Roentgenio - Roentgenium

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

Roentgenio, ₁₁₁ Rg
Roentgenio
Pronunciación
Apariencia	plateado (predicho)
Número de masa	[282] (sin confirmar: 286)
Roentgenium en la tabla periódica
	darmstadtium ← roentgenium → copernicium
Número atómico ( Z )	111
Grupo	grupo 11
Período	período 7
Cuadra	bloque d
Configuración electronica	[ Rn ] 5f 14 6d 9 7s 2 (predicho)
Electrones por capa	2, 8, 18, 32, 32, 17, 2 (predicho)
Propiedades físicas
Fase en STP	sólido (predicho)
Densidad (cerca de rt )	22-24 g / cm 3 (predicho)
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	(−1), (+1), ( +3 ), (+5), (+7) (predicho)
Energías de ionización
Radio atómico	empírico: 138 pm (previsto)
Radio covalente	121 pm (estimado)
Otras propiedades
Ocurrencia natural	sintético
Estructura cristalina	centrada en el cuerpo cúbico (BCC) ; (predicho)
Número CAS	54386-24-2
Historia
Nombrar	después de Wilhelm Röntgen
Descubrimiento	Gesellschaft für Schwerionenforschung (1994)
Isótopos principales del roentgenio
α (10%)	277 Mt
	Categoría: Roentgenium; vista; hablar; editar; \| referencias

El roentgenio es un elemento químico con el símbolo Rg y número atómico 111. Es un elemento sintético extremadamente radiactivo que se puede crear en un laboratorio pero que no se encuentra en la naturaleza. El isótopo conocido más estable, el roentgenio-282, tiene una vida media de 100 segundos, aunque el roentgenio-286 no confirmado puede tener una vida media más larga de aproximadamente 10,7 minutos. Roentgenium fue creado por primera vez en 1994 por el Centro GSI Helmholtz de Investigación de Iones Pesados cerca de Darmstadt , Alemania. Se llama así en honor al físico Wilhelm Röntgen ( también escrito Roentgen), que descubrió los rayos X . Solo se han sintetizado unos pocos átomos de roentgenio, y no contienen ninguna aplicación práctica actual más allá del estudio científico.

En la tabla periódica , es un elemento transactínido del bloque d . Es miembro del séptimo período y se ubica en los elementos del grupo 11 , aunque no se han realizado experimentos químicos para confirmar que se comporta como el homólogo más pesado del oro en el grupo 11 como noveno miembro de la serie 6d de metales de transición. . Se calcula que el roentgenio tiene propiedades similares a sus homólogos más ligeros, el cobre , la plata y el oro, aunque puede mostrar algunas diferencias con respecto a ellos. Se cree que el roentgenio es un sólido a temperatura ambiente y que tiene un aspecto metálico en su estado regular.

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.

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

Roentgenio fue nombrado así por el físico Wilhelm Röntgen , el descubridor de los rayos X .

Telón de fondo para la presentación del descubrimiento y reconocimiento del roentgenium en GSI Darmstadt

Descubrimiento oficial

Roentgenium fue sintetizado por primera vez por un equipo internacional dirigido por Sigurd Hofmann en la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Darmstadt , Alemania , el 8 de diciembre de 1994. El equipo bombardeó un objetivo de bismuto-209 con núcleos acelerados de níquel -64 y detectó tres núcleos del isótopo roentgenium-272:

²⁰⁹
₈₃Bi
+ ⁶⁴
₂₈Ni
→ ²⁷²
₁₁₁Rg
+ ¹
₀norte

Esta reacción se había realizado previamente en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna (entonces en la Unión Soviética ) en 1986, pero entonces no se habían observado átomos de ²⁷² Rg. En 2001, el Grupo de Trabajo Conjunto IUPAC / IUPAP (JWP) concluyó que no había pruebas suficientes para el descubrimiento en ese momento. El equipo de GSI repitió su experimento en 2002 y detectó tres átomos más. En su informe de 2003, el JWP decidió que el equipo de GSI debería ser reconocido por el descubrimiento de este elemento.

