de elétron do estado fundamental [Rn] 5f 14 , incluindo a camada 5f 14 preenchida de forma estável . Demorou dezenove anos antes que essa previsão fosse confirmada. [44]

Em 1967, experimentos foram conduzidos para comparar o comportamento químico do nobélio ao do térbio , califórnio e férmio . Todos os quatro elementos reagiram com o cloro e os cloretos resultantes foram depositados ao longo de um tubo, ao longo do qual foram transportados por um gás. Verificou-se que o cloreto de nobélio produzido foi fortemente adsorvido em superfícies sólidas, comprovando que não era muito volátil , como os cloretos dos outros três elementos investigados. No entanto, esperava-se que tanto NoCl 2 quanto NoCl 3 exibissem comportamento não volátil e, portanto, este experimento foi inconclusivo quanto a qual era o estado de oxidação preferido do nobélio.[44] A determinação do favorecimento do estado +2 pelo nobélio teve que esperar até o próximo ano, quando cromatografia de troca catiônica eexperimentos de coprecipitação foram realizados em cerca de cinquenta mil 255 Sem átomos, descobrindo que se comportava de maneira diferente dos outros actinídeos e muito mais como os metais alcalino-terrosos bivalentes. Isso provou que em solução aquosa, o nobélio é mais estável no estado bivalente, quando oxidantes fortesestão ausentes. [44] Experimentos posteriores em 1974 mostraram que o nobélio eluiu com os metais alcalino-terrosos, entre Ca 2+ e Sr 2+ . [44]Nobelium é o único elemento de bloco f conhecido para o qual o estado +2 é o mais comum e estável em solução aquosa. Isso ocorre por causa da grande lacuna de energia entre os orbitais 5f e 6d no final da série de actinídeos. [45]

Espera-se que a estabilização relativística da subcamada 7s desestabilize grandemente o di-hidreto de nobélio, NoH 2 , e a estabilização relativística do espinor 7p 1/2 sobre o espinor 6d 3/2 significa que os estados excitados nos átomos de nobélio têm contribuição de 7s e 7p em vez de a contribuição 6d esperada. As longas distâncias No – H na molécula NoH 2 e a transferência de carga significativa levam a uma ionicidade extrema com um momento de dipolo de 5,94  D para esta molécula. Nesta molécula, espera-se que nobélio exiba um comportamento semelhante ao do grupo principal , agindo especificamente como um metal alcalino-terroso com seus n s 2configuração de shell de valência e orbitais 5f semelhantes a núcleos. [46]

A capacidade de complexação do Nobelium com íons cloreto é mais semelhante à do bário , que se complexifica fracamente. [44] Sua capacidade de complexação com citrato , oxalato e acetato em uma solução aquosa de nitrato de amônio 0,5 M  está entre a do cálcio e do estrôncio, embora seja um pouco mais próxima da do estrôncio. [44]

O potencial de redução padrão do casal E ° (No 3+ → No 2+ ) foi estimado em 1967 entre +1,4 e +1,5  V ; [44] foi descoberto posteriormente em 2009 como sendo apenas cerca de +0,75 V. [47] O valor positivo mostra que o nº 2+ é mais estável do que o nº 3+ e que o nº 3+ é um bom agente oxidante. Enquanto os valores cotados para E ° (No 2+ → No 0 ) e E ° (No 3+ → No 0 ) variam entre as fontes, as estimativas padrão aceitas são -2,61 e -1,26 V. [44]Foi previsto que o valor para o par E ° (No 4+ → No 3+ ) seria +6,5 V. [44] As energias de Gibbs de formação para o No 3+ e No 2+ são estimadas em −342 e −480  kJ / mol , respectivamente. [44]

Atômico

Um átomo de nobélio tem 102 elétrons, dos quais três podem atuar como elétrons de valência . Espera-se que eles sejam arranjados na configuração [Rn] 5f 14 7s 2 ( símbolo do estado fundamental 1 S 0 ), embora a verificação experimental dessa configuração eletrônica ainda não tenha sido feita em 2006. [39] Na formação de compostos, todos os três elétrons de valência podem ser perdidos, deixando para trás um núcleo [Rn] 5f 13 : isso está de acordo com a tendência definida pelos outros actinídeos com suas configurações de elétrons [Rn] 5f n no estado tripositivo. No entanto, é mais provável que apenas dois elétrons de valência possam ser perdidos, deixando para trás um [Rn] 5f 14 estávelnúcleo com um invólucro 5f 14 preenchido . O primeiro potencial de ionização do nobélio foi medido em no máximo (6,65 ± 0,07)  eV em 1974, com base na suposição de que os elétrons 7s ionizariam antes dos 5f; [48] este valor ainda não foi refinado devido à escassez e alta radioatividade do nobélio. [49] O raio iônico do hexacoordenado e do octacoordenado No 3+ foi preliminarmente estimado em 1978 em cerca de 90 e 102 pm, respectivamente; [44] o raio iônico do nº 2+ foi experimentalmente encontrado em 100 pm para dois algarismos significativos . [39] Oa entalpia de hidratação do nº 2+ foi calculada como 1486 kJ / mol. [44]

