Isótopos de copernício - Isotopes of copernicium
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Copernicium ( 112 Cn) é um elemento sintético e, portanto, um peso atômico padrão não pode ser fornecido. Como todos os elementos sintéticos, não possui isótopos estáveis . O primeiro isótopo a ser sintetizado foi 277 Cn em 1996. Existem 6 radioisótopos conhecidos (com mais um não confirmado); o isótopo de vida mais longa é 285 Cn com meia-vida de 29 segundos.
Lista de isótopos
Nuclídeo |
Z | N |
Massa isotópica ( Da ) |
Meia-vida |
Modo de decaimento |
Isótopo filha |
Giro e paridade |
||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
277 Cn | 112 | 165 | 277,16364 (15) # | 1,1 (7) ms [0,69 (+ 69-24) ms] |
α | 273 Ds | 3/2 + # | ||||||||||||
281 Cn | 112 | 169 | 281,16975 (42) # | 180 ms | α | 277 Ds | 3/2 + # | ||||||||||||
282 Cn | 112 | 170 | 282,1705 (7) # | 0,8 ms | SF | (vários) | 0+ | ||||||||||||
283 Cn | 112 | 171 | 283,17327 (65) # | 4 s | α (90%) | 279 Ds | |||||||||||||
SF (10%) | (vários) | ||||||||||||||||||
CE ? | 283 Rg | ||||||||||||||||||
284 Cn | 112 | 172 | 284,17416 (91) # | 97 ms | SF (98%) | (vários) | 0+ | ||||||||||||
α (2%) | 280 Ds | ||||||||||||||||||
285 Cn | 112 | 173 | 285,17712 (60) # | 29 s | α | 281 Ds | 5/2 + # | ||||||||||||
286 Cn | 112 | 174 | 8,45 s | SF | (vários) | 0+ | |||||||||||||
Este cabeçalho e rodapé da tabela: |
- ^ () - A incerteza (1 σ ) é dada de forma concisa entre parênteses após os últimos dígitos correspondentes.
- ^ # - Massa atômica marcada com #: valor e incerteza derivados não de dados puramente experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências da superfície de massa (TMS).
-
^
Modos de decadência:
CE: Captura de elétrons SF: Fissão espontânea - ^ # - Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências de nuclídeos vizinhos (TNN).
- ^ Não sintetizado diretamente, criado como produto de decaimento de 285 Fl
- ^ Não sintetizado diretamente, criado como produto de decaimento de 288 Fl
- ^ Não sintetizado diretamente, criado como produto de decaimento de 289 Fl
- ^ Não sintetizado diretamente, criado como produto de decaimento de 294 Lv
- ^ Este isótopo não está confirmado
Isótopos e propriedades nucleares
Nucleosíntese
Elementos superpesados , como o copernício, são produzidos bombardeando elementos mais leves em aceleradores de partículas que induzem reações de fusão . Enquanto a maioria dos isótopos de copernicium podem ser sintetizados diretamente dessa forma, alguns mais pesados só foram observados como produtos de decomposição de elementos com números atômicos mais altos .
Dependendo das energias envolvidas, as primeiras são separadas em "quentes" e "frias". Em reações de fusão a quente, projéteis muito leves e de alta energia são acelerados em direção a alvos muito pesados, como actinídeos , dando origem a núcleos compostos em alta energia de excitação (~ 40-50 MeV ) que podem fissão ou evaporar vários (3 a 5) nêutrons. Nas reações de fusão a frio, os núcleos fundidos produzidos têm uma energia de excitação relativamente baixa (~ 10-20 MeV), o que diminui a probabilidade de que esses produtos sofram reações de fissão. À medida que os núcleos fundidos resfriam ao estado fundamental , eles exigem a emissão de apenas um ou dois nêutrons e, portanto, permitem a geração de produtos mais ricos em nêutrons. O último é um conceito distinto daquele em que a fusão nuclear afirma ser alcançada em condições de temperatura ambiente (ver fusão a frio ).
