Livermorio
Elemento químico con número atómico 116 (Lv)
Livermorio,  116 Lv
Livermorio
Pronunciación/ ˌ l ɪ v ər ˈ m ɔːr i ə m / ​( LIV -ər- MOR -ee-əm )
Número de masa[293] (datos no decisivos) [a]
El livermorio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatoRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrenceRutherfordioDubnioSeaborgioBohrioHassioMeitnerioDarmstadtioRoentgenioCopérnicoNihonioFlerovioMoscovioLivermorioTennesseeOganesón
Po
↑
Nivel
↓
—
moscovio ← livermorio → tenesina
Número atómico ( Z )116
Grupogrupo 16 (calcógenos)
Períodoperiodo 7
Bloquear  bloque p
Configuración electrónica[ Rn ] 5f 14 6d 10 7s 2 7p 4 (predicho) [2]
Electrones por capa2, 8, 18, 32, 32, 18, 6 (previsto)
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido (previsto) [2] [3]
Punto de fusión637–780  K (364–507 °C, 687–944 °F) (extrapolado) [3]
Punto de ebullición1035–1135 K (762–862 °C, 1403–1583 °F) (extrapolado) [3]
Densidad (cerca de  rt )12,9 g/cm 3 (previsto) [2]
Calor de fusión7,61  kJ/mol (extrapolado) [3]
Calor de vaporización42 kJ/mol (previsto) [4]
Propiedades atómicas
Estados de oxidacióncomún: (ninguno)
(−2), [5] (+4)
Energías de ionización
  • 1º: 663,9 kJ/mol (previsto) [6]
  • 2º: 1330 kJ/mol (previsto) [4]
  • 3º: 2850 kJ/mol (previsto) [4]
  • ( más )
Radio atómicoempírico: 183  pm (previsto) [4]
Radio covalente162–166 pm (extrapolado) [3]
Otras propiedades
Ocurrencia naturalsintético
Número CAS54100-71-9
Historia
Nombramientoen honor al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , [7] que a su vez lleva el nombre de Livermore, California.
DescubrimientoInstituto Conjunto de Investigación Nuclear y Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (2000)
Isótopos del livermorio
Isótopos principales [1]Decadencia
abundanciavida media ( t 1/2 )modoproducto
290 nivelessintetizador9 msalfa286 pies cuadrados
SF–
291 nivelsintetizador26 msalfa287 pisos
292 nivelsintetizador16 msalfa288 flores
293 nivelsintetizador70 msalfa289 flores
293 m de nivelsintetizador80 msalfa?
 Categoría: Livermorium
| referencias

El livermorio es un elemento químico sintético ; tiene símbolo Lv y número atómico 116. Es un elemento extremadamente radiactivo que solo se ha creado en un entorno de laboratorio y no se ha observado en la naturaleza. El elemento recibe su nombre del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en los Estados Unidos, que colaboró ​​​​con el Instituto Conjunto para la Investigación Nuclear (JINR) en Dubna , Rusia, para descubrir el livermorio durante los experimentos realizados entre 2000 y 2006. El nombre del laboratorio hace referencia a la ciudad de Livermore, California , donde se encuentra, que a su vez recibió el nombre del ranchero y terrateniente Robert Livermore . El nombre fue adoptado por la IUPAC el 30 de mayo de 2012. [7] Se conocen cinco isótopos de livermorio , con números de masa de 288 y 290-293 inclusive; el de mayor vida entre ellos es el livermorio-293 con una vida media de aproximadamente 80  milisegundos . Se ha informado de un sexto isótopo posible con número de masa 294, pero aún no está confirmado.

En la tabla periódica , es un elemento transactínido del bloque p . Es miembro del séptimo período y se ubica en el grupo 16 como el calcógeno más pesado , pero no se ha confirmado que se comporte como el homólogo más pesado del calcógeno polonio . Se calcula que el livermorio tiene algunas propiedades similares a sus homólogos más ligeros ( oxígeno , azufre , selenio , telurio y polonio) y es un metal postransicional , aunque también debería mostrar varias diferencias importantes con ellos.

Introducción

Síntesis de núcleos superpesados

Una representación gráfica de una reacción de fusión nuclear.
Representación gráfica de una reacción de fusión nuclear . Dos núcleos se fusionan en uno y emiten un neutrón . Las reacciones que crearon nuevos elementos hasta ese momento eran similares, con la única posible diferencia de que a veces se liberaban varios neutrones singulares o ninguno.

Un núcleo atómico superpesado [b] se crea en una reacción nuclear que combina otros dos núcleos de tamaño desigual [c] en uno; aproximadamente, cuanto más desiguales sean los dos núcleos en términos de masa , mayor será la posibilidad de que los dos reaccionen. [13] 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 aproximan 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; los núcleos del haz se aceleran así en gran medida para que dicha repulsión sea insignificante en comparación con la velocidad del núcleo del haz. [14] La energía aplicada a los núcleos del haz para acelerarlos puede hacer que alcancen velocidades tan altas como una décima parte de la velocidad de la luz . Sin embargo, si se aplica demasiada energía, el núcleo del haz puede desmoronarse. [14]