Nombrar

Usando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no identificados y no descubiertos , el roentgenium debería ser conocido como eka- gold . En 1979, la IUPAC publicó recomendaciones según las cuales el elemento se llamaría unununio (con el símbolo correspondiente de Uuu ), un nombre de elemento sistemático como marcador de posición , hasta que se descubrió el elemento (y luego se confirmó el descubrimiento) y se estableció un nombre permanente. decidido sobre. 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 111 , con el símbolo de E111 , (111) o incluso simplemente 111 .

El nombre roentgenio (Rg) fue sugerido por el equipo de GSI en 2004, en honor al físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen , el descubridor de los rayos X . Este nombre fue aceptado por la IUPAC el 1 de noviembre de 2004.

Isótopos

Roentgenium no tiene isótopos estables o de origen natural. Se han sintetizado varios isótopos radiactivos en el laboratorio, ya sea por fusión de los núcleos de elementos más ligeros o como productos de desintegración intermedios de elementos más pesados. Se han informado nueve isótopos diferentes de roentgenio con masas atómicas 272, 274, 278–283 y 286 (283 y 286 sin confirmar), dos de los cuales, roentgenio-272 y roentgenio-274, tienen estados metaestables conocidos pero no confirmados . Todos estos se desintegran por desintegración alfa o fisión espontánea, aunque ²⁸⁰ Rg también puede tener una rama de captura de electrones .

Estabilidad y semividas

Lista de isótopos de roentgenio
Isótopo	Media vida		Modo de decaimiento	Año de descubrimiento	Reacción de descubrimiento
Isótopo	Valor	Árbitro	Modo de decaimiento	Año de descubrimiento	Reacción de descubrimiento
²⁷² Rg	4,5 ms		α	1994	²⁰⁹ Bi ( ⁶⁴ Ni, n)
²⁷⁴ Rg	29 ms		α	2004	²⁷⁸ Nh (-, α)
²⁷⁸ Rg	4,2 ms		α	2006	²⁸² Nh (-, α)
²⁷⁹ Rg	90 ms		α	2003	²⁸⁷ Mc (-, 2α)
²⁸⁰ Rg	4,6 s		α, EC	2003	²⁸⁸ Mc (-, 2α)
²⁸¹ Rg	17 s		SF, α	2010	²⁹³ Ts (-, 3α)
²⁸² Rg	1,7 min		α	2010	²⁹⁴ Ts (-, 3α)
²⁸³ Rg	5,1 min		SF	1999	²⁸³ Cn (mi ^- , ν _e )
²⁸⁶ Rg	10,7 min		α	1998	²⁹⁰ Fl (mi ^- , ν _e α)

Todos los isótopos de roentgenio son extremadamente inestables y radiactivos; en general, los isótopos más pesados son más estables que los más ligeros. El isótopo de roentgenio más estable conocido, ²⁸² Rg, es también el isótopo de roentgenio más pesado conocido; tiene una vida media de 100 segundos. El ²⁸⁶ Rg no confirmado es aún más pesado y parece tener una vida media aún más larga de aproximadamente 10,7 minutos, lo que lo convertiría en uno de los nucleidos superpesados de mayor duración que se conocen; del mismo modo, el ²⁸³ Rg no confirmado parece tener una vida media larga de aproximadamente 5,1 minutos. También se ha informado que los isótopos ²⁸⁰ Rg y ²⁸¹ Rg tienen vidas medias de más de un segundo. Los isótopos restantes tienen vidas medias en el rango de milisegundos.

Propiedades previstas

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

Químico

Roentgenium es el noveno miembro de la serie 6d de metales de transición . Los cálculos sobre sus potenciales de ionización y radios atómicos e iónicos son similares a los de su homólogo más ligero , el oro , lo que implica que las propiedades básicas del roentgenio se asemejarán a las de los otros elementos del grupo 11 , cobre , plata y oro; sin embargo, también se prevé que muestre varias diferencias con respecto a sus homólogos más ligeros.