A tabela abaixo contém várias combinações de alvos e projéteis que podem ser usados para formar núcleos compostos com Z = 112.
Alvo | Projétil | CN | Resultado da tentativa |
---|---|---|---|
184 W | 88 Sr | 272 Cn | Falta de namoro |
208 Pb | 68 Zn | 276 Cn | Falta de namoro |
208 Pb | 70 Zn | 278 Cn | Reação bem sucedida |
233 U | 48 Ca | 281 Cn | Falta de namoro |
234 U | 48 Ca | 282 Cn | Reação ainda a ser tentada |
235 U | 48 Ca | 283 Cn | Reação ainda a ser tentada |
236 U | 48 Ca | 284 Cn | Reação ainda a ser tentada |
238 U | 48 Ca | 286 Cn | Reação bem sucedida |
244 Pu | 40 Ar | 284 Cn | Reação ainda a ser tentada |
250 cm | 36 S | 286 Cn | Reação ainda a ser tentada |
248 cm | 36 S | 284 Cn | Reação ainda a ser tentada |
252 Cf | 30 Si | 282 Cn | Reação ainda a ser tentada |
Fusão a frio
A primeira reação de fusão a frio para produzir copernicium foi realizada por GSI em 1996, que relatou a detecção de duas cadeias de decaimento de copernicium-277.
Em uma revisão dos dados em 2000, a primeira cadeia de decaimento foi retraída. Repetindo a reação em 2000, eles foram capazes de sintetizar mais um átomo. Eles tentaram medir a função de excitação 1n em 2002, mas sofreram uma falha no feixe de zinco-70. A descoberta não oficial de copernicium-277 foi confirmada em 2004 no RIKEN , onde os pesquisadores detectaram mais dois átomos do isótopo e foram capazes de confirmar os dados de decaimento de toda a cadeia. Essa reação também havia sido tentada em 1971 no Joint Institute for Nuclear Research em Dubna , Rússia , em um esforço para produzir 276 Cn no canal 2n, mas sem sucesso.
Após a síntese bem-sucedida de copernicium-277, a equipe GSI realizou uma reação usando um projétil de 68 Zn em 1997 em um esforço para estudar o efeito da isospin (riqueza de nêutrons) no rendimento químico.
O experimento foi iniciado após a descoberta de um aumento de rendimento durante a síntese de isótopos de darmstádio usando íons níquel-62 e níquel-64. Nenhuma cadeia de decaimento de copernicium-275 foi detectada levando a um limite de seção transversal de 1,2 picobarns (pb). No entanto, a revisão do rendimento da reação de zinco-70 para 0,5 pb não descarta um rendimento semelhante para esta reação.
Em 1990, após algumas indicações iniciais para a formação de isótopos de copernicium na irradiação de um alvo de tungstênio com prótons multi-GeV, uma colaboração entre a GSI e a Universidade Hebraica estudou a reação anterior.
Eles foram capazes de detectar alguma atividade de fissão espontânea (SF) e um decaimento alfa de 12,5 MeV , ambos atribuídos provisoriamente ao produto de captura radiativa copernicium-272 ou ao resíduo de evaporação 1n copernicium-271. Tanto o TWG quanto o JWP concluíram que muito mais pesquisas são necessárias para confirmar essas conclusões.
Fusão quente
Em 1998, a equipe do Laboratório Flerov de Pesquisa Nuclear (FLNR) em Dubna, Rússia, começou um programa de pesquisa usando núcleos de cálcio-48 em reações de fusão "quentes" que levam a elementos superpesados . Em março de 1998, eles alegaram ter sintetizado dois átomos do elemento na seguinte reação.
-
238
92você
+ 48
20Ca
→ 286 − x
112Cn
+ x
n
(x = 3,4)
O produto, copernicium-283, teve uma meia-vida reivindicada de 5 minutos, decaindo por fissão espontânea.