El hecho de acercarse lo suficiente no es suficiente para que dos núcleos se fusionen: cuando dos núcleos se aproximan, suelen permanecer juntos durante unos 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. [14] [15] Esto sucede porque durante el intento de formación de un solo núcleo, la repulsión electrostática desgarra el núcleo que se está formando. [14] Cada par de un objetivo y un haz se caracteriza por su sección transversal : la probabilidad de que se produzca la fusión si dos núcleos se aproximan entre sí expresada en términos del área transversal que la partícula incidente debe golpear para que se produzca la fusión. [d] Esta fusión puede ocurrir como resultado del efecto cuántico en el que los núcleos pueden hacer un túnel a través de la repulsión electrostática. Si los dos núcleos pueden permanecer cerca después de esa fase, las interacciones nucleares múltiples dan como resultado una redistribución de energía y un equilibrio energético. [14]

Videos externos
icono de videoVisualización de una fusión nuclear fallida, basada en cálculos de la Universidad Nacional de Australia [17]

La fusión resultante es un estado excitado [18] —denominado núcleo compuesto— y por lo tanto es muy inestable. [14] Para alcanzar un estado más estable, la fusión temporal puede fisionarse sin la formación de un núcleo más estable. [19] Alternativamente, el núcleo compuesto puede expulsar algunos neutrones , que se llevarían la energía de excitación; si esta última no es suficiente para una expulsión de neutrones, la fusión produciría un rayo gamma . Esto sucede en unos 10 −16  segundos después de la colisión nuclear inicial y da como resultado la creación de un núcleo más estable. [19] La definición del Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) IUPAC/IUPAP establece que un elemento químico solo puede reconocerse como descubierto si un núcleo del mismo no se ha desintegrado en 10 −14 segundos. Este valor se eligió como una estimación de cuánto tiempo tarda un núcleo en adquirir electrones y, por lo tanto, mostrar sus propiedades químicas. [20] [e]

Descomposición y detección

El haz pasa a través del objetivo y llega a la siguiente cámara, el separador; si se produce un nuevo núcleo, se transporta con este haz. [22] En el separador, el núcleo recién producido se separa de otros nucleidos (el del haz original y cualquier otro producto de reacción) [f] y se transfiere a un detector de barrera de superficie , que detiene el núcleo. La ubicación exacta del próximo impacto en el detector está marcada; también se marcan su energía y el tiempo de llegada. [22] La transferencia tarda unos 10 −6  segundos; para ser detectado, el núcleo debe sobrevivir este tiempo. [25] El núcleo se registra nuevamente una vez que se registra su desintegración, y se miden la ubicación, la energía y el tiempo de la desintegración. [22]

La estabilidad de un núcleo la proporciona 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 desgarra por la repulsión electrostática entre protones, y su alcance no está limitado. [26] La energía de enlace total proporcionada por la interacción fuerte aumenta linealmente con el número de nucleones, mientras que la repulsión electrostática aumenta con el cuadrado del número atómico, es decir, este último crece más rápido y se vuelve cada vez más importante para los núcleos pesados ​​​​y superpesados. [27] [28] Por lo tanto, se predice teóricamente [29] y hasta ahora se ha observado [30] que los núcleos superpesados ​​se desintegran predominantemente a través de modos de desintegración que son causados ​​​​por dicha repulsión: desintegración alfa y fisión espontánea . [g] Casi todos los emisores alfa tienen más de 210 nucleones, [32] y el nucleido más ligero que experimenta principalmente fisión espontánea tiene 238. [33] En ambos modos de desintegración, los núcleos no pueden desintegrarse mediante barreras de energía correspondientes para cada modo, pero se pueden atravesar mediante un túnel. [27] [28]

Aparato para la creación de elementos superpesados
Esquema de un aparato para la creación de elementos superpesados, basado en el separador de retroceso lleno de gas Dubna, instalado en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares del JINR. La trayectoria dentro del detector y del aparato de enfoque del haz cambia debido a un imán dipolar en el primero y a imanes cuadrupolares en el segundo. [34]

Las partículas alfa se producen comúnmente en desintegraciones radiactivas porque la masa de una partícula alfa por nucleón es lo suficientemente pequeña como para dejar algo de energía para que la partícula alfa se use como energía cinética para salir del núcleo. [35] La fisión espontánea es causada por la repulsión electrostática que desgarra el núcleo y produce varios núcleos en diferentes instancias de fisión de núcleos idénticos. [28] A medida que aumenta el número atómico, la fisión espontánea rápidamente se vuelve más importante: las vidas medias parciales de fisión espontánea disminuyen en 23 órdenes de magnitud desde el uranio (elemento 92) hasta el nobelio (elemento 102), [36] y en 30 órdenes de magnitud desde el torio (elemento 90) hasta el fermio (elemento 100). [37] El modelo anterior de gota líquida sugería que la fisión espontánea ocurriría casi instantáneamente debido a la desaparición de la barrera de fisión para núcleos con aproximadamente 280 nucleones. [28] [38] El modelo de capas nucleares posterior sugirió que los núcleos con alrededor de 300 nucleones formarían una isla de estabilidad en la que los núcleos serán más resistentes a la fisión espontánea y sufrirán principalmente desintegración alfa con vidas medias más largas. [28] [38] Descubrimientos posteriores sugirieron que la isla predicha podría estar más lejos de lo que se anticipó originalmente; también mostraron que los núcleos intermedios entre los actínidos de larga vida y la isla predicha se deforman y ganan estabilidad adicional a partir de los efectos de capa. [39] Los experimentos en núcleos superpesados ​​​​más ligeros, [40] así como aquellos más cercanos a la isla esperada, [36] han demostrado una estabilidad mayor que la anticipada previamente contra la fisión espontánea, lo que muestra la importancia de los efectos de capa en los núcleos. [h]