Isótopos

São conhecidos treze isótopos de nobélio, com números de massa 249–260 e 262; todos são radioativos. [50] [51] Além disso, os isômeros nucleares são conhecidos pelos números de massa 250, 251, 253 e 254. [52] [53] Destes, o isótopo de vida mais longa é o 259 Não, com meia-vida de 58 minutos, e o isômero de vida mais longa é 251m No com meia-vida de 1,7 segundos. [52] [53] No entanto, o ainda não descoberto isótopo 261 No está previsto para ter uma meia-vida ainda mais longa de 170 min. [52] [53] Além disso, a vida mais curta 255Não (meia-vida de 3,1 minutos) é mais frequentemente usado em experimentação química porque pode ser produzido em grandes quantidades a partir da irradiação de califórnio-249 com íons de carbono-12 . [50] Após 259 Não e 255 Não, os próximos isótopos de nobélio mais estáveis ​​são 253 Não (meia-vida 1,62 minutos), 254 Não (51  segundos ), 257 Não (25 segundos), 256 Não (2,91 segundos) e 252 Não (2,57 segundos). [50] [52] [53]Todos os isótopos nobélio restantes têm meia-vida inferior a um segundo, e o isótopo nobélio conhecido de vida mais curta ( 250 No) tem meia-vida de apenas 0,25  milissegundos . [50] [52] [53] O isótopo 254 No é especialmente interessante teoricamente porque está no meio de uma série de núcleos prolatos de 231 Pa a 279 Rg , e a formação de seus isômeros nucleares (dos quais dois são conhecidos) é controlado por orbitais de prótons , como 2f 5/2, que ficam logo acima da camada esférica do próton; pode ser sintetizado na reação de 208Pb com 48 Ca. [54]

As meias-vidas dos isótopos de nobélio aumentam suavemente de 250 Não para 253 Não. No entanto, uma queda aparece em 254 Não, e além disso a meia-vida de isótopos pares de nobélio caem drasticamente conforme a fissão espontânea se torna o modo de decaimento dominante. Por exemplo, a meia-vida de 256 Não é de quase três segundos, mas a de 258 Não é de apenas 1,2 milissegundos. [50] [52] [53] Isso mostra que no nobélio, a repulsão mútua de prótons representa um limite para a região de núcleos de vida longa na série de actinídeos . [55]Os isótopos de nobélio pares e ímpares continuam a ter meias-vidas mais longas à medida que seus números de massa aumentam, com uma queda na tendência no 257 No. [50] [52] [53]

Preparação e purificação de

Os isótopos de nobélio são produzidos principalmente pelo bombardeio de alvos actinídeos ( urânio , plutônio , cúrio , califórnio ou einstênio ), com exceção do nobélio-262, que é produzido como filho do Lawrêncio-262. [50] O isótopo mais comumente usado, 255 Não, pode ser produzido bombardeando cúrio -248 ou califórnio-249 com carbono-12: o último método é mais comum. Irradiando um alvo de 350  μg  cm −2 de califórnio-249 com três trilhões (3 × 10 12 ) 73  MeVíons de carbono-12 por segundo por dez minutos podem produzir cerca de 1200 átomos de nobélio-255. [50]

