Isótopos de darmstádio - Isotopes of darmstadtium
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Darmstádio ( 110 Ds) 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 269 Ds em 1994. Existem 9 radioisótopos conhecidos de 267 Ds a 281 Ds (com muitas lacunas) e 2 ou 3 isômeros conhecidos . O isótopo de vida mais longa é 281 Ds com meia-vida de 9,6 segundos.
Lista de isótopos
Nuclídeo |
Z | N |
Massa isotópica ( Da ) |
Meia-vida |
Modo de decaimento |
Isótopo filha |
Giro e paridade |
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---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Energia de excitação | |||||||||||||||||||
267 Ds | 110 | 157 | 267,14377 (15) # | 3 (+ 6−2) µs | α ? | 263 Hs? | 9/2 + # | ||||||||||||
269 Ds | 110 | 159 | 269,14475 (3) | 230 (110) µs [179 (+ 245−66) µs] |
α | 265 Hs | 3/2 + # | ||||||||||||
270 Ds | 110 | 160 | 270,14458 (5) | 160 (100) µs [0,10 (+ 14−4) ms] |
α | 266 Hs | 0+ | ||||||||||||
270m Ds | 1140 (70) keV | 10 (6) ms [6,0 (+ 82−22) ms] |
α | 266 Hs | (10) (- #) | ||||||||||||||
271 Ds | 110 | 161 | 271,14595 (10) # | 210 (170) ms | α | 267 Hs | 11 / 2− # | ||||||||||||
271m Ds | 29 (29) keV | 1,3 (5) ms | α | 267 Hs | 9/2 + # | ||||||||||||||
273 Ds | 110 | 163 | 273,14856 (14) # | 0,17 (+ 17−6) ms | α | 269 Hs | 13 / 2− # | ||||||||||||
277 Ds | 110 | 167 | 277,15591 (41) # | 3,5 ms | α | 273 Hs | 11/2 + # | ||||||||||||
279 Ds | 110 | 169 | 279,16010 (64) # | 0,18 (+ 5−3) s | SF (90%) | (vários) | |||||||||||||
α (10%) | 275 Hs | ||||||||||||||||||
280 Ds | 110 | 170 | 280,16131 (89) # | 360 (+ 172-16) µs | SF | (vários) | 0+ | ||||||||||||
281 Ds | 110 | 171 | 281,16451 (59) # | 9,6 s | SF (94%) | (vários) | 3/2 + # | ||||||||||||
α (6%) | 277 Hs | ||||||||||||||||||
Este cabeçalho e rodapé da tabela: |
- ^ m Ds - isômero nuclear Excited.
- ^ () - 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:
SF: Fissão espontânea - ^ () valor de rotação - Indica rotação com argumentos de atribuição fracos.
- ^ # - Os valores marcados com # não são derivados puramente de dados experimentais, mas pelo menos parcialmente de tendências de nuclídeos vizinhos (TNN).
- ^ Isótopo não confirmado
- ^ Não sintetizado diretamente, ocorre na cadeia de decaimento de 285 Fl
- ^ Não sintetizado diretamente, ocorre como produto de decaimento de 283 Cn
- ^ Não sintetizado diretamente, ocorre na cadeia de decaimento de 288 Fl e possivelmente 288 Mc
- ^ Não sintetizado diretamente, ocorre na cadeia de decaimento de 289 Fl
Isótopos e propriedades nucleares
Nucleosíntese
Elementos superpesados, como o darmstádio, são produzidos bombardeando elementos mais leves em aceleradores de partículas que induzem reações de fusão . Enquanto a maioria dos isótopos de darmstádio podem ser sintetizados diretamente dessa maneira, 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 ( 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 = 110.
