Isótopos de darmstádio - Isotopes of darmstadtium

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

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.

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

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

O esquema de nível de decaimento parcial atual para ²⁷⁰ Ds proposto seguindo o trabalho de Hofmann et al. em 2000 na GSI

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.

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

Referências

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