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 puede determinarse fácilmente. [i] (Que todas las desintegraciones dentro de una cadena de desintegración estaban de hecho relacionadas entre sí se establece por la ubicación de estas desintegraciones, que deben estar en el mismo lugar.) [22] El núcleo conocido puede reconocerse por las características específicas de la desintegración que sufre, como la energía de desintegración (o más específicamente, la energía cinética de la partícula emitida). [j] La fisión espontánea, sin embargo, produce varios núcleos como productos, por lo que el nucleido original no puede determinarse a partir de sus hijos. [k]

La información de que disponen los físicos que intentan sintetizar un elemento superpesado es, por tanto, la información recogida en los detectores: posición, energía y tiempo de llegada de una partícula al detector, y los de su desintegración. Los físicos analizan estos datos y tratan de concluir que efectivamente fue causado por un nuevo elemento y no podría haber sido causado por un nucleido diferente del que se afirma. A menudo, los datos proporcionados son insuficientes para concluir 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. [l]

Historia

Intentos de síntesis fallidos

La primera búsqueda del elemento 116, utilizando la reacción entre 248 Cm y 48 Ca, fue realizada en 1977 por Ken Hulet y su equipo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). No pudieron detectar ningún átomo de livermorio. [51] Yuri Oganessian y su equipo en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares (FLNR) en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) intentaron posteriormente la reacción en 1978 y fracasaron. En 1985, en un experimento conjunto entre Berkeley y el equipo de Peter Armbruster en GSI, el resultado fue nuevamente negativo, con un límite de sección eficaz calculado de 10-100 pb. El trabajo sobre reacciones con 48 Ca, que había demostrado ser muy útil en la síntesis de nobelio a partir de la reacción nat Pb+ 48 Ca, continuó sin embargo en Dubna, con un separador de elementos superpesados ​​que se desarrolló en 1989, una búsqueda de materiales objetivo y el inicio de colaboraciones con LLNL que se inició en 1990, la producción de haces de 48 Ca más intensos que se inició en 1996, y los preparativos para experimentos a largo plazo con una sensibilidad 3 órdenes de magnitud mayor que se realizaron a principios de la década de 1990. Este trabajo condujo directamente a la producción de nuevos isótopos de los elementos 112 a 118 en las reacciones de 48 Ca con objetivos de actínidos y al descubrimiento de los 5 elementos más pesados ​​​​en la tabla periódica: flerovio , moscovio , livermorio , tenesina y oganesón . [52]

En 1995, un equipo internacional dirigido por Sigurd Hofmann en la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Darmstadt , Alemania, intentó sintetizar el elemento 116 en una reacción de captura radiativa (en la que el núcleo del compuesto se desexcita mediante emisión gamma pura sin evaporar neutrones) entre un blanco de plomo -208 y proyectiles de selenio -82. No se identificaron átomos del elemento 116. [53]

Afirmaciones de descubrimiento no confirmadas

A finales de 1998, el físico polaco Robert Smolańczuk publicó cálculos sobre la fusión de núcleos atómicos para la síntesis de átomos superpesados , incluidos los elementos 118 y 116. [54] Sus cálculos sugirieron que podría ser posible fabricar estos dos elementos fusionando plomo con criptón en condiciones cuidadosamente controladas. [54]

En 1999, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley hicieron uso de estas predicciones y anunciaron el descubrimiento de los elementos 118 y 116, en un artículo publicado en Physical Review Letters , [55] y muy poco después los resultados se informaron en Science . [56] Los investigadores informaron haber realizado la reacción

86
36Kr
+208
82Pb
→293
118Sí
+
norte
→289
116Nivel
+ α

Al año siguiente, publicaron una retractación después de que los investigadores de otros laboratorios no pudieron duplicar los resultados y el propio laboratorio de Berkeley tampoco pudo duplicarlos. [57] En junio de 2002, el director del laboratorio anunció que la afirmación original del descubrimiento de estos dos elementos se había basado en datos inventados por el autor principal Victor Ninov . [58] [59]

Descubrimiento

El livermorio se sintetizó por primera vez el 19 de julio de 2000, cuando los científicos de Dubna ( JINR ) bombardearon un objetivo de curio-248 con iones de calcio-48 acelerados . Se detectó un solo átomo, que se desintegraba por emisión alfa con una energía de desintegración de 10,54  MeV en un isótopo de flerovio . Los resultados se publicaron en diciembre de 2000. [60]

248
96Centímetro
+48
20California
→296
116Nivel
* →293
116Nivel
+ 31
0norte
→289
114Florida
+ α

El isótopo hijo flerovio tenía propiedades que coincidían con las de un isótopo de flerovio sintetizado por primera vez en junio de 1999, que originalmente se asignó a 288 Fl, [60] lo que implica una asignación del isótopo parental livermorio a 292 Lv. Un trabajo posterior en diciembre de 2002 indicó que el isótopo de flerovio sintetizado era en realidad 289 Fl y, por lo tanto, la asignación del átomo de livermorio sintetizado se alteró correspondientemente a 293 Lv. [61]