Alvo | Projétil | CN | Resultado da tentativa |
---|---|---|---|
208 Pb | 62 Ni | 270 Ds | Reação bem sucedida |
207 Pb | 64 Ni | 271 Ds | Reação bem sucedida |
208 Pb | 64 Ni | 272 Ds | Reação bem sucedida |
209 Bi | 59 Co | 268 Ds | Reação bem sucedida |
226 Ra | 50 Ti | 276 Ds | Reação planejada |
232 th | 48 Ca | 280 Ds | Falta de namoro |
235 U | 40 Ar | 275 Ds | Falta de namoro |
238 U | 40 Ar | 278 Ds | Reação ainda a ser tentada |
244 Pu | 34 S | 278 Ds | Reação bem sucedida |
244 Pu | 36 S | 280 Ds | Reação ainda a ser tentada |
248 cm | 30 Si | 278 Ds | Reação ainda a ser tentada |
250 cm | 30 Si | 280 Ds | Reação ainda a ser tentada |
Fusão a frio
Antes da primeira síntese bem-sucedida de darmstádio em 1994 pela equipe GSI , os cientistas da GSI também tentaram sintetizar darmstádio bombardeando chumbo-208 com níquel-64 em 1985. Nenhum átomo de darmstádio foi identificado. Após uma atualização de suas instalações, a equipe da GSI detectou com sucesso 9 átomos de 271 Ds em duas execuções de seu experimento de descoberta em 1994. Esta reação foi repetida com sucesso em 2000 pelo GSI (4 átomos), em 2000 e 2004 pelo Lawrence Berkeley Laboratório Nacional (LBNL) (9 átomos no total) e em 2002 por RIKEN (14 átomos). A equipe GSI estudou a reação análoga com o níquel-62 em vez do níquel-64 em 1994 como parte de seu experimento de descoberta. Três átomos de 269 Ds foram detectados. Uma quarta cadeia de decaimento foi medida, mas foi posteriormente retraída.
Além das reações de descoberta oficial, em outubro-novembro de 2000, a equipe do GSI também estudou a reação análoga usando um alvo de chumbo-207 para sintetizar o novo isótopo 270 Ds. Eles conseguiram sintetizar 8 átomos de 270 Ds, relacionados a um isômero de estado fundamental, 270 Ds, e um estado metaestável de alta rotação , 270m Ds.
Em 1986, uma equipe do Joint Institute for Nuclear Research (JINR) em Dubna , Rússia , estudou a reação:
-
209
83Bi + 59
27Co → 267
110Ds + 1
0n
Eles foram incapazes de detectar quaisquer átomos de darmstádio. Em 1995, a equipe do LBNL relatou que conseguiu detectar um único átomo de 267 Ds usando essa reação. No entanto, vários decaimentos não foram medidos e mais pesquisas são necessárias para confirmar esta descoberta.
Fusão quente
Em 1986, a equipe GSI tentou sintetizar o elemento 110 bombardeando um alvo de urânio-235 com íons de argônio -40 acelerados . Nenhum átomo foi detectado.
Em setembro de 1994, a equipe de Dubna detectou um único átomo de 273 Ds bombardeando um alvo de plutônio-244 com íons de enxofre acelerado -34.
Experimentos foram realizados em 2004 no Laboratório Flerov de Reações Nucleares em Dubna estudando as características de fissão do núcleo composto 280 Ds, produzido através da reação nuclear:
-
232
90Th + 48
20Ca → 280
110Ds * → fissão
O resultado revelou como núcleos compostos como esta fissão predominantemente expelindo magia e núcleos duplamente mágicos como 132 Sn ( Z = 50, N = 82). Nenhum átomo de darmstádio foi obtido. Um núcleo composto é uma combinação solta de núcleos que ainda não se organizaram em camadas nucleares . Não tem estrutura interna e é mantido unido apenas pelas forças de colisão entre o alvo e o núcleo do projétil. Estima-se que sejam necessários cerca de 10 a 14 s para que os nucleons se organizem em camadas nucleares, ponto em que o núcleo composto se torna um nuclídeo , e esse número é usado pela IUPAC como a meia-vida mínima que um isótopo alegado deve ter para potencialmente ser reconhecido como sendo descoberto.