A longa meia-vida do produto deu início aos primeiros experimentos químicos na química atômica da fase gasosa do copernício. Em 2000, Yuri Yukashev em Dubna repetiu o experimento, mas não foi capaz de observar nenhum evento de fissão espontânea com meia-vida de 5 minutos. O experimento foi repetido em 2001 e um acúmulo de oito fragmentos resultantes da fissão espontânea foram encontrados na seção de baixa temperatura, indicando que o copernicium tinha propriedades semelhantes ao radônio. No entanto, agora existem sérias dúvidas sobre a origem desses resultados. Para confirmar a síntese, a reação foi repetida com sucesso pela mesma equipe em janeiro de 2003, confirmando o modo de decaimento e meia-vida. Eles também foram capazes de calcular uma estimativa da massa da atividade de fissão espontânea para ~ 285, dando suporte à tarefa.
A equipe do Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) em Berkeley, Estados Unidos, entrou no debate e realizou a reação em 2002. Eles foram incapazes de detectar qualquer fissão espontânea e calcularam um limite de seção transversal de 1,6 pb para a detecção de um único evento.
A reação foi repetida em 2003-2004 pela equipe de Dubna usando uma configuração ligeiramente diferente, o Dubna Gas-Filled Recoil Separator (DGFRS). Desta vez, o copernício-283 decaiu pela emissão de uma partícula alfa de 9,53 MeV com meia-vida de 4 segundos. Copernicium-282 também foi observado no canal 4n (emitindo 4 nêutrons).
Em 2003, a equipe do GSI entrou no debate e realizou uma pesquisa para a atividade SF de cinco minutos em experimentos químicos. Como a equipe Dubna, eles foram capazes de detectar sete fragmentos de SF na seção de baixa temperatura. No entanto, esses eventos de SF não foram correlacionados, sugerindo que não eram de SF direto real de núcleos de copernicium e levantaram dúvidas sobre as indicações originais para propriedades semelhantes ao radônio. Após o anúncio de Dubna de diferentes propriedades de decaimento para copernicium-283, a equipe GSI repetiu o experimento em setembro de 2004. Eles foram incapazes de detectar quaisquer eventos de SF e calcularam um limite de seção transversal de ~ 1,6 pb para a detecção de um evento, não em contradição com o rendimento de 2,5 pb relatado pela equipe de Dubna.
Em maio de 2005, o GSI realizou um experimento físico e identificou um único átomo de 283 Cn decaindo por SF com um curto intervalo de tempo, sugerindo um ramo de SF previamente desconhecido. No entanto, o trabalho inicial da equipe de Dubna detectou vários eventos diretos de FC, mas presumiu que a decadência do alfa-pai não foi detectada. Esses resultados indicaram que não era esse o caso.
Os novos dados de decaimento do copernício-283 foram confirmados em 2006 por um experimento conjunto PSI-FLNR com o objetivo de investigar as propriedades químicas do copernício. Dois átomos de copernicium-283 foram observados no decaimento do flerovium -287 núcleos de origem. O experimento indicou que, ao contrário de experimentos anteriores, o copernicium se comporta como um membro típico do grupo 12, demonstrando propriedades de um metal volátil.
Finalmente, a equipe do GSI repetiu com sucesso seu experimento físico em janeiro de 2007 e detectou três átomos de copernicium-283, confirmando os modos de decaimento alfa e SF.
Como tal, a atividade de SF de 5 minutos ainda não foi confirmada e não foi identificada. É possível que se refira a um isômero, ou seja, copernicium-283b, cujo rendimento depende dos métodos de produção exatos. Também é possível que seja o resultado de um ramo de captura de elétrons em 283 Cn levando a 283 Rg, o que exigiria uma reatribuição de seu pai para 287 Nh (a filha de captura de elétrons de 287 Fl).