Camino a la confirmación

El instituto informó de la presencia de dos átomos más durante su segundo experimento, entre abril y mayo de 2001. [62] En el mismo experimento, también detectaron una cadena de desintegración que correspondía a la primera desintegración del flerovio observada en diciembre de 1998, que se había asignado al 289 Fl. [62] Nunca se ha vuelto a observar ningún isótopo del flerovio con las mismas propiedades que el encontrado en diciembre de 1998, ni siquiera en repeticiones de la misma reacción. Más tarde se descubrió que el 289 Fl tiene propiedades de desintegración diferentes y que el primer átomo de flerovio observado puede haber sido su isómero nuclear 289m Fl. [60] [63] La observación del 289m Fl en esta serie de experimentos puede indicar la formación de un isómero original del livermorio, concretamente el 293m Lv, o una rama de desintegración rara y no observada anteriormente del estado ya descubierto 293 Lv a 289m Fl. Ninguna de las dos posibilidades es segura, y se requiere investigación para asignar positivamente esta actividad. Otra posibilidad sugerida es la asignación del átomo original de diciembre de 1998 a 290 Fl, ya que la baja energía del haz utilizada en ese experimento original hace plausible el canal 2n; su progenitor podría entonces ser 294 Lv, pero esta asignación aún necesitaría confirmación en la reacción 248 Cm( 48 Ca,2n) 294 Lv. [60] [63] [64]

El equipo repitió el experimento en abril-mayo de 2005 y detectó 8 átomos de livermorio. Los datos de desintegración medidos confirmaron la asignación del primer isótopo descubierto como 293 Lv. En esta serie, el equipo también observó el isótopo 292 Lv por primera vez. [61] En experimentos posteriores de 2004 a 2006, el equipo reemplazó el objetivo de curio-248 con el isótopo de curio más ligero, curio-245 . Aquí se encontró evidencia de los dos isótopos 290 Lv y 291 Lv. [65]

En mayo de 2009, el grupo de trabajo conjunto IUPAC / IUPAP informó sobre el descubrimiento del copernicio y reconoció el descubrimiento del isótopo 283 Cn. [66] Esto implicó el descubrimiento de facto del isótopo 291 Lv, a partir del reconocimiento de los datos relacionados con su nieta 283 Cn, aunque los datos del livermorio no fueron absolutamente críticos para la demostración del descubrimiento del copernicio. También en 2009, llegó la confirmación de Berkeley y de la Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) en Alemania para los isótopos del flerovio 286 a 289, descendientes inmediatos de los cuatro isótopos conocidos del livermorio. En 2011, la IUPAC evaluó los experimentos del equipo de Dubna de 2000-2006. Si bien los datos más antiguos (que no incluían 291 Lv y 283 Cn) no eran concluyentes, los resultados de 2004-2006 se aceptaron como identificación del livermorio y se reconoció oficialmente que el elemento había sido descubierto. [65]

La síntesis de livermorio se ha confirmado por separado en el GSI (2012) y RIKEN (2014 y 2016). [67] [68] En el experimento GSI de 2012, se demostró que una cadena asignada tentativamente a 293 Lv era inconsistente con los datos anteriores; se cree que esta cadena puede originarse en cambio de un estado isomérico , 293m Lv. [67] En el experimento RIKEN de 2016, aparentemente se detectó un átomo que puede asignarse a 294 Lv, la desintegración alfa a 290 Fl y 286 Cn, que experimentaron fisión espontánea; sin embargo, se perdió el primer alfa del nucleido de livermorio producido, y la asignación a 294 Lv aún es incierta aunque plausible. [69]

Nombramiento

Robert Livermore , homónimo indirecto de livermorium

Utilizando la nomenclatura de Mendeleev para elementos no nombrados y no descubiertos , el livermorio a veces se llama eka- polonio . [70] En 1979, la IUPAC recomendó que se utilizara el nombre sistemático de elemento de marcador de posición ununhexio ( Uuh ) [71] hasta que se confirmara el descubrimiento del elemento y se decidiera un nombre. 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 entre los científicos en el campo, [72] [73] que lo llamaron "elemento 116", con el símbolo de E116 , (116) , o incluso simplemente 116 . [2]

Según las recomendaciones de la IUPAC, el descubridor o descubridores de un nuevo elemento tienen derecho a sugerir un nombre. [74] El descubrimiento del livermorio fue reconocido por el Grupo de Trabajo Conjunto (JWP) de la IUPAC el 1 de junio de 2011, junto con el del flerovio . [65] Según el vicedirector del JINR, el equipo de Dubna originalmente quería nombrar al elemento 116 moscovio , en honor al óblast de Moscú en el que se encuentra Dubna, [75] pero luego se decidió usar este nombre para el elemento 115 en su lugar. El nombre livermorio y el símbolo Lv fueron adoptados el 23 de mayo de [76] 2012. [7] [77] El nombre reconoce al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore , dentro de la ciudad de Livermore, California , EE. UU., que colaboró ​​con el JINR en el descubrimiento. La ciudad a su vez lleva el nombre del ranchero estadounidense Robert Livermore , un ciudadano mexicano naturalizado de nacimiento inglés. [7] La ​​ceremonia de nombramiento del flerovio y el livermorio se celebró en Moscú el 24 de octubre de 2012. [78]

Otras vías de síntesis

La síntesis de livermorio en reacciones de fusión utilizando proyectiles más pesados ​​que 48 Ca se ha explorado en preparación para los intentos de síntesis del elemento aún no descubierto 120 , ya que tales reacciones necesariamente utilizarían proyectiles más pesados. En 2023, se estudió la reacción entre 238 U y 54 Cr en la Fábrica de Elementos Superpesados ​​del JINR en Dubna; se informó de un átomo del nuevo isótopo 288 Lv, aunque aún no se ha publicado un análisis más detallado. [79] De manera similar, en 2024, un equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley informó de la síntesis de dos átomos de 290 Lv en la reacción entre 244 Pu y 50 Ti. Este resultado fue descrito como "verdaderamente innovador" por el director de RIKEN, Hiromitsu Haba, cuyo equipo planea buscar el elemento 119 . [80] [81] [82]

Propiedades previstas

Aparte de las propiedades nucleares, no se han medido propiedades del livermorio ni de sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa [83] y al hecho de que se desintegra muy rápidamente. Las propiedades del livermorio siguen siendo desconocidas y solo se pueden hacer predicciones.

