Isótopos del copernicio

Isótopos de copernicio  ( 112 Cn)
Isótopos principales [1]Decadencia
abundanciavida media ( t 1/2 )modoproducto
283 Cnsintetizador3,81 s [2]alfa96%279 D
SF4%–
¿y ?283 Régimen
285 Cnsintetizador30 segundosalfa281 D
286 Cnsintetizador8,4 segundos ?SF–

El copernicio ( 112 Cn) es un elemento sintético , por lo que no se puede dar un peso atómico estándar . Como todos los elementos sintéticos, no tiene isótopos estables . El primer isótopo que se sintetizó fue el 277 Cn en 1996. Hay siete radioisótopos conocidos (y uno más sin confirmar); el isótopo de vida más larga es el 285 Cn con una vida media de 30 segundos.

Lista de isótopos


Nuclido
OnorteMasa isotópica ( Da ) [n 1] [n 2]
Vida media [1]

Modo de decaimiento [1]
[n 3]
Isótopo hijo
Giro y
paridad [1]
[n 4]
277 Cn112165277.16354(17)#790(330) microsegundos
alfa273 D3/2+#
280 Cn [3] [número 5]112168280.16710(63)#<100 μsSF(varios)0+
281 Cn [número 6]112169281.16956(43)#180+100
−40 Sra. [4]		alfa277 D3/2+#
282 Cn112170282.17051(59)#0,83+0,18
-0,13 Sra. [2]		SF(varios)0+
283 Cn112171283.17320(66)#3.81+0,45
-0,36 es [2]		α (96%) [2]279 D
SF (4%)(varios)
CE ?283 Régimen
284 Cn [número 7]112172284.17436(82)#121+20
−15 Sra. [5]		SF (98%)(varios)0+
α (2%) [5]280 D
285 Cn [número 8]112173285.17723(54)#30(8) salfa281 D5/2+#
286 Cn [6] [número 9] [número 10]112174286.17869(75)#8.4+40,5
−3,9 s		SF(varios)0+
Encabezado y pie de página de esta tabla:
  1. ^ ( ) – La incertidumbre (1 σ ) se da en forma concisa entre paréntesis después de los últimos dígitos correspondientes.
  2. ^ # – Masa atómica marcada con #: valor e incertidumbre derivados no de datos puramente experimentales, sino al menos en parte de tendencias de la Superficie de Masa (TMS).
  3. ^ Modos de descomposición:
    CE:Captura de electrones
    SF:Fisión espontánea
  4. ^ # – Los valores marcados con # no se derivan puramente de datos experimentales, sino al menos en parte de las tendencias de los nucleidos vecinos (TNN).
  5. ^ No se sintetiza directamente, se crea como producto de desintegración de 288 Lv
  6. ^ No se sintetiza directamente, se crea como producto de desintegración de 285 Fl
  7. ^ No se sintetiza directamente, se crea como producto de desintegración de 288 Fl
  8. ^ No se sintetiza directamente, se crea como producto de desintegración de 289 Fl
  9. ^ No se sintetiza directamente, se crea como producto de desintegración de 294 Lv
  10. ^ Este isótopo no está confirmado

Isótopos y propiedades nucleares

Nucleosíntesis

Los elementos superpesados ​​como el copernicio se producen bombardeando elementos más ligeros en aceleradores de partículas que inducen reacciones de fusión . Mientras que la mayoría de los isótopos del copernicio se pueden sintetizar directamente de esta manera, algunos de los más pesados ​​solo se han observado como productos de desintegración de elementos con números atómicos más altos . [7]

Dependiendo de las energías involucradas, los primeros se separan en "calientes" y "fríos". En las reacciones de fusión caliente, proyectiles muy ligeros y de alta energía se aceleran hacia objetivos muy pesados ​​como los actínidos , dando lugar a núcleos compuestos a alta energía de excitación (~40–50  MeV ) que pueden fisionarse o evaporar varios neutrones (3 a 5). [7] En las reacciones de fusión fría, 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 y, por lo tanto, permiten la generación de productos más ricos en neutrones. [8] Este último es un concepto distinto del de la fusión nuclear que se afirma que se logra en condiciones de temperatura ambiente (ver fusión fría ). [9]

La siguiente tabla contiene varias combinaciones de objetivos y proyectiles que podrían usarse para formar núcleos compuestos con Z  = 112.

