Isótopos de flerovium - Isotopes of flerovium
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Flerovium ( 114 Fl) 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 289 Fl em 1999 (ou possivelmente 1998). Flerovium tem sete isótopos conhecidos e possivelmente 2 isômeros nucleares . O isótopo de vida mais longa é 289 Fl com meia-vida de 1,9 segundos, mas o 290 Fl não confirmado pode ter meia-vida mais longa de 19 segundos.
Lista de isótopos
Nuclídeo |
Z | N |
Massa isotópica ( Da ) |
Meia-vida |
Modo de decaimento |
Isótopo filha |
Giro e paridade |
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---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
284 Fl | 114 | 170 | 2,5 ms | SF | (vários) | 0+ | |||||||||||||
285 Fl | 114 | 171 | 285,18364 (47) # | 100 ms | α | 281 Cn | 3/2 + # | ||||||||||||
286 Fl | 114 | 172 | 286,18424 (71) # | 130 ms | SF (60%) | (vários) | 0+ | ||||||||||||
α (40%) | 282 Cn | ||||||||||||||||||
287 Fl | 114 | 173 | 287,18678 (66) # | 510 (+ 180-100) ms | α | 283 Cn | |||||||||||||
CE? | 287 Nh | ||||||||||||||||||
288 Fl | 114 | 174 | 288,18757 (91) # | 0,8 (+ 27-16) s | α | 284 Cn | 0+ | ||||||||||||
289 Fl | 114 | 175 | 289,19042 (60) # | 2,6 (+ 12−7) s | α | 285 Cn | 5/2 + # | ||||||||||||
290 Fl | 114 | 176 | 19 s? | CE | 290 Nh | 0+ | |||||||||||||
α | 286 Cn | ||||||||||||||||||
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, produzido na cadeia de decaimento de 294 Og
- ^ Este isótopo não está confirmado
- É teorizado que 298 Fl terá uma meia-vida relativamente longa, já que N = 184 deve corresponder a uma camada de nêutrons fechada.
Isótopos e propriedades nucleares
Nucleossíntese
Combinações alvo-projétil levando a Z = 114 núcleos compostos
A tabela abaixo contém várias combinações de alvos e projéteis que podem ser usados para formar núcleos compostos com um número atômico de 114.
Alvo | Projétil | CN | Resultado da tentativa |
---|---|---|---|
208 Pb | 76 ge | 284 Fl | Falta de namoro |
238 U | 50 Ti | 288 Fl | Reação planejada |
238 U | 48 Ti | 286 Fl | Reação ainda a ser tentada |
244 Pu | 48 Ca | 292 Fl | Reação bem sucedida |
242 Pu | 48 Ca | 290 Fl | Reação bem sucedida |
240 Pu | 48 Ca | 288 Fl | Reação bem sucedida |
239 Pu | 48 Ca | 287 Fl | Reação bem sucedida |
250 cm | 40 Ar | 290 Fl | Reação ainda a ser tentada |
248 cm | 40 Ar | 288 Fl | Falta de namoro |
Fusão a frio
Esta seção trata da síntese de núcleos de flerovium pelas chamadas reações de fusão "a frio". Esses são processos que criam núcleos compostos com baixa energia de excitação (~ 10–20 MeV, portanto, "frio"), levando a uma maior probabilidade de sobrevivência da fissão. O núcleo excitado então decai ao estado fundamental por meio da emissão de um ou dois nêutrons apenas.
208 Pb ( 76 Ge, x n) 284− x Fl
A primeira tentativa de sintetizar flerovium em reações de fusão a frio foi realizada no Grand accélérateur national d'ions lourds (GANIL), França, em 2003. Nenhum átomo foi detectado, fornecendo um limite de rendimento de 1,2 pb. A equipe da RIKEN indicou planos para estudar esta reação.
Fusão quente
Esta seção trata da síntese de núcleos de flerovium pelas chamadas reações de fusão "quentes". Esses são processos que criam núcleos compostos em alta energia de excitação (~ 40–50 MeV, portanto "quente"), levando a uma probabilidade reduzida de sobrevivência da fissão. O núcleo excitado então decai ao estado fundamental por meio da emissão de 3-5 nêutrons. As reações de fusão que utilizam 48 núcleos de Ca geralmente produzem núcleos compostos com energias de excitação intermediárias (~ 30-35 MeV) e às vezes são chamadas de reações de fusão "quentes". Isso leva, em parte, a rendimentos relativamente altos dessas reações.