-
233
92você
+ 48
20Ca
→ 281 − x
112Cn
+ x
n
A equipe do FLNR estudou essa reação em 2004. Eles foram incapazes de detectar quaisquer átomos de copernicium e calcularam um limite de seção transversal de 0,6 pb. A equipe concluiu que isso indicava que o número de massa de nêutrons para o núcleo do composto tem um efeito sobre o rendimento dos resíduos de evaporação.
Produtos decadentes
Resíduo de evaporação | Isótopo de copernício observado |
---|---|
285 Fl | 281 Cn |
294 Og, 290 Lv, 286 Fl | 282 Cn |
291 Lv, 287 Fl | 283 Cn |
292 Lv, 288 Fl | 284 Cn |
293 Lv, 289 Fl | 285 Cn |
294 Lv, 290 Fl? | 286 Cn? |
Copernicium foi observado como produto da decomposição do flerovium . Flerovium atualmente tem sete isótopos conhecidos, todos menos um (o mais leve, 284 Fl) dos quais foram mostrados para sofrer decaimentos alfa para se tornarem núcleos de copernicium, com números de massa entre 281 e 286. Isótopos de Copernicium com números de massa 281, 284, 285, e 286 até agora só foram produzidos por decaimento dos núcleos de flerovium. Os núcleos de flerovium pais podem ser eles próprios produtos da decomposição de livermorium ou oganesson . Até o momento, nenhum outro elemento foi conhecido por decair para copernicium.
Por exemplo, em maio de 2006, a equipe de Dubna ( JINR ) identificou o copernicium-282 como um produto final na decadência do oganesson por meio da sequência de decaimento alfa. Verificou-se que o núcleo final sofre fissão espontânea .
-
294
118Og
→ 290
116Lv
+ 4
2Ele
-
290
116Lv
→ 286
114Fl
+ 4
2Ele
-
286
114Fl
→ 282
112Cn
+ 4
2Ele
Na síntese reivindicada de oganesson-293 em 1999, copernicium-281 foi identificado como decadente pela emissão de uma partícula alfa de 10,68 MeV com meia-vida de 0,90 ms. A alegação foi retirada em 2001. Este isótopo foi finalmente criado em 2010 e suas propriedades de decaimento contradiziam os dados anteriores.
Isomeria nuclear
Os primeiros experimentos na síntese de 283 Cn produziram uma atividade SF com meia-vida de ~ 5 min. Esta atividade também foi observada a partir do decaimento alfa do flerovium-287. O modo de decaimento e meia-vida também foram confirmados na repetição do primeiro experimento. Posteriormente, observou-se que copernicium-283 sofreu decaimento alfa de 9,52 MeV e SF com meia-vida de 3,9 s. Também foi descoberto que a decadência alfa de copernicium-283 leva a diferentes estados de excitação de darmstádio-279. Esses resultados sugerem a atribuição das duas atividades a dois níveis isoméricos diferentes em copernicium-283, criando copernicium-283a e copernicium-283b. Este resultado também pode ser devido a uma ramificação de captura de elétrons do pai 287 Fl para 287 Nh, de modo que a atividade de vida mais longa seria atribuída a 283 Rg.
Copernicium-285 só foi observado como um produto de decomposição de flerovium-289 e livermorium-293; durante a primeira síntese registrada de flerovium, foi criado um flerovium-289, cujo alfa decaiu em copernicium-285, que emitiu uma partícula alfa em 29 segundos, liberando 9,15 ou 9,03 MeV. No entanto, no primeiro experimento para sintetizar com sucesso o livermorium, quando o livermorium-293 foi criado, foi mostrado que o nuclídeo alfa criado decaiu para flerovium-289, cujos dados de decaimento diferiram significativamente dos valores conhecidos. Embora não confirmado, é altamente possível que esteja associado a um isômero. O nuclídeo resultante decaiu para copernicium-285, que emitiu uma partícula alfa com meia-vida de cerca de 10 minutos, liberando 8,586 MeV. Semelhante ao seu pai, acredita-se que seja um isômero nuclear, copernicium-285b. Devido às energias de feixe baixo associadas ao experimento inicial de 244 Pu + 48 Ca, é possível que o canal 2n tenha sido alcançado, produzindo 290 Fl em vez de 289 Fl; este então sofreria captura de elétrons não detectada para 290 Nh, resultando assim em uma reatribuição desta atividade para sua filha alfa 286 Rg.