Uma vez que o nobélio-255 é produzido, ele pode ser separado de forma semelhante ao usado para purificar o mendelévio actinídeo vizinho. O momento de recuo dos átomos de nobélio-255 produzidos é usado para trazê-los fisicamente para longe do alvo de onde são produzidos, trazendo-os para uma folha fina de metal (geralmente berílio , alumínio , platina ou ouro ) logo atrás do alvo no vácuo: isso geralmente é combinado prendendo os átomos de nobélio em uma atmosfera de gás (freqüentemente hélio ) e carregando-os junto com um jato de gás de uma pequena abertura na câmara de reação. Usando um tubo capilar longo e incluindo cloreto de potássioaerossóis no gás hélio, os átomos de nobélio podem ser transportados por dezenas de metros . [56] A fina camada de nobélio coletada na folha pode ser removida com ácido diluído sem dissolver completamente a folha. [56] O nobélio pode então ser isolado explorando sua tendência de formar o estado divalente, ao contrário dos outros actinídeos trivalentes: sob condições de eluição tipicamente usadas ( ácido bis- (2-etilhexil) fosfórico (HDEHP) como fase orgânica estacionária e 0,05 M  ácido clorídrico como fase aquosa móvel, ou usando ácido clorídrico 3 M como eluente de troca catiônicacolunas de resina), o nobélio passará pela coluna e eluirá enquanto os outros actinídeos trivalentes permanecem na coluna. [56] No entanto, se uma folha de ouro "pegadora" direta for usada, o processo é complicado pela necessidade de separar o ouro usando cromatografia de troca aniônica antes de isolar o nobélio por eluição de colunas de extração cromatográfica usando HDEHP. [56]

Notas

  1. ^ Na física nuclear , um elemento é denominado pesado se seu número atômico for alto; chumbo (elemento 82) é um exemplo de tal elemento 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 [6] ou 112 ; [7] às vezes, o termo é apresentado como equivalente ao termo "transactinídeo", que coloca um limite superior antes do início da série hipotética de superactinídeo ). [8] Os termos "isótopos pesados" (de um determinado elemento) e "núcleos pesados" significam o que poderia ser entendido na linguagem comum - isótopos de alta massa (para o elemento dado) e núcleos de alta massa, respectivamente.
  2. ^ Em 2009, uma equipe da JINR liderada por Oganessian publicou os resultados de sua tentativa de criar hassium em umareaçãosimétrica 136 Xe +  136 Xe. Eles falharam em observar um único átomo em tal reação, colocando o limite superior da seção transversal, a medida de probabilidade de uma reação nuclear, como 2,5  pb . [9] Em comparação, a reação que resultou na descoberta de hassium, 208 Pb + 58 Fe, teve uma seção transversal de ~ 20 pb (mais especificamente, 19+19
    -11
     pb), conforme estimado pelos descobridores. [10]
  3. ^ Quanto maior a energia de excitação, mais nêutrons são ejetados. Se a energia de excitação for menor do que a energia que liga cada nêutron ao resto do núcleo, os nêutrons não são emitidos; em vez disso, o núcleo composto se desexcita emitindo um raio gama . [14]
  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 se decompor em 10 a 14 segundos. Esse valor foi escolhido como uma estimativa de quanto tempo leva para um núcleo adquirir seus elétrons externose, assim, exibir suas propriedades químicas. [15] Esta figura também marca o limite superior geralmente aceito para a vida útil de um núcleo composto. [16]
  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 em uma partícula em movimento se cancelam para uma velocidade específica de uma partícula. [18] Tal separação também pode ser auxiliada por uma medição de tempo de vôo e uma medição de energia de recuo; uma combinação dos dois pode permitir estimar a massa de um núcleo. [19]
  6. ^ Nem todos os modos de decaimento são causados ​​por repulsão eletrostática. Por exemplo, o decaimento beta é causado pela interação fraca . [24]
  7. ^ Uma vez que a massa de um núcleo não é medida diretamente, mas sim calculada a partir da de outro núcleo, essa medição é chamada de indireta. Medições diretas também são possíveis, mas na maior parte elas permaneceram indisponíveis para os núcleos mais pesados. [25] A primeira medição direta de massa de um núcleo superpesado foi relatada em 2018 no LBNL. [26] 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). [27]
  8. ^ A fissão espontânea foi descoberta pelo físico soviético Georgy Flerov , [28] um importante cientista do JINR e, portanto, era um "cavalo de pau" para a instalação. [29] Em contraste, os cientistas do LBL acreditavam que as informações de fissão não eram suficientes para uma alegação de síntese de um elemento. Eles acreditavam que a fissão espontânea não havia sido estudada o suficiente para ser usada na identificação de um novo elemento, já que havia uma dificuldade em estabelecer que um núcleo composto tinha apenas nêutrons ejetados e não partículas carregadas como prótons ou partículas alfa. [16] Assim, eles preferiram ligar novos isótopos aos já conhecidos por decaimentos alfa sucessivos. [28]

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Bibliografia

Ligações externas