Como produto de decomposição
Resíduo de evaporação | Isótopo darmstádio observado |
---|---|
277 Cn | 273 Ds |
285 Fl, 281 Cn | 277 Ds |
291 Lv, 287 Fl, 283 Cn | 279 Ds |
288 Mc, 284 Nh, 280 Rg; 292 Lv, 288 Fl, 284 Cn | 280 Ds? |
293 Lv, 289 Fl, 285 Cn | 281 Ds |
O darmstádio foi observado como um produto da decomposição do copernício . Copernicium atualmente tem sete isótopos conhecidos, quatro dos quais mostraram sofrer decaimentos alfa para se tornarem núcleos de darmstádio, com números de massa entre 273 e 281. Isótopos de Darmstádio com números de massa 277, 279 e 281 até agora só foram produzidos por decaimento de núcleos de copernicium . Os núcleos parentais do copernicium podem ser eles próprios produtos da decomposição do flerovium ou do livermorium . O darmstádio também pode ter sido produzido no decaimento da captura de elétrons dos núcleos do roentgênio, que são filhas do niônio , moscóvia ou tennessina . Até o momento, nenhum outro elemento foi conhecido por decair para darmstádio. Por exemplo, em 2004, a equipe de Dubna ( JINR ) identificou o darmstádio-281 como um produto na decadência de livermorium por meio de uma sequência de decaimento alfa:
-
293
116Lv
→ 289
114Fl
+ 4
2Ele
-
289
114Fl
→ 285
112Cn
+ 4
2Ele
-
285
112Cn
→ 281
110Ds
+ 4
2Ele
Isótopos retraídos
- 280 Ds
A primeira síntese do elemento 114 resultou em dois átomos atribuídos a 288 Fl, decaindo para 280 Ds, que sofreram fissão espontânea . A atribuição foi posteriormente alterada para 289 Fl e o isótopo darmstádio para 281 Ds. Portanto, 280 Ds permaneceu desconhecido até 2016, quando foi povoado pelo até então desconhecido decaimento alfa de 284 Cn (anteriormente, esse núcleo só era conhecido por sofrer fissão espontânea). A descoberta de 280 Ds nesta cadeia de decaimento foi confirmada em 2021; sofre fissão espontânea com meia-vida de 360 µs.
- 277 Ds
Na síntese reivindicada de 293 Og em 1999, o isótopo 277 Ds foi identificado como decadente por emissão alfa de 10,18 MeV com meia-vida de 3,0 ms. Esta afirmação foi retirada em 2001. Este isótopo foi finalmente criado em 2010 e seus dados de decaimento apoiaram a fabricação de dados anteriores.
- 273m Ds
Na síntese de 277 Cn em 1996 por GSI (ver copernicium ), uma cadeia de decaimento procedeu via 273 Ds, que decaiu pela emissão de uma partícula alfa de 9,73 MeV com um tempo de vida de 170 ms. Isso teria sido atribuído a um nível isomérico. Estes dados não puderam ser confirmados e, portanto, este isótopo é atualmente desconhecido ou não confirmado.
- 272 Ds
Na primeira tentativa de sintetizar darmstádio, uma atividade SF de 10 ms foi atribuída a 272 Ds na reação 232 Th ( 44 Ca, 4n). Dado o entendimento atual sobre estabilidade, este isótopo foi retirado da tabela de isótopos.
Isomeria nuclear
- 281 Ds
A produção de 281 Ds pelo decaimento de 289 Fl ou 293 Lv produziu dois modos de decaimento muito diferentes. O modo mais comum e prontamente confirmado é a fissão espontânea com meia-vida de 11 s. Um modo muito mais raro e ainda não confirmado é o decaimento alfa pela emissão de uma partícula alfa com energia de 8,77 MeV, com meia-vida observada de cerca de 3,7 min. Este decaimento está associado a uma via de decaimento única dos nuclídeos pais e deve ser atribuído a um nível isomérico. A meia-vida sugere que ela deve ser atribuída a um estado isomérico, mas mais pesquisas são necessárias para confirmar esses relatos. Foi sugerido em 2016 que esta atividade desconhecida pode ser devido a 282 Mt, a bisneta de 290 Fl via captura de elétrons e dois decaimentos alfa consecutivos.
- 271 Ds
Os dados de decaimento da síntese direta de 271 Ds indicam claramente a presença de dois isômeros nucleares. O primeiro emite partículas alfa com energias de 10,74 e 10,69 MeV e meia-vida de 1,63 ms. O outro apenas emite partículas alfa com energia de 10,71 MeV e meia-vida de 69 ms. O primeiro foi atribuído ao estado fundamental e o último a um nível isomérico. Foi sugerido que a proximidade das energias de decaimento alfa indica que o nível isomérico pode decair principalmente por uma transição isomérica atrasada para o estado fundamental, resultando em uma energia alfa medida idêntica e uma meia-vida combinada para os dois processos.