248 cm ( 40 Ar, x n) 288- x Fl
Uma das primeiras tentativas de síntese de elementos superpesados foi realizada por Albert Ghiorso et al. e Stan Thompson et al. em 1968 no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley usando esta reação. Nenhum evento atribuível a núcleos superpesados foi identificado; isso era esperado, pois o núcleo composto 288 Fl (com N = 174) fica dez nêutrons abaixo da concha fechada prevista em N = 184. Esta primeira tentativa de síntese malsucedida forneceu indicações precoces de seção transversal e limites de meia-vida para núcleos superpesados produzíveis em reações de fusão a quente.
244 Pu ( 48 Ca, x n) 292− x Fl ( x = 2,3,4,5)
Os primeiros experimentos sobre a síntese de flerovium foram realizados pela equipe em Dubna em novembro de 1998. Eles foram capazes de detectar uma única e longa cadeia de decaimento, atribuída a 289
Fl . A reação foi repetida em 1999 e mais dois átomos de flerovium foram detectados. Os produtos foram atribuídos a288
Fl . A equipe estudou a reação em 2002. Durante a medição das funções de excitação de evaporação de nêutrons 3n, 4n e 5n, eles foram capazes de detectar três átomos de289
Fl , doze átomos do novo isótopo288
Fl , e um átomo do novo isótopo 287 Fl. Com base nesses resultados, o primeiro átomo a ser detectado foi provisoriamente reatribuído a290
Fl ou 289m Fl, enquanto os dois átomos subsequentes foram reatribuídos para289
Fl e, portanto, pertencem ao experimento de descoberta não oficial. Em uma tentativa de estudar a química do copernício como o isótopo285
Cn , esta reação foi repetida em abril de 2007. Surpreendentemente, um PSI-FLNR detectou diretamente dois átomos de288
Fl formando a base para os primeiros estudos químicos do flerovium.
Em junho de 2008, o experimento foi repetido para avaliar ainda mais a química do elemento usando o 289
Isótopo Fl . Um único átomo foi detectado parecendo confirmar as propriedades de gás nobre do elemento.
Durante maio-julho de 2009, a equipe do GSI estudou essa reação pela primeira vez, como um primeiro passo para a síntese da tennessina . A equipe foi capaz de confirmar a síntese e os dados de decaimento para288
Fl e289
Fl , produzindo nove átomos do primeiro isótopo e quatro átomos do último.
242 Pu ( 48 Ca, x n) 290− x Fl ( x = 2,3,4,5)
A equipe de Dubna estudou esta reação pela primeira vez em março-abril de 1999 e detectou dois átomos de flerovium, atribuídos a 287 Fl. A reação foi repetida em setembro de 2003, a fim de tentar confirmar os dados de decaimento para 287 Fl e 283 Cn, uma vez que dados conflitantes para 283 Cn foram coletados (ver copernicium ). Os cientistas russos foram capazes de medir dados de decaimento para 288 Fl, 287 Fl e o novo isótopo 286 Fl a partir da medição das funções de excitação 2n, 3n e 4n.
Em abril de 2006, uma colaboração PSI-FLNR usou a reação para determinar as primeiras propriedades químicas do copernício, produzindo 283 Cn como um produto excedente. Em um experimento confirmatório em abril de 2007, a equipe foi capaz de detectar 287 Fl diretamente e, portanto, medir alguns dados iniciais sobre as propriedades químicas atômicas do flerovium.
A equipe de Berkeley, usando o separador de gás de Berkeley (BGS), continuou seus estudos usando o recém-adquirido242
Alvos Pu tentando a síntese de flerovium em janeiro de 2009 usando a reação acima. Em setembro de 2009, eles relataram que conseguiram detectar dois átomos de flerovium, como287
Fl e286
Fl , confirmando as propriedades de decaimento relatadas no FLNR, embora as seções transversais medidas fossem ligeiramente menores; no entanto, as estatísticas eram de qualidade inferior.
Em abril de 2009, a colaboração do Instituto Paul Scherrer (PSI) e do Laboratório de Reações Nucleares Flerov (FLNR) do JINR realizou outro estudo da química do flerovium usando esta reação. Um único átomo de 283 Cn foi detectado.
Em dezembro de 2010, a equipe do LBNL anunciou a síntese de um único átomo do novo isótopo 285 Fl com a conseqüente observação de 5 novos isótopos de elementos filhos.