Estabilidad nuclear e isótopos

La ubicación prevista de la isla de estabilidad está marcada por el círculo blanco. La línea de puntos es la línea de estabilidad beta .

Se espera que el livermorio esté cerca de una isla de estabilidad centrada en el copernicio (elemento 112) y el flerovio (elemento 114). [84] [85] Debido a las altas barreras de fisión esperadas , cualquier núcleo dentro de esta isla de estabilidad se desintegra exclusivamente por desintegración alfa y quizás alguna captura de electrones y desintegración beta . [4] Si bien los isótopos conocidos del livermorio en realidad no tienen suficientes neutrones para estar en la isla de estabilidad, se puede ver que se acercan a la isla, ya que los isótopos más pesados ​​son generalmente los de vida más larga. [60] [65]

Los elementos superpesados ​​se producen por fusión nuclear . Estas reacciones de fusión se pueden dividir en fusión "caliente" y "fría", [m] dependiendo de la energía de excitación del núcleo compuesto producido. En las reacciones de fusión caliente, proyectiles muy ligeros y de alta energía se aceleran hacia objetivos muy pesados ​​( actínidos ), dando lugar a núcleos compuestos a alta energía de excitación (~40–50  MeV ) que pueden fisionarse o evaporar varios neutrones (3 a 5). [87] En las reacciones de fusión fría (que utilizan proyectiles más pesados, típicamente del cuarto período , y objetivos más ligeros, generalmente plomo y bismuto ), los núcleos fusionados producidos tienen una energía de excitación relativamente baja (~10–20 MeV), lo que disminuye la probabilidad de que estos productos experimenten reacciones de fisión. A medida que los núcleos fusionados se enfrían al estado fundamental , requieren la emisión de solo uno o dos neutrones. Las reacciones de fusión en caliente tienden a producir productos más ricos en neutrones porque los actínidos tienen las proporciones neutrón-protón más altas de todos los elementos que pueden producirse actualmente en cantidades macroscópicas. [88]

Se podría obtener información importante sobre las propiedades de los núcleos superpesados ​​mediante la síntesis de más isótopos de livermorio, específicamente aquellos con unos pocos neutrones más o menos que los conocidos: 286 Lv, 287 Lv, 289 Lv, 294 Lv y 295 Lv. Esto es posible porque hay muchos isótopos de curio de vida razonablemente larga que se pueden usar para hacer un objetivo. [84] Los isótopos ligeros se pueden hacer fusionando curio-243 con calcio-48. Experimentarían una cadena de desintegraciones alfa, terminando en isótopos transactínidos que son demasiado ligeros para lograrse por fusión en caliente y demasiado pesados ​​para ser producidos por fusión en frío. [ 84] Los mismos isótopos deficientes en neutrones también se pueden alcanzar en reacciones con proyectiles más pesados ​​que 48 Ca, que serán necesarios para alcanzar elementos más allá del número atómico 118 (o posiblemente 119 ). Como ejemplo, el 288 Lv se descubrió en 2023 mediante la fusión de uranio-238 con cromo-54 , en preparación para un futuro intento de síntesis del elemento 120 con proyectiles de cromo-54; su vida media es de poco menos de un milisegundo. [79]

La síntesis de los isótopos pesados ​​294 Lv y 295 Lv podría lograrse fusionando el isótopo pesado de curio, curio-250, con calcio-48. La sección eficaz de esta reacción nuclear sería de aproximadamente 1  picobarn , aunque aún no es posible producir 250 Cm en las cantidades necesarias para la fabricación del objetivo. [84] Después de unas pocas desintegraciones alfa, estos isótopos de livermorio alcanzarían nucleidos en la línea de estabilidad beta . Además, la captura de electrones también puede convertirse en un modo de desintegración importante en esta región, permitiendo que los núcleos afectados alcancen el centro de la isla. Por ejemplo, se predice que 295 Lv se desintegraría alfa a 291 Fl , que sufriría una captura de electrones sucesiva a 291 Nh y luego 291 Cn, que se espera que esté en el medio de la isla de estabilidad y tenga una vida media de aproximadamente 1200 años, lo que ofrece la esperanza más probable de alcanzar el medio de la isla utilizando la tecnología actual. Una desventaja es que las propiedades de desintegración de los núcleos superpesados ​​tan cerca de la línea de estabilidad beta están en gran parte inexploradas. [84]

