Meitnerio - Meitnerium

Meitnerio,  ₁₀₉ Mt

Meitnerio
Pronunciación
Número de masa	[278] (sin confirmar: 282)
Meitnerio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Planchar Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencium Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Ir ↑ Mt ↓ (Uht) hassium ← meitnerium → darmstadtium
Número atómico ( Z )	109
Grupo	grupo 9
Período	período 7
Cuadra	bloque d
Configuración electronica	[ Rn ] 5f 14 6d 7 7s 2 (predicho)
Electrones por capa	2, 8, 18, 32, 32, 15, 2 (predicho)
Propiedades físicas
Fase en  STP	sólido (predicho)
Densidad (cerca de  rt )	27-28 g / cm 3 (previsto)
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	( +1 ), ( +3 ), (+4), ( +6 ), (+8), (+9) (predicho)
Energías de ionización
Radio atómico	empírico: 128  pm (previsto)
Radio covalente	129 pm (estimado)
Otras propiedades
Ocurrencia natural	sintético
Estructura cristalina	cara cúbica centrada (fcc) (predicho)
Orden magnético	paramagnético (predicho)
Número CAS	54038-01-6
Historia
Nombrar	después de Lise Meitner
Descubrimiento	Gesellschaft für Schwerionenforschung (1982)
Isótopos principales del meitnerio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto 274 Mt syn 0,4 s α 270 Bh 276 Mt syn 0,6 s α 272 Bh 278 Mt syn 4 s α 274 Bh 282 Mt syn 67 s? α 278 Bh
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El meitnerio es un elemento químico sintético con el símbolo Mt y número atómico 109. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo (un elemento que no se encuentra en la naturaleza, pero que se puede crear en un laboratorio). El isótopo conocido más estable, el meitnerio-278, tiene una vida media de 4,5 segundos, aunque el meitnerio-282 no confirmado puede tener una vida media más larga de 67 segundos. El Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados cerca de Darmstadt , Alemania, creó este elemento por primera vez en 1982. Lleva el nombre de Lise Meitner .

En la tabla periódica , el meitnerio es un elemento transactínido del bloque d . Es un miembro del período 7 y se coloca en los elementos del grupo 9 , aunque aún no se han llevado a cabo experimentos químicos para confirmar que se comporta como el homólogo más pesado del iridio en el grupo 9 como el séptimo miembro de la serie de transición 6d. metales . Se calcula que el meitnerio tiene propiedades similares a sus homólogos más ligeros, el cobalto , el rodio y el iridio.

Introducción

Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno, emitiendo un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos en este momento fueron similares, con la única diferencia posible de que a veces se liberaban varios neutrones singulares, o ninguno en absoluto.

Video externo
Visualización de fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia

Los núcleos atómicos más pesados se crean en reacciones nucleares que combinan otros dos núcleos de tamaño desigual en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales son los dos núcleos en términos de masa, mayor es la posibilidad de que reaccionen. El material hecho de los núcleos más pesados ​​se convierte en un objetivo, que luego es bombardeado por el haz de núcleos más ligeros. Dos núcleos solo pueden fusionarse en uno si se acercan lo suficiente; normalmente, los núcleos (todos cargados positivamente) se repelen entre sí debido a la repulsión electrostática . La interacción fuerte puede superar esta repulsión, pero solo a una distancia muy corta de un núcleo; Por tanto, los núcleos de los haces se aceleran enormemente para hacer que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. Acercarse por sí solo no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se acercan entre sí, generalmente permanecen juntos durante aproximadamente ^10-20  segundos y luego se separan (no necesariamente en la misma composición que antes de la reacción) en lugar de formar un solo núcleo. núcleo. Si se produce la fusión, la fusión temporal, denominada núcleo compuesto, es un estado excitado . Para perder su energía de excitación y alcanzar un estado más estable, un núcleo compuesto se fisiona o expulsa uno o varios neutrones , que se llevan la energía. Esto ocurre aproximadamente entre 10 y ¹⁶  segundos después de la colisión inicial.

El rayo atraviesa el objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este rayo. En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. Se marca la ubicación exacta del próximo impacto en el detector; también están marcadas su energía y la hora de la llegada. La transferencia tarda entre 10 y ⁶  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir tanto tiempo. El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de desintegración.