239.240 Pu ( 48 Ca, x n) 287.288− x Fl ( x = 3 para 239 Pu; x = 3, 4 para 240 Pu)
O FLNR tinha planos de estudar isótopos leves de flerovium, formados na reação entre 239 Pu ou 240 Pu e 48 Ca: em particular, esperava-se que os produtos de decaimento de 283 Fl e 284 Fl preenchessem a lacuna entre os isótopos do isqueiro elementos superpesados formados por fusão a frio com alvos 208 Pb e 209 Bi e aqueles formados por fusão a quente com projéteis de 48 Ca. Essas reações foram estudadas em 2015. Um novo isótopo foi encontrado nas reações de 240 Pu ( 48 Ca, 4n) e 239 Pu ( 48 Ca, 3n), o 284 Fl de fissão rápida e espontânea , dando uma demarcação clara de pobre em nêutrons borda da ilha de estabilidade. Três átomos de 285 Fl também foram produzidos. A equipe de Dubna repetiu sua investigação da reação de 240 Pu + 48 Ca em 2017, observando três novas cadeias de decaimento consistentes de 285 Fl, uma cadeia de decaimento adicional deste nuclídeo que pode passar por alguns estados isoméricos em suas filhas, uma cadeia que poderia ser atribuída a 287 Fl (provavelmente decorrente de impurezas de 242 Pu no alvo) e alguns eventos de fissão espontânea, alguns dos quais podem ser de 284 Fl, embora outras interpretações, incluindo reações colaterais envolvendo a evaporação de partículas carregadas, também sejam possíveis.
Como um produto de decomposição
Os isótopos de flerovium também foram observados nas cadeias de decomposição de livermorium e oganesson .
Resíduo de evaporação | Isótopo Fl observado |
---|---|
294 Lv ?? | 290 Fl? |
293 Lv | 289 Fl |
292 Lv | 288 Fl |
291 Lv | 287 Fl |
294 Og, 290 Lv | 286 Fl |
Isótopos retraídos
285 Fl
Na síntese reivindicada de 293 Og em 1999, o isótopo 285 Fl foi identificado como decadente por emissão alfa de 11,35 MeV com meia-vida de 0,58 ms. A alegação foi retirada em 2001. Este isótopo foi finalmente criado em 2010 e suas propriedades de decaimento apoiaram a fabricação dos dados de decaimento publicados anteriormente.
Cronologia da descoberta de isótopos
Isótopo | Ano descoberto | Reação de descoberta |
---|---|---|
284 Fl | 2015 |
239 Pu ( 48 Ca, 3n) 240 Pu ( 48 Ca, 4n) |
285 Fl | 2010 | 242 Pu ( 48 Ca, 5n) |
286 Fl | 2002 | 249 Cf ( 48 Ca, 3n) |
287 Fl | 2002 | 244 Pu ( 48 Ca, 5n) |
288 Fl | 2002 | 244 Pu ( 48 Ca, 4n) |
289 Fl | 1999 | 244 Pu ( 48 Ca, 3n) |
290 Fl? | 1998 | 244 Pu ( 48 Ca, 2n) |
Fissão de núcleos compostos com um número atômico de 114
Vários experimentos foram realizados entre 2000 e 2004 no Laboratório Flerov de Reações Nucleares em Dubna estudando as características de fissão do núcleo composto 292 Fl. A reação nuclear usada é 244 Pu + 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.
Isomeria nuclear
289 Fl
Na primeira síntese reivindicada de flerovium, um isótopo designado como 289 Fl decaiu ao emitir uma partícula alfa de 9,71 MeV com um tempo de vida de 30 segundos. Esta atividade não foi observada nas repetições da síntese direta deste isótopo. Porém, em um único caso da síntese de 293 Lv, uma cadeia de decaimento foi medida a partir da emissão de uma partícula alfa de 9,63 MeV com vida útil de 2,7 minutos. Todas as cáries subsequentes foram muito semelhantes às observadas em 289 Fl, presumindo que a cárie original foi perdida. Isso sugere fortemente que a atividade deve ser atribuída a um nível isomérico. A ausência da atividade em experimentos recentes indica que o rendimento do isômero é ~ 20% em comparação com o suposto estado fundamental e que a observação no primeiro experimento foi uma sorte (ou não, como indica a história do caso). Mais pesquisas são necessárias para resolver esses problemas.