Otras posibilidades para sintetizar núcleos en la isla de estabilidad incluyen la cuasifisión (fusión parcial seguida de fisión) de un núcleo masivo. [89] Dichos núcleos tienden a fisionarse, expulsando fragmentos doblemente mágicos o casi doblemente mágicos como calcio-40 , estaño-132 , plomo-208 o bismuto-209 . [90] Recientemente se ha demostrado que las reacciones de transferencia de múltiples nucleones en colisiones de núcleos de actínidos (como uranio y curio ) podrían usarse para sintetizar los núcleos superpesados ​​ricos en neutrones ubicados en la isla de estabilidad, [89] aunque la formación de los elementos más ligeros nobelio o seaborgio es más favorecida. [84] Una última posibilidad para sintetizar isótopos cerca de la isla es usar explosiones nucleares controladas para crear un flujo de neutrones lo suficientemente alto como para evitar los huecos de inestabilidad en 258-260 Fm y en el número de masa 275 (números atómicos 104 a 108 ), imitando el proceso r en el que los actínidos se produjeron por primera vez en la naturaleza y se evitó el hueco de inestabilidad alrededor del radón . [84] Algunos de estos isótopos (especialmente 291 Cn y 293 Cn) pueden incluso haber sido sintetizados en la naturaleza, pero se habrían desintegrado demasiado rápido (con vidas medias de solo miles de años) y se habrían producido en cantidades demasiado pequeñas (alrededor de 10 −12 la abundancia del plomo ) para ser detectables como nucleidos primordiales hoy fuera de los rayos cósmicos . [84]

Física y atómica

En la tabla periódica , el livermorio es un miembro del grupo 16, los calcógenos. Aparece debajo del oxígeno , azufre , selenio , telurio y polonio. Cada calcógeno anterior tiene seis electrones en su capa de valencia, formando una configuración electrónica de valencia de ns 2 np 4 . En el caso del livermorio, la tendencia debería continuar y se predice que la configuración electrónica de valencia será 7s 2 7p 4 ; [2] por lo tanto, el livermorio tendrá algunas similitudes con sus congéneres más ligeros . Es probable que surjan diferencias; un gran efecto contribuyente es la interacción espín-órbita (SO) , la interacción mutua entre el movimiento de los electrones y el espín . Es especialmente fuerte para los elementos superpesados, porque sus electrones se mueven mucho más rápido que en átomos más ligeros, a velocidades comparables a la velocidad de la luz . [91] En relación con los átomos de livermorio, reduce los niveles de energía de los electrones 7s y 7p (estabilizando los electrones correspondientes), pero dos de los niveles de energía de los electrones 7p se estabilizan más que los otros cuatro. [92] La estabilización de los electrones 7s se llama efecto de par inerte , y el efecto de "desgarrar" la subcapa 7p en las partes más estabilizadas y menos estabilizadas se llama división de subcapa. Los químicos computacionales ven la división como un cambio del segundo número cuántico ( azimutal ) l de 1 a 1 ⁄ 2 y 3 ⁄ 2 para las partes más estabilizadas y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente: la subcapa 7p 1/2 actúa como un segundo par inerte, aunque no tan inerte como los electrones 7s, mientras que la subcapa 7p 3/2 puede participar fácilmente en la química. [2] [91] [n] Para muchos propósitos teóricos, la configuración electrónica de valencia se puede representar para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s. 2
7p2
1/27p2
3/2. [2]

Los efectos de par inerte en el livermorio deberían ser incluso más fuertes que en el polonio y, por lo tanto, el estado de oxidación +2 se vuelve más estable que el estado +4, que se estabilizaría solo por los ligandos más electronegativos ; esto se refleja en las energías de ionización esperadas del livermorio, donde hay grandes brechas entre la segunda y tercera energías de ionización (que corresponden a la ruptura de la capa no reactiva 7p 1/2 ) y la cuarta y quinta energías de ionización. [4] De hecho, se espera que los electrones 7s sean tan inertes que el estado +6 no sea alcanzable. [2] Se espera que los puntos de fusión y ebullición del livermorio continúen las tendencias hacia abajo de los calcógenos; por lo tanto, el livermorio debería fundirse a una temperatura más alta que el polonio, pero hervir a una temperatura más baja. [3] También debería ser más denso que el polonio (α-Lv: 12,9 g/cm 3 ; α-Po: 9,2 g/cm 3 ); Al igual que el polonio, también debería formar un alótropo α y β. [4] [93] Se espera que el electrón de un átomo de livermorio similar al hidrógeno (oxidado de modo que solo tenga un electrón, Lv 115+ ) se mueva tan rápido que tenga una masa 1,86 veces mayor que la de un electrón estacionario, debido a efectos relativistas . A modo de comparación, se espera que las cifras para el polonio y el telurio similares al hidrógeno sean 1,26 y 1,080 respectivamente. [91]

Químico

Se proyecta que el livermorio sea el cuarto miembro de la serie 7p de elementos químicos y el miembro más pesado del grupo 16 en la tabla periódica, por debajo del polonio. Si bien es el menos estudiado teóricamente de los elementos 7p, se espera que su química sea bastante similar a la del polonio. [4] El estado de oxidación del grupo de +6 es conocido para todos los calcógenos excepto el oxígeno que no puede expandir su octeto y es uno de los agentes oxidantes más fuertes entre los elementos químicos. Por lo tanto, el oxígeno está limitado a un estado máximo +2, exhibido en el fluoruro OF 2 . El estado +4 es conocido para el azufre , el selenio , el telurio y el polonio, experimentando un cambio en la estabilidad de reductor para el azufre (IV) y el selenio (IV) a través de ser el estado más estable para el telurio (IV) a ser oxidante en el polonio (IV). Esto sugiere una estabilidad decreciente para los estados de oxidación más altos a medida que el grupo desciende debido a la creciente importancia de los efectos relativistas, especialmente el efecto del par inerte. [91] El estado de oxidación más estable del livermorio debería ser, por tanto, el +2, con un estado +4 bastante inestable. El estado +2 debería ser tan fácil de formar como lo es para el berilio y el magnesio , y el estado +4 solo debería lograrse con ligandos fuertemente electronegativos, como en el fluoruro de livermorio (IV) (LvF 4 ). [2] El estado +6 no debería existir en absoluto debido a la fuerte estabilización de los electrones 7s, lo que hace que el núcleo de valencia del livermorio solo tenga cuatro electrones. [4] También se sabe que los calcógenos más ligeros forman un estado −2 como óxido , sulfuro , seleniuro , telururo y polonuro ; Debido a la desestabilización de la subcapa 7p 3/2 del livermorio, el estado −2 debería ser muy inestable para el livermorio, cuya química debería ser esencialmente puramente catiónica, [2] aunque las divisiones más grandes de la subcapa y la energía del espinor del livermorio en comparación con el polonio deberían hacer que Lv 2− sea ligeramente menos inestable de lo esperado. [91]