La estabilidad del núcleo es proporcionada por la interacción fuerte. Sin embargo, su alcance es muy corto; a medida que los núcleos se hacen más grandes, su influencia sobre los nucleones más externos ( protones y neutrones) se debilita. Al mismo tiempo, el núcleo se rompe por la repulsión electrostática entre protones, ya que tiene un alcance ilimitado. Por tanto, los núcleos de los elementos más pesados ​​se predicen teóricamente y hasta ahora se ha observado que se desintegran principalmente a través de modos de desintegración causados ​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea ; estos modos son predominantes para núcleos de elementos superpesados . Las desintegraciones alfa son registradas por las partículas alfa emitidas y los productos de la desintegración son fáciles de determinar antes de la desintegración real; si tal desintegración o una serie de desintegraciones consecutivas produce un núcleo conocido, el producto original de una reacción se puede determinar aritméticamente. Sin embargo, la fisión espontánea produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no se puede determinar a partir de sus hijas.

La información disponible para los físicos que pretenden sintetizar uno de los elementos más pesados ​​es, por lo tanto, la información recopilada en los detectores: ubicación, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector y los de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y buscan concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no pudo haber sido causado por un nucleido diferente al que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para llegar a la conclusión de que definitivamente se creó un nuevo elemento y no hay otra explicación para los efectos observados; Se han cometido errores en la interpretación de los datos.

Historia

El meitnerio lleva el nombre de la física Lise Meitner , una de las descubiertoras de la fisión nuclear.

Descubrimiento

El meitnerium fue sintetizado por primera vez el 29 de agosto de 1982 por un equipo de investigación alemán dirigido por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en el Instituto de Investigación de Iones Pesados (Gesellschaft für Schwerionenforschung) en Darmstadt . El equipo bombardeó un objetivo de bismuto-209 con núcleos acelerados de hierro -58 y detectó un solo átomo del isótopo meitnerio-266:

²⁰⁹
₈₃Bi
+ ⁵⁸
₂₆Fe
→ ²⁶⁶
₁₀₉Monte
+
norte

Este trabajo fue confirmado tres años después en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética ).

Nombrar

Usando la nomenclatura de Mendeleev para los elementos sin nombre y sin descubrir , meitnerium debe ser conocido como eka- iridio . En 1979, durante las Guerras Transfermium (pero antes de la síntesis de meitnerium), la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento debía llamarse unnilennium (con el símbolo correspondiente de Une ), un nombre de elemento sistemático como marcador de posición , hasta que el elemento fuera descubierto (y el descubrimiento luego confirmado) y se decidió un nombre permanente. Aunque se usa ampliamente en la comunidad química en todos los niveles, desde las aulas de química hasta los libros de texto avanzados, las recomendaciones fueron ignoradas en su mayoría por los científicos en el campo, quienes lo llamaron "elemento 109", con el símbolo de E109 , (109) o incluso simplemente 109 , o utilizó el nombre propuesto "meitnerium".

La denominación de meitnerium se discutió en la controversia de denominación de elementos con respecto a los nombres de los elementos 104 a 109, pero meitnerium fue la única propuesta y, por lo tanto, nunca se discutió. El nombre meitnerium (Mt) fue sugerido por el equipo de GSI en septiembre de 1992 en honor a la física austriaca Lise Meitner , una de las descubiertoras del protactinio (con Otto Hahn ) y una de las descubiertas de la fisión nuclear . En 1994, el nombre fue recomendado por la IUPAC y fue adoptado oficialmente en 1997. Por lo tanto, es el único elemento que lleva el nombre específico de una mujer no mitológica (el curio lleva el nombre de Pierre y Marie Curie ).

Isótopos

El meitnerio no tiene isótopos estables o de origen natural. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea fusionando dos átomos o observando la desintegración de elementos más pesados. Se han informado ocho isótopos diferentes de meitnerio con masas atómicas 266, 268, 270 y 274-278, dos de los cuales, el meitnerio-268 y el meitnerio-270, tienen estados metaestables conocidos pero no confirmados . Un noveno isótopo con masa atómica 282 no está confirmado. La mayoría de estos se desintegran predominantemente a través de la desintegración alfa, aunque algunos sufren una fisión espontánea.