ObjetivoProyectilCNResultado del intento
184 W88 Sr272 CnFallo en la fecha
208 PB68Zn​276 CnFallo en la fecha
208 PB70 Zinc278 CnReacción exitosa
233 U48 Ca281 CnFallo en la fecha
234 U48 Ca282 CnReacción aún por intentar
235 U48 Ca283 CnReacción aún por intentar
236 U48 Ca284 CnReacción aún por intentar
238 U48 Ca286 CnReacción exitosa
244 Pu40 Ar284 CnReacción aún por intentar
250 centímetros36 S286 CnReacción aún por intentar
248 centímetros36 S284 CnReacción aún por intentar
252 Cf30 Sí282 CnReacción aún por intentar

Fusión fría

La primera reacción de fusión fría para producir copernicio fue realizada por GSI en 1996, quienes informaron la detección de dos cadenas de desintegración de copernicio-277. [10]

208
82Pb
+70
30Zinc
→277
112En
+
norte

En una revisión de los datos en 2000, se retrajo la primera cadena de desintegración. En una repetición de la reacción en 2000, pudieron sintetizar un átomo más. Intentaron medir la función de excitación 1n en 2002, pero sufrieron una falla del haz de zinc-70. El descubrimiento no oficial del copernicio-277 se confirmó en 2004 en RIKEN , donde los investigadores detectaron otros dos átomos del isótopo y pudieron confirmar los datos de desintegración de toda la cadena. [11] Esta reacción también se había intentado previamente en 1971 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna , Rusia, en un esfuerzo por producir 276 Cn en el canal 2n, pero sin éxito. [12]

Después de la exitosa síntesis de copernicio-277, el equipo de GSI realizó una reacción utilizando un proyectil de 68 Zn en 1997 en un esfuerzo por estudiar el efecto del isospín (riqueza de neutrones) en el rendimiento químico.

208
82Pb
+68
30Zinc
→276−x
112En
+ x
norte

El experimento se inició tras el descubrimiento de un aumento del rendimiento durante la síntesis de isótopos de darmstadtio utilizando iones de  níquel-62 y níquel-64. No se detectaron cadenas de desintegración de copernicio-275, lo que dio lugar a un límite de sección eficaz de 1,2 picobarns (pb). Sin embargo, la revisión del rendimiento de la reacción de zinc-70 a 0,5 pb no descarta un rendimiento similar para esta reacción.

En 1990, después de algunos indicios tempranos de la formación de isótopos de copernicio en la irradiación de un blanco de tungsteno con protones multi-GeV, una colaboración entre GSI y la Universidad Hebrea estudió la reacción antes mencionada.

184
74Yo
+88
38Sr
→272−x
112En
+ x
norte

Pudieron detectar cierta actividad de fisión espontánea (SF) y una desintegración alfa de 12,5 MeV , ambas de las cuales asignaron tentativamente al producto de captura radiativa copernicio-272 o al residuo de evaporación 1n copernicio-271. Tanto el TWG como el JWP han concluido que se necesita mucha más investigación para confirmar estas conclusiones. [7]

Fusión caliente

En 1998, el equipo del Laboratorio Flerov de Investigación Nuclear (FLNR) en Dubna, Rusia, inició un programa de investigación utilizando núcleos de calcio-48 en reacciones de fusión "calientes" que conducen a elementos superpesados . En marzo de 1998, afirmaron haber sintetizado dos átomos del elemento en la siguiente reacción.