Se predice que el roentgenio es un metal noble . El potencial de electrodo estándar de 1,9 V para el par Rg ³⁺ / Rg es mayor que el de 1,5 V para el par Au ³⁺ / Au. La primera energía de ionización prevista del roentgenio de 1020 kJ / mol casi coincide con la del gas noble radón a 1037 kJ / mol. Basado en los estados de oxidación más estables de los elementos más ligeros del grupo 11, se predice que el roentgenio mostrará estados de oxidación +5 y +3 estables, con un estado +1 menos estable. Se predice que el estado +3 será el más estable. Se espera que el roentgenio (III) tenga una reactividad comparable al oro (III), pero debería ser más estable y formar una mayor variedad de compuestos. El oro también forma un estado -1 algo estable debido a los efectos relativistas, y se ha sugerido que el roentgenio también puede hacerlo: sin embargo, se espera que la afinidad electrónica del roentgenio sea de alrededor de 1.6 eV (37 kcal / mol ), significativamente menor que valor del oro de 2,3 eV (53 kcal / mol), por lo que los roentgenuros pueden no ser estables o incluso posibles. Los orbitales 6d se desestabilizan por efectos relativistas e interacciones espín-órbita cerca del final de la cuarta serie de metales de transición, lo que hace que el roentgenio (V) en estado de alta oxidación sea más estable que su homólogo más ligero, el oro (V) (conocido solo en el pentafluoruro de oro , Au ₂ F ₁₀ ) ya que los electrones 6d participan en la unión en mayor medida. Las interacciones espín-órbita estabilizan los compuestos de roentgenio molecular con más electrones de enlace 6d; por ejemplo, RgF^-
₆se espera que sea más estable que RgF^-
₄, que se espera que sea más estable que RgF^-
₂. La estabilidad de RgF^-
₆es homólogo al de AuF^-
₆; el análogo de plata AgF^-
₆es desconocido y se espera que sea solo marginalmente estable a la descomposición en AgF^-
₄y F ₂ . Además, se espera que Rg ₂ F ₁₀ sea estable a la descomposición, exactamente análogo al Au ₂ F ₁₀ , mientras que Ag ₂ F ₁₀ debería ser inestable a la descomposición en Ag ₂ F ₆ y F ₂ . El heptafluoruro de oro , AuF ₇ , se conoce como un complejo de oro (V) difluorino AuF ₅ · F ₂ , que tiene una energía más baja de lo que sería un verdadero heptafluoruro de oro (VII); En cambio, se calcula que RgF ₇ es más estable como un heptafluoruro de roentgenio (VII) verdadero, aunque sería algo inestable, su descomposición en Rg ₂ F ₁₀ y F ₂ libera una pequeña cantidad de energía a temperatura ambiente. Se espera que el roentgenio (I) sea difícil de obtener. El oro forma fácilmente el complejo de cianuro Au (CN) ^-
₂, que se utiliza en su extracción del mineral mediante el proceso de cianuración del oro ; Se espera que el roentgenio siga su ejemplo y forme Rg (CN)^-
₂.

La química probable del roentgenio ha recibido más interés que la de los dos elementos anteriores, meitnerio y darmstadtio , ya que se espera que las subcapas de valencia de los elementos del grupo 11 se contraigan relativísticamente con más fuerza en el roentgenio. Los cálculos sobre el compuesto molecular Rg H muestran que los efectos relativistas duplican la fuerza del enlace roentgenio-hidrógeno, aunque las interacciones espín-órbita también lo debilitan en 0,7 eV (16 kcal / mol). También se estudiaron los compuestos Au X y RgX, donde X = F , Cl , Br , O , Au o Rg. Se predice que Rg ⁺ es el ión metálico más blando, incluso más blando que el Au ⁺ , aunque existe un desacuerdo sobre si se comportaría como un ácido o una base . En solución acuosa, Rg ⁺ formaría el ion agua [Rg (H ₂ O) ₂ ] ⁺ , con una distancia de enlace Rg – O de 207,1 pm . También se espera que forme complejos Rg (I) con amoniaco , fosfina y sulfuro de hidrógeno .