Estabilidad y semividas

Todos los isótopos de meitnerio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados ​​son más estables que los más ligeros. El isótopo de meitnerio más estable conocido, ²⁷⁸ Mt, es también el más pesado conocido; tiene una vida media de 4,5 segundos. El ²⁸² Mt no confirmado es aún más pesado y parece tener una vida media más larga de 67 segundos. Los isótopos ²⁷⁶ Mt y ²⁷⁴ Mt tienen vidas medias de 0,45 y 0,44 segundos, respectivamente. Los cinco isótopos restantes tienen vidas medias entre 1 y 20 milisegundos.

Se observó que el isótopo ²⁷⁷ Mt, creado como el producto de desintegración final de ²⁹³ Ts por primera vez en 2012, sufría una fisión espontánea con una vida media de 5 milisegundos. El análisis de datos preliminares consideró la posibilidad de que este evento de fisión se origine en ²⁷⁷ Hs, ya que también tiene una vida media de unos pocos milisegundos y podría poblarse después de la captura de electrones no detectados en algún lugar a lo largo de la cadena de desintegración. Más tarde, esta posibilidad se consideró muy poco probable en función de las energías de desintegración observadas de ²⁸¹ Ds y ²⁸¹ Rg y la corta vida media de ²⁷⁷ Mt, aunque todavía hay cierta incertidumbre sobre la asignación. Independientemente, la rápida fisión de ²⁷⁷ Mt y ²⁷⁷ Hs sugiere fuertemente una región de inestabilidad para núcleos superpesados ​​con N = 168-170. La existencia de esta región, caracterizada por una disminución en la altura de la barrera de fisión entre el cierre de la cáscara deformada en N = 162 y el cierre de la cáscara esférica en N = 184, es consistente con los modelos teóricos.

Propiedades previstas

Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades del meitnerio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y cara y al hecho de que el meitnerio y sus padres se descomponen muy rápidamente. Las propiedades del meitnerio metálico siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Químico

El meitnerio es el séptimo miembro de la serie 6d de metales de transición y debería parecerse mucho a los metales del grupo del platino . Los cálculos sobre sus potenciales de ionización y radios atómicos e iónicos son similares a los de su homólogo más ligero , el iridio , lo que implica que las propiedades básicas del meitnerio se asemejarán a las de los otros elementos del grupo 9 , cobalto , rodio e iridio.

Últimamente no se ha prestado mucha atención a la predicción de las probables propiedades químicas del meitnerio. Se espera que el meitnerio sea un metal noble . Se espera que el potencial de electrodo estándar para el par Mt ³⁺ / Mt sea de 0,8 V. Según los estados de oxidación más estables de los elementos más ligeros del grupo 9, se prevé que los estados de oxidación más estables del meitnerio sean +6, +3 , y +1, siendo el estado +3 el más estable en soluciones acuosas . En comparación, el rodio y el iridio muestran un estado de oxidación máximo de +6, mientras que los estados más estables son +4 y +3 para el iridio y +3 para el rodio. El estado de oxidación +9, representado solo por iridio en [IrO ₄ ] ⁺ , podría ser posible para su congénere meitnerio en el nonafluoruro (MtF ₉ ) y el catión [MtO ₄ ] ⁺ , aunque se espera que [IrO ₄ ] ⁺ sea más estable que estos compuestos de meitnerio. También se ha predicho que los tetrahaluros de meitnerio tienen estabilidades similares a las del iridio, permitiendo así también un estado estable +4. Se espera además que los estados máximos de oxidación de los elementos desde el bohrio (elemento 107) hasta el darmstadtio (elemento 110) puedan ser estables en la fase gaseosa pero no en solución acuosa.

Físico y atómico

Se espera que el meitnerio sea un sólido en condiciones normales y asuma una estructura cristalina cúbica centrada en la cara , similar a su congénere iridio más ligero . Debería ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 27-28 g / cm ³ , que estaría entre los más altos de cualquiera de los 118 elementos conocidos. También se predice que el meitnerio es paramagnético .

Los teóricos han predicho que el radio covalente del meitnerio es de 6 a 10 pm más grande que el del iridio. Se espera que el radio atómico del meitnerio sea de alrededor de 128 pm.