- 270 Ds
A produção direta de 270 Ds identificou claramente dois isômeros nucleares. O estado fundamental decai por emissão alfa para o estado fundamental de 266 Hs, emitindo uma partícula alfa com energia de 11,03 MeV e meia-vida de 0,10 ms. O estado metaestável decai por emissão alfa, emitindo partículas alfa com energias de 12,15, 11,15 e 10,95 MeV, e tem meia-vida de 6 ms. Quando o estado metaestável emite uma partícula alfa de energia de 12,15 MeV, ele decai para o estado fundamental de 266 Hs, indicando que tem 1,12 MeV de excesso de energia.
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 darmstádio 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 |
---|---|---|---|---|---|
62 Ni | 208 Pb | 270 Ds | 3,5 pb | ||
64 Ni | 208 Pb | 272 Ds | 15 pb, 9,9 MeV |
Fissão de núcleos compostos com Z = 110
Experimentos foram realizados em 2004 no Laboratório Flerov de Reações Nucleares em Dubna estudando as características de fissão do núcleo composto 280 Ds. A reação nuclear utilizada é 232 Th + 48 Ca. O resultado revelou como núcleos como este fissão predominantemente pela expulsão de núcleos de concha fechada, como 132 Sn ( Z = 50, N = 82).
Cálculos teóricos
Características de decadência
O cálculo teórico em um modelo de tunelamento quântico reproduz a metade dos dados vivos do decaimento alfa experimental. Também prevê que o isótopo 294 Ds teria meia-vida de decaimento alfa da ordem de 311 anos.
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 | 64 Ni | 272 Ds | 1n ( 271 Ds) | 10 pb | DNS | |
232 th | 48 Ca | 280 Ds | 4n ( 276 Ds) | 0,2 pb | DNS | |
230 th | 48 Ca | 278 Ds | 4n ( 274 Ds) | 1 pb | DNS | |
238 U | 40 Ar | 278 Ds | 4n ( 274 Ds) | 2 pb | DNS | |
244 Pu | 36 S | 280 Ds | 4n ( 276 Ds) | 0,61 pb | DNS | |
248 cm | 30 Si | 278 Ds | 4n ( 274 Ds) | 65,32 pb | DNS | |
250 cm | 30 Si | 280 Ds | 4n ( 276 Ds) | 3,54 pb | DNS |
Referências
- Massas de isótopos de:
- M. Wang; G. Audi; AH Wapstra; FG Kondev; M. MacCormick; X. Xu; et al. (2012). "Avaliação da massa atômica AME2012 (II). Tabelas, gráficos e referências" (PDF) . Chinese Física C . 36 (12): 1603–2014. Bibcode : 2012ChPhC..36 .... 3M . doi : 10.1088 / 1674-1137 / 36/12/003 .
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The N UBASE Evaluation of nuclear and decay properties" , Nuclear Physics A , 729 : 3-128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
- Composições isotópicas e massas atômicas padrão de:
- de Laeter, John Robert ; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin JR; Taylor, Philip DP (2003). "Pesos atômicos dos elementos. Revisão 2000 (Relatório Técnico IUPAC)" . Química pura e aplicada . 75 (6): 683–800. doi : 10.1351 / pac200375060683 .
- Wieser, Michael E. (2006). "Pesos atômicos dos elementos 2005 (Relatório Técnico IUPAC)" . Química pura e aplicada . 78 (11): 2051–2066. doi : 10.1351 / pac200678112051 . Resumo da postura .
- Dados de meia-vida, spin e isômero selecionados das seguintes fontes.
- Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The N UBASE Evaluation of nuclear and decay properties" , Nuclear Physics A , 729 : 3-128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
- Centro Nacional de Dados Nucleares . "Banco de dados NuDat 2.x" . Laboratório Nacional de Brookhaven .
- Holden, Norman E. (2004). "11. Tabela dos Isótopos". Em Lide, David R. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85ª ed.). Boca Raton, Flórida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.