238
92tú
+48
20California
→286−x
112En
+ x
norte
(x=3,4)

El producto, copernicio-283, tenía una vida media declarada de 5 minutos y se desintegraba por fisión espontánea. [13]

La larga vida media del producto dio inicio a los primeros experimentos químicos sobre la química atómica en fase gaseosa del copernicio. En 2000, Yuri Yukashev repitió el experimento en Dubna, pero no pudo observar ningún evento de fisión espontánea con una vida media de 5 minutos. El experimento se repitió en 2001 y se encontró una acumulación de ocho fragmentos resultantes de la fisión espontánea en la sección de baja temperatura, lo que indica que el copernicio tenía propiedades similares al radón. Sin embargo, ahora existen serias dudas sobre el origen de estos resultados. Para confirmar la síntesis, el mismo equipo repitió con éxito la reacción en enero de 2003, lo que confirmó el modo de desintegración y la vida media. También pudieron calcular una estimación de la masa de la actividad de fisión espontánea de ~285, lo que respalda la tarea. [14]

El equipo del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley, Estados Unidos, entró en el debate y realizó la reacción en 2002. No pudieron detectar ninguna fisión espontánea y calcularon un límite de sección transversal de 1,6 pb para la detección de un solo evento. [15]

El equipo de Dubna repitió la reacción en 2003-2004 utilizando un sistema ligeramente diferente, el separador de retroceso lleno de gas de Dubna (DGFRS). Esta vez, se descubrió que el copernicio-283 se desintegraba mediante la emisión de una partícula alfa de 9,53 MeV con una vida media de 4 segundos. También se observó copernicio-282 en el canal 4n (emitiendo 4 neutrones). [16]

En 2003, el equipo de GSI entró en el debate y realizó una búsqueda de la actividad de SF de cinco minutos en experimentos químicos. Al igual que el equipo de Dubna, pudieron detectar siete fragmentos de SF en la sección de baja temperatura. Sin embargo, estos eventos de SF no estaban correlacionados, lo que sugiere que no eran de SF directo real de núcleos de copernicio y plantearon dudas sobre las indicaciones originales de propiedades similares al radón. [17] Después del anuncio de Dubna de diferentes propiedades de desintegración para copernicio-283, el equipo de GSI repitió el experimento en septiembre de 2004. No pudieron detectar ningún evento de SF y calcularon un límite de sección transversal de ~1,6 pb para la detección de un evento, lo que no contradice el rendimiento de 2,5 pb informado por el equipo de Dubna.

En mayo de 2005, el GSI realizó un experimento físico e identificó un solo átomo de 283 Cn que se desintegraba mediante SF con un tiempo de semidesintegración corto, lo que sugería una ramificación de SF previamente desconocida. [18] Sin embargo, el trabajo inicial del equipo de Dubna había detectado varios eventos directos de SF, pero había asumido que se había pasado por alto la desintegración alfa original. Estos resultados indicaron que este no era el caso.

Los nuevos datos de desintegración del copernicio-283 fueron confirmados en 2006 por un experimento conjunto PSI-FLNR cuyo objetivo era investigar las propiedades químicas del copernicio. Se observaron dos átomos de copernicio-283 en la desintegración de los núcleos progenitores del flerovio -287. El experimento indicó que, contrariamente a los experimentos anteriores, el copernicio se comporta como un miembro típico del grupo 12, lo que demuestra las propiedades de un metal volátil. [19]

Finalmente, el equipo del GSI repitió con éxito su experimento físico en enero de 2007 y detectó tres átomos de copernicio-283, confirmando los modos de desintegración alfa y SF. [20]

Por lo tanto, la actividad de SF de 5 minutos aún no está confirmada ni identificada. Es posible que se refiera a un isómero, concretamente el copernicio-283b, cuyo rendimiento depende de los métodos de producción exactos. También es posible que sea el resultado de una ramificación de captura de electrones en 283 Cn que conduce a 283 Rg, lo que requeriría una reasignación de su progenitor a 287 Nh (la hija de captura de electrones de 287 Fl). [21]