El hidruro de livermorio (LvH 2 ) sería el hidruro de calcógeno más pesado y el homólogo más pesado del agua (los más ligeros son H 2 S , H 2 Se , H 2 Te y PoH 2 ). El polane (hidruro de polonio) es un compuesto más covalente que la mayoría de los hidruros metálicos porque el polonio se encuentra en la frontera entre el metal y el metaloide y tiene algunas propiedades no metálicas: es intermedio entre un haluro de hidrógeno como el cloruro de hidrógeno (HCl) y un hidruro metálico como el estannano ( Sn H 4 ). El livermorano debería continuar esta tendencia: debería ser un hidruro en lugar de un livermouro, pero aún así un compuesto molecular covalente . [94] Se espera que las interacciones de espín-órbita hagan que el enlace Lv–H sea más largo de lo esperado a partir de las tendencias periódicas solamente, y que el ángulo de enlace H–Lv–H sea más grande de lo esperado: se teoriza que esto se debe a que los orbitales 8s desocupados tienen una energía relativamente baja y pueden hibridar con los orbitales de valencia 7p del livermorio. [94] Este fenómeno, denominado "hibridación supervalente", [94] tiene algunos análogos en regiones no relativistas de la tabla periódica; por ejemplo, el difluoruro de calcio molecular tiene participación 4s y 3d del átomo de calcio . [95] Se predice que los dihaluros de livermorio más pesados ​​serán lineales , pero se predice que los más ligeros estarán doblados . [96]

Química experimental

Aún no se ha establecido una determinación inequívoca de las características químicas del livermorio. [97] [98] En 2011, se realizaron experimentos para crear isótopos de nihonium , flerovium y moscovium en las reacciones entre proyectiles de calcio-48 y objetivos de americio-243 y plutonio-244 . Los objetivos incluían impurezas de plomo y bismuto y, por lo tanto, se generaron algunos isótopos de bismuto y polonio en reacciones de transferencia de nucleones. Esto, si bien es una complicación imprevista, podría brindar información que ayudaría en la futura investigación química de los homólogos más pesados ​​​​de bismuto y polonio, que son respectivamente moscovium y livermorium. [98] Los nucleidos producidos bismuto-213 y polonio-212m se transportaron como hidruros 213 BiH 3 y 212m PoH 2 a 850 °C a través de una unidad de filtro de lana de cuarzo sostenida con tantalio , lo que demuestra que estos hidruros eran sorprendentemente estables térmicamente, aunque se esperaría que sus congéneres más pesados ​​McH 3 y LvH 2 fueran menos estables térmicamente a partir de la simple extrapolación de tendencias periódicas en el bloque p. [98] Se necesitan más cálculos sobre la estabilidad y la estructura electrónica de BiH 3 , McH 3 , PoH 2 y LvH 2 antes de que se realicen las investigaciones químicas. Se espera que el moscovio y el livermorio sean lo suficientemente volátiles como elementos puros para que puedan ser investigados químicamente en un futuro cercano, una propiedad que el livermorio compartiría con su congénere más ligero, el polonio, aunque las cortas vidas medias de todos los isótopos de livermorio conocidos actualmente significan que el elemento aún es inaccesible a la química experimental. [98] [99]