Química experimental

El meitnerio es el primer elemento de la tabla periódica cuya química aún no se ha investigado. Aún no se ha establecido una determinación inequívoca de las características químicas del meitnerio debido a la corta vida media de los isótopos del meitnerio y a un número limitado de compuestos volátiles probables que podrían estudiarse a muy pequeña escala. Uno de los pocos compuestos de meitnerio que probablemente sea suficientemente volátil es el hexafluoruro de meitnerio ( MtF
₆), ya que su homólogo más ligero hexafluoruro de iridio ( IrF
₆) es volátil por encima de 60 ° C y, por tanto, el compuesto análogo de meitnerio también podría ser suficientemente volátil; un octafluoruro volátil ( MtF
₈) también podría ser posible. Para que se realicen estudios químicos en una transactínida , se deben producir al menos cuatro átomos, la vida media del isótopo utilizado debe ser de al menos 1 segundo y la tasa de producción debe ser de al menos un átomo por semana. Aunque la vida media de ²⁷⁸ Mt, el isótopo de meitnerio confirmado más estable, es de 4,5 segundos, lo suficientemente largo para realizar estudios químicos, otro obstáculo es la necesidad de aumentar la tasa de producción de isótopos de meitnerio y permitir que los experimentos continúen durante semanas. o meses para poder obtener resultados estadísticamente significativos. La separación y la detección deben llevarse a cabo de forma continua para separar los isótopos de meitnerio y tener sistemas automatizados que experimenten la química de la fase gaseosa y de la solución del meitnerio, ya que se prevé que los rendimientos de los elementos más pesados ​​sean menores que los de los elementos más ligeros; Algunas de las técnicas de separación utilizadas para el bohrium y el hassium podrían reutilizarse. Sin embargo, la química experimental del meitnerio no ha recibido tanta atención como la de los elementos más pesados ​​desde el copernicio hasta el hígado .

El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley intentó sintetizar el isótopo ²⁷¹ Mt en 2002-2003 para una posible investigación química del meitnerio porque se esperaba que fuera más estable que los isótopos que lo rodean, ya que tiene 162 neutrones , un número mágico para núcleos deformados. ; se predijo que su vida media sería de unos pocos segundos, lo suficiente para una investigación química. Sin embargo, no se detectaron átomos de ²⁷¹ Mt y este isótopo de meitnerio se desconoce actualmente.

Un experimento que determine las propiedades químicas de una transactínida necesitaría comparar un compuesto de esa transactínida con compuestos análogos de algunos de sus homólogos más ligeros: por ejemplo, en la caracterización química del hasio, se comparó el tetróxido de hasio (HsO ₄ ) con el osmio análogo. compuesto, tetróxido de osmio (OsO _ ₄ ). En un paso preliminar hacia la determinación de las propiedades químicas del meitnerio, el GSI intentó la sublimación de los compuestos de rodio, óxido de rodio (III) (Rh ₂ O ₃ ) y cloruro de rodio (III) (RhCl ₃ ). Sin embargo, las cantidades macroscópicas de óxido no se sublimarían hasta 1000 ° C y el cloruro no lo haría hasta 780 ° C, y luego solo en presencia de partículas de aerosol de carbono : estas temperaturas son demasiado altas para que tales procedimientos se utilicen en meitnerio, ya que la mayoría de los métodos actuales utilizados para la investigación de la química de los elementos superpesados ​​no funcionan por encima de los 500 ° C.

Después de la síntesis exitosa de 2014 de seaborgio hexacarbonilo, Sg (CO) ₆ , se realizaron estudios con los metales de transición estables de los grupos 7 a 9, lo que sugiere que la formación de carbonilo podría extenderse para investigar más a fondo las químicas de los primeros metales de transición 6d del ruterfordio a meitnerium inclusive. Sin embargo, los retos de bajos vidas medias y las reacciones difíciles de producción hacen meitnerio de difícil acceso para radioquímicos, aunque los isótopos ²⁷⁸ Mt y ²⁷⁶ Mt son lo suficientemente larga vida para la investigación química y pueden ser producidos en las cadenas de desintegración de ²⁹⁴ Ts y ²⁸⁸ Mc respectivamente. Es probable que ²⁷⁶ Mt sea más adecuado, ya que la producción de tennessina requiere un objetivo de berkelio poco común y de vida corta . El isótopo ²⁷⁰ Mt, observado en la cadena de desintegración de ²⁷⁸ Nh con una vida media de 0,69 segundos, también puede ser lo suficientemente longevo para investigaciones químicas, a través de una ruta de síntesis directa que conduce a este isótopo y mediciones más precisas de sus propiedades de desintegración. sería necesario.

Notas

Referencias

Bibliografía

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enlaces externos

• Medios relacionados con Meitnerium en Wikimedia Commons
• Meitnerium en The Periodic Table of Videos (Universidad de Nottingham)