233
92tú
+48
20California
→281−x
112En
+ x
norte

El equipo del FLNR estudió esta reacción en 2004. No pudieron detectar ningún átomo de copernicio y calcularon un límite de sección eficaz de 0,6 pb. El equipo concluyó que esto indicaba que el número de masa de neutrones del núcleo compuesto tiene un efecto sobre la producción de residuos de evaporación. [16]

Productos de descomposición

Lista de isótopos de copernicio observados por desintegración
Residuos de evaporaciónIsótopo de copernicio observado
288 niveles, 284 pisos280 Cn [3]
289 niveles, 285 pisos281 Cn [3] [22]
294 Og, 290 Lv, 286 Fl282 Cn [23]
291 niveles, piso 287283 Cn [24]
292 niveles, 288 pisos284 Cn [25]
293 niveles, 289 pisos285 Cn [26]
294 niveles, 290 pisos ?286 Cn? [6]

Se ha observado que el copernicio es un producto de la desintegración del flerovio . Actualmente, se conocen siete isótopos del flerovio, todos los cuales han demostrado sufrir desintegraciones alfa para convertirse en núcleos de copernicio, con números másicos entre 280 y 286. Hasta la fecha, los isótopos de copernicio con números másicos 280, 281, 284, 285 y 286 solo se han producido mediante la desintegración de núcleos de flerovio. Los núcleos de flerovio progenitores pueden ser en sí mismos productos de la desintegración del livermorio o del oganesón . [27]

Por ejemplo, en mayo de 2006, el equipo de Dubna ( JINR ) identificó el copernicio-282 como un producto final en la desintegración del oganesón a través de la secuencia de desintegración alfa. Se descubrió que el núcleo final sufre fisión espontánea . [23]

294
118Sí
→290
116Nivel
+4
2Él
290
116Nivel
→286
114Florida
+4
2Él
286
114Florida
→282
112En
+4
2Él

En la supuesta síntesis de oganesón-293 en 1999, se identificó que el copernicio-281 se desintegraba mediante la emisión de una partícula alfa de 10,68 MeV con una vida media de 0,90 ms. [28] La afirmación fue retractada en 2001. Este isótopo se creó finalmente en 2010 y sus propiedades de desintegración contradecían los datos anteriores. [22]

Isomería nuclear

Los primeros experimentos sobre la síntesis de 283 Cn produjeron una actividad de SF con una vida media de ~5 min. [27] Esta actividad también se observó a partir de la desintegración alfa de flerovio-287. El modo de desintegración y la vida media también se confirmaron en una repetición del primer experimento. Más tarde, se observó que el copernicio-283 experimentaba una desintegración alfa de 9,52 MeV y SF con una vida media de 3,9 s. También se ha descubierto que la desintegración alfa del copernicio-283 conduce a diferentes estados excitados del darmstadtio-279. [16] Estos resultados sugieren la asignación de las dos actividades a dos niveles isoméricos diferentes en el copernicio-283, creando copernicio-283a y copernicio-283b. Este resultado también puede deberse a una ramificación por captura de electrones del 287 Fl original a 287 Nh, de modo que la actividad de mayor duración se asignaría a 283 Rg. [21]

El copernicio-285 solo se ha observado como un producto de desintegración del flerovio-289 y el livermorio-293; durante la primera síntesis registrada de flerovio, se creó un flerovio-289, que se desintegró en alfa a copernicio-285, que a su vez emitió una partícula alfa en 29 segundos, liberando 9,15 o 9,03 MeV. [16] Sin embargo, en el primer experimento para sintetizar con éxito el livermorio, cuando se creó el livermorio-293, se demostró que el nucleido creado se desintegró en alfa a flerovio-289, cuyos datos de desintegración diferían significativamente de los valores conocidos. Aunque no está confirmado, es muy posible que esto esté asociado con un isómero. El nucleido resultante se desintegró a copernicio-285, que emitió una partícula alfa con una vida media de alrededor de 10 minutos, liberando 8,586 MeV. Al igual que su progenitor, se cree que es un isómero nuclear, el copernicio-285b. [29] Debido a las bajas energías del haz asociadas con el experimento inicial 244 Pu+ 48 Ca, es posible que se haya alcanzado el canal 2n, produciendo 290 Fl en lugar de 289 Fl; este luego sufriría una captura de electrones no detectada a 290 Nh, lo que daría como resultado una reasignación de esta actividad a su hija alfa 286 Rg. [30]