Notas

  1. ^ El isótopo más estable del livermorio no se puede determinar con base en los datos existentes debido a la incertidumbre que surge del bajo número de mediciones. La vida media de 293 Lv correspondiente a dos desviaciones estándar es, con base en los datos existentes,57+86
    −34    milisegundos, mientras que el de 291 Lv es19+34
    −12    milisegundos; estas mediciones tienen intervalos de confianza superpuestos . [1]
  2. ^ En física nuclear , un elemento se denomina pesado si su número atómico es alto; el plomo (elemento 82) es un ejemplo de dicho elemento pesado. El término "elementos superpesados" se refiere típicamente a elementos con un número atómico mayor que 103 (aunque existen otras definiciones, como número atómico mayor que 100 [8] o 112 ; [9] a veces, el término se presenta como equivalente al término "transactínido", que pone un límite superior antes del comienzo de la serie hipotética de los superactínidos ). [10] Los términos "isótopos pesados" (de un elemento dado) y "núcleos pesados" significan lo que podría entenderse en el lenguaje común: isótopos de alta masa (para el elemento dado) y núcleos de alta masa, respectivamente.
  3. ^ En 2009, un equipo del JINR dirigido por Oganessian publicó los resultados de su intento de crear hassio en una reacción simétrica 136 Xe +  136 Xe. No lograron observar un solo átomo en dicha reacción, lo que puso el límite superior de la sección transversal, la medida de probabilidad de una reacción nuclear, en 2,5  pb . [11] En comparación, la reacción que resultó en el descubrimiento del hassio, 208 Pb + 58 Fe, tuvo una sección transversal de ~20 pb (más específicamente, 19+19
    -11     pb), según lo estimado por los descubridores. [12]
  4. ^ La cantidad de energía aplicada a la partícula del haz para acelerarla también puede influir en el valor de la sección transversal. Por ejemplo, en el28
    14    Si
    +1
    0    norte
    →28
    13    Alabama
    +1
    1    pag
    reacción, la sección transversal cambia suavemente de 370 mb a 12,3 MeV a 160 mb a 18,3 MeV, con un pico amplio a 13,5 MeV con un valor máximo de 380 mb. [16]
  5. ^ Esta cifra también marca el límite superior generalmente aceptado para la vida útil de un núcleo compuesto. [21]
  6. ^ Esta separación se basa en que los núcleos resultantes se mueven más lentamente que los núcleos del haz que no han reaccionado frente al objetivo. El separador contiene campos eléctricos y magnéticos cuyos efectos sobre una partícula en movimiento se cancelan para una velocidad específica de una partícula. [23] Esta separación también puede verse facilitada por una medición del tiempo de vuelo y una medición de la energía de retroceso; una combinación de las dos puede permitir estimar la masa de un núcleo. [24]
  7. ^ No todos los modos de desintegración son causados ​​por la repulsión electrostática. Por ejemplo, la desintegración beta es causada por la interacción débil . [31]
  8. ^ Ya en la década de 1960 se sabía que los estados fundamentales de los núcleos diferían en energía y forma, así como que ciertos números mágicos de nucleones correspondían a una mayor estabilidad de un núcleo. Sin embargo, se suponía que no existía estructura nuclear en los núcleos superpesados, ya que estaban demasiado deformados para formar una. [36]
  9. ^ Dado que la masa de un núcleo no se mide directamente, sino que se calcula a partir de la de otro núcleo, dicha medición se denomina indirecta. También son posibles las mediciones directas, pero en su mayor parte no han estado disponibles para los núcleos superpesados. [41] La primera medición directa de la masa de un núcleo superpesado se informó en 2018 en el LBNL. [42] La masa se determinó a partir de la ubicación de un núcleo después de la transferencia (la ubicación ayuda a determinar su trayectoria, que está vinculada a la relación masa-carga del núcleo, ya que la transferencia se realizó en presencia de un imán). [43]
  10. ^ Si la desintegración se produjo en el vacío, entonces, dado que el momento total de un sistema aislado antes y después de la desintegración debe conservarse , el núcleo hijo también recibiría una pequeña velocidad. La relación de las dos velocidades, y en consecuencia la relación de las energías cinéticas, sería inversa a la relación de las dos masas. La energía de desintegración es igual a la suma de la energía cinética conocida de la partícula alfa y la del núcleo hijo (una fracción exacta de la primera). [32] Los cálculos son válidos también para un experimento, pero la diferencia es que el núcleo no se mueve después de la desintegración porque está ligado al detector.
  11. ^ La fisión espontánea fue descubierta por el físico soviético Georgy Flerov , [44] un científico destacado del JINR, y por lo tanto era un "caballo de batalla" para la instalación. [45] Por el contrario, los científicos del LBL creían que la información sobre la fisión no era suficiente para afirmar la síntesis de un elemento. Creían que la fisión espontánea no había sido estudiada lo suficiente como para usarla para la identificación de un nuevo elemento, ya que existía la dificultad de establecer que un núcleo compuesto solo había expulsado neutrones y no partículas cargadas como protones o partículas alfa. [21] Por lo tanto, prefirieron vincular nuevos isótopos a los ya conocidos mediante desintegraciones alfa sucesivas. [44]
  12. ^ Por ejemplo, el elemento 102 fue identificado erróneamente en 1957 en el Instituto Nobel de Física en Estocolmo , Condado de Estocolmo , Suecia . [46] No hubo afirmaciones definitivas anteriores de creación de este elemento, y el elemento recibió un nombre por sus descubridores suecos, estadounidenses y británicos, nobelio . Más tarde se demostró que la identificación era incorrecta. [47] El año siguiente, RL no pudo reproducir los resultados suecos y anunció en su lugar su síntesis del elemento; esa afirmación también fue refutada más tarde. [47] JINR insistió en que fueron los primeros en crear el elemento y sugirió un nombre propio para el nuevo elemento, joliotio ; [48] el nombre soviético tampoco fue aceptado (JINR más tarde se refirió a la denominación del elemento 102 como "apresurada"). [49] Este nombre fue propuesto a la IUPAC en una respuesta escrita a su decisión sobre la prioridad de las reclamaciones de descubrimiento de elementos, firmada el 29 de septiembre de 1992. [49] El nombre "nobelio" permaneció sin cambios debido a su uso generalizado. [50]
  13. ^ A pesar del nombre, la "fusión fría" en el contexto de la síntesis de elementos superpesados ​​es un concepto distinto de la idea de que la fusión nuclear se puede lograr en condiciones de temperatura ambiente (véase fusión fría ). [86]
  14. ^ El número cuántico corresponde a la letra del nombre del orbital del electrón: 0 a s, 1 a p, 2 a d, etc. Consulte el número cuántico azimutal para obtener más información.

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Bibliografía

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Livermorium.
  • Livermorium en la Tabla Periódica de Vídeos (Universidad de Nottingham)
  • El Correo del CERN – Segunda postal desde la isla de la estabilidad
  • Livermorium en WebElements.com
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