Rendimentos químicos de isótopos
Fusão a frio
A tabela abaixo fornece seções transversais e energias de excitação para reações de fusão a frio produzindo isótopos de copernício diretamente. Os dados em negrito representam os máximos derivados das medições da função de excitação. + representa um canal de saída observado.
Projétil | Alvo | CN | 1n | 2n | 3n |
---|---|---|---|---|---|
70 Zn | 208 Pb | 278 Cn | 0,5 pb, 10,0, 12,0 MeV + | ||
68 Zn | 208 Pb | 276 Cn | <1,2 pb, 11,3, 12,8 MeV |
Fusão quente
A tabela abaixo fornece seções transversais e energias de excitação para reações de fusão a quente que produzem isótopos de copernício diretamente. Os dados em negrito representam os máximos derivados das medições da função de excitação. + representa um canal de saída observado.
Projétil | Alvo | CN | 3n | 4n | 5n |
---|---|---|---|---|---|
48 Ca | 238 U | 286 Cn | 2,5 pb, 35,0 MeV + | 0,6 pb | |
48 Ca | 233 U | 281 Cn | <0,6 pb, 34,9 MeV |
Fissão de núcleos compostos com Z = 112
Vários experimentos foram realizados entre 2001 e 2004 no Laboratório Flerov de Reações Nucleares em Dubna estudando as características de fissão do núcleo composto 286 Cn. A reação nuclear usada é 238 U + 48 Ca. Os resultados revelaram como núcleos como este fissão predominantemente pela expulsão de núcleos de concha fechada, como 132 Sn (Z = 50, N = 82). Verificou-se também que o rendimento da via de fusão-fissão foi semelhante entre projéteis de 48 Ca e 58 Fe, indicando um possível uso futuro de projéteis de 58 Fe na formação de elementos superpesados.
Cálculos teóricos
Seções transversais de resíduo de evaporação
A tabela abaixo contém várias combinações de alvo-projétil para os quais os cálculos forneceram estimativas para rendimentos de seção transversal de vários canais de evaporação de nêutrons. O canal com o maior rendimento esperado é fornecido.
DNS = sistema Di-nuclear; σ = seção transversal
Alvo | Projétil | Cn | Canal (produto) | σ max | Modelo | Ref |
---|---|---|---|---|---|---|
208 Pb | 70 Zn | 278 Cn | 1n ( 277 Cn) | 1,5 pb | DNS | |
208 Pb | 67 Zn | 275 Cn | 1n ( 274 Cn) | 2 pb | DNS | |
238 U | 48 Ca | 286 Cn | 4n ( 282 Cn) | 0,2 pb | DNS | |
235 U | 48 Ca | 283 Cn | 3n ( 280 Cn) | 50 fb | DNS | |
238 U | 44 Ca | 282 Cn | 4-5n ( 278.277 Cn) | 23 fb | DNS | |
244 Pu | 40 Ar | 284 Cn | 4n ( 280 Cn) | 0,1 pb; 9,84 fb | DNS | |
250 cm | 36 S | 286 Cn | 4n ( 282 Cn) | 5 pb; 0,24 pb | DNS | |
248 cm | 36 S | 284 Cn | 4n ( 280 Cn) | 35 fb | DNS | |
252 Cf | 30 Si | 282 Cn | 3n ( 279 Cn) | 10 pb | DNS |
Referências
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