Resumen de las cadenas de desintegración alfa observadas en elementos superpesados ​​con Z = 114, 116, 118 o 120 hasta 2016. Las asignaciones para los nucleidos punteados (incluidas las cadenas tempranas de Dubna 5 y 8 que contienen 287 Nh y 290 Nh como explicaciones alternativas en lugar de isomería en 287m Fl y 289m Fl) son provisionales. [21] Según otro análisis, la cadena 3 (que comienza en el elemento 120) no es una cadena de desintegración real, sino más bien una secuencia aleatoria de eventos. [31]

Rendimientos químicos de los isótopos

Fusión fría

La siguiente tabla muestra las secciones transversales y las energías de excitación de las reacciones de fusión fría que producen isótopos de copernicio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. + representa un canal de salida observado.

ProyectilObjetivoCN1n2n3n
70 Zinc208 PB278 Cn0,5 pb, 10,0, 12,0 MeV+
68Zn​208 PB276 Cn<1,2 pb, 11,3, 12,8 MeV

Fusión caliente

La siguiente tabla muestra las secciones transversales y las energías de excitación de las reacciones de fusión en caliente que producen isótopos de copernicio directamente. Los datos en negrita representan los máximos derivados de las mediciones de la función de excitación. + representa un canal de salida observado.

ProyectilObjetivoCN3n4n5n
48 Ca238 U286 Cn2,5 pb, 35,0 MeV +0,6 PB
48 Ca233 U281 Cn<0,6 pb, 34,9 MeV

Fisión de núcleos compuestos con número atómico 112

Entre 2001 y 2004 se han realizado varios experimentos en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en Dubna para estudiar las características de fisión del núcleo compuesto 286 Cn. La reacción nuclear utilizada es 238 U+ 48 Ca. Los resultados han revelado cómo los núcleos como este se fisionan predominantemente expulsando núcleos de capa cerrada como 132 Sn ( Z  = 50, N  = 82). También se encontró que el rendimiento de la vía de fusión-fisión era similar entre los proyectiles 48 Ca y 58 Fe, lo que indica un posible uso futuro de proyectiles 58 Fe en la formación de elementos superpesados. [32]

Cálculos teóricos

Secciones transversales de residuos de evaporación

La siguiente tabla contiene varias combinaciones de objetivos y proyectiles para los cuales los cálculos han proporcionado estimaciones de rendimientos de sección transversal de varios canales de evaporación de neutrones. Se indica el canal con el mayor rendimiento esperado.

DNS = Sistema dinuclear; σ = sección transversal

ObjetivoProyectilEnCanal (producto)σmáx​ModeloÁrbitro
208 PB70 Zinc278 Cn1n ( 277 Cn)1,5 PBSistema de nombres de dominio[33]
208 PB67Zn​275 Cn1n ( 274 Cn)2 pbSistema de nombres de dominio[33]
238 U48 Ca286 Cn4n ( 282 Cn)0,2 PBSistema de nombres de dominio[34]
235 U48 Ca283 Cn3n ( 280 Cn)50 fbSistema de nombres de dominio[35]
238 U44 Ca282 Cn4–5n ( 278,277 Cn)23 fbSistema de nombres de dominio[35]
244 Pu40 Ar284 Cn4n ( 280 Cn)0,1 pb; 9,84 fbSistema de nombres de dominio[34] [36]
250 centímetros36 S286 Cn4n ( 282 Cn)5 pb; 0,24 pbSistema de nombres de dominio[34] [36]
248 centímetros36 S284 Cn4n ( 280 Cn)35 fbSistema de nombres de dominio[36]
252 Cf30 Sí282 Cn3n ( 279 Cn)10 pbSistema de nombres de dominio[34]

Referencias

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