Físico y atómico

Se espera que el roentgenio sea un sólido en condiciones normales y que cristalice en la estructura cúbica centrada en el cuerpo , a diferencia de sus congéneres más ligeros que cristalizan en la estructura cúbica centrada en la cara , debido a que se espera que tenga densidades de carga de electrones diferentes de ellos. Debe ser un metal muy pesado con una densidad de alrededor de 22-24 g / cm ³ ; en comparación, el elemento más denso conocido que se ha medido su densidad, el osmio , tiene una densidad de 22,61 g / cm ³ .

Los elementos del grupo estable 11, cobre, plata y oro, tienen todos una configuración electrónica externa (n − 1) d ¹⁰ ns ¹ . Para cada uno de estos elementos, el primer estado excitado de sus átomos tiene una configuración (n − 1) d ⁹ ns ² . Debido al acoplamiento espín-órbita entre los electrones d, este estado se divide en un par de niveles de energía. Para el cobre, la diferencia de energía entre el estado fundamental y el estado de excitación más bajo hace que el metal parezca rojizo. Para la plata, la brecha de energía se ensancha y se vuelve plateada. Sin embargo, a medida que aumenta el número atómico, los niveles excitados se estabilizan por efectos relativistas y en el oro la brecha energética vuelve a disminuir y aparece oro. Para el roentgenio, los cálculos indican que el nivel 6d ⁹ 7s ² se estabiliza hasta tal punto que se convierte en el estado fundamental y el nivel 6d ¹⁰ 7s ^{1 se} convierte en el primer estado excitado. La diferencia de energía resultante entre el nuevo estado fundamental y el primer estado excitado es similar a la de la plata y se espera que el roentgenio tenga un aspecto plateado. Se espera que el radio atómico del roentgenio sea de alrededor de 138 pm.

Química experimental

La determinación inequívoca de las características químicas del roentgenio aún no se ha establecido debido a los bajos rendimientos de las reacciones que producen los isótopos del roentgenio. 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 ²⁸² Rg, el isótopo de roentgenio confirmado más estable, es de 100 segundos, lo suficientemente largo para realizar estudios químicos, otro obstáculo es la necesidad de aumentar la tasa de producción de isótopos de roentgenio y permitir que los experimentos continúen durante semanas. o meses para que se puedan obtener resultados estadísticamente significativos. La separación y la detección deben llevarse a cabo de forma continua para separar los isótopos de roentgenio y permitir que los sistemas automatizados experimenten con la fase gaseosa y la química de la solución del roentgenio, ya que se prevé que los rendimientos de los elementos más pesados sean menores que los de los elementos más ligeros. Sin embargo, la química experimental del roentgenio no ha recibido tanta atención como la de los elementos más pesados desde el copernicio hasta el livermorio , a pesar del interés inicial en las predicciones teóricas debido a los efectos relativistas sobre la subcapa n s en el grupo 11 que alcanzan un máximo en el roentgenio. Los isótopos ²⁸⁰ Rg y ²⁸¹ Rg son prometedores para la experimentación química y pueden producirse como nietos de los isótopos de moscovio ²⁸⁸ Mc y ²⁸⁹ Mc respectivamente; sus padres son los isótopos de nihonium ²⁸⁴ Nh y ²⁸⁵ Nh, que ya han recibido investigaciones químicas preliminares.

Ver también

Isla de estabilidad

Notas

Referencias

Bibliografía

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enlaces externos

Medios relacionados con Roentgenium en Wikimedia Commons
Roentgenium en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)

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