É possível que esses decaimentos sejam devidos a 290 Fl, já que as energias do feixe nesses experimentos iniciais foram definidas bem baixas, baixas o suficiente para tornar o canal 2n plausível. Esta atribuição requer a postulação de captura de elétrons não detectados para 290 Nh, porque de outra forma seria difícil explicar as longas meias-vidas das filhas de 290 Fl à fissão espontânea se todas fossem pares. Isto sugeriria que o antigo isomérica 289m Fl, 285m Cn, 281m Ds, e 277m Hs são, portanto, efectivamente 290 Nh (captura de electrões de 290 Fl ter sido perdida, como detectores de corrente não são sensíveis a este modo de decaimento), 286 Rg, 282 Mt, e a fissão espontânea de 278 Bh, criando alguns dos isótopos superpesados mais ricos em nêutrons conhecidos até hoje: isso se encaixa bem com a tendência sistemática de aumentar a meia-vida conforme nêutrons são adicionados a núcleos superpesados em direção à linha de estabilidade beta, que esta cadeia então terminaria muito perto de. O pai livermorium poderia então ser atribuído a 294 Lv, que teria o maior número de nêutrons (178) de todos os núcleos conhecidos, mas todas essas atribuições precisam ser confirmadas por meio de experimentos que visam atingir o canal 2n no 244 Pu + 48 Ca e 248 Cm + 48 reações de Ca.
287 Fl
De maneira semelhante àquelas para 289 Fl, os primeiros experimentos com um alvo de 242 Pu identificaram um isótopo 287 Fl decaindo pela emissão de uma partícula alfa de 10,29 MeV com uma vida útil de 5,5 segundos. A filha fissionou espontaneamente durante toda a vida, de acordo com a síntese anterior de 283 Cn. Ambas as atividades não foram observadas desde então (ver copernicium ). No entanto, a correlação sugere que os resultados não são aleatórios e são possíveis devido à formação de isômeros cujo rendimento é obviamente dependente dos métodos de produção. Mais pesquisas são necessárias para desvendar essas discrepâncias. Também é possível que essa atividade seja devida à captura de elétrons de um resíduo de 287 Fl e, na verdade, se origine de 287 Nh e de sua filha 283 Rg.
Rendimentos de isótopos
As tabelas abaixo fornecem seções transversais e energias de excitação para reações de fusão que produzem isótopos de flerovium diretamente. Os dados em negrito representam os máximos derivados das medições da função de excitação. + representa um canal de saída observado.
Fusão a frio
Projétil | Alvo | CN | 1n | 2n | 3n |
---|---|---|---|---|---|
76 ge | 208 Pb | 284 Fl | <1,2 pb |
Fusão quente
Projétil | Alvo | CN | 2n | 3n | 4n | 5n |
---|---|---|---|---|---|---|
48 Ca | 242 Pu | 290 Fl | 0,5 pb, 32,5 MeV | 3,6 pb, 40,0 MeV | 4,5 pb, 40,0 MeV | <1,4 pb, 45,0 MeV |
48 Ca | 244 Pu | 292 Fl | 1,7 pb, 40,0 MeV | 5,3 pb, 40,0 MeV | 1,1 pb, 52,0 MeV |
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.
MD = multidimensional; DNS = sistema dinuclear; σ = seção transversal
Alvo | Projétil | CN | Canal (produto) | σ max | Modelo | Ref |
---|---|---|---|---|---|---|
208 Pb | 76 ge | 284 Fl | 1n ( 283 Fl) | 60 fb | DNS | |
208 Pb | 73 ge | 281 Fl | 1n ( 280 Fl) | 0,2 pb | DNS | |
238 U | 50 Ti | 288 Fl | 2n ( 286 Fl) | 60 fb | DNS | |
238 U | 48 Ti | 286 Fl | 2n ( 284 Fl) | 45,1 fb | DNS | |
244 Pu | 48 Ca | 292 Fl | 4n ( 288 Fl) | 4 pb | MD | |
242 Pu | 48 Ca | 290 Fl | 3n ( 287 Fl) | 3 pb | MD | |
250 cm | 40 Ar | 290 Fl | 4n ( 286 Fl) | 79,6 fb | DNS | |
248 cm | 40 Ar | 288 Fl | 4n ( 284 Fl) | 35 fb | DNS |
Características de decadência
A estimativa teórica das meias-vidas do decaimento alfa dos isótopos do flerovium apóia os dados experimentais. Prevê -se que o isótopo 298 Fl sobrevivente à fissão tenha meia-vida de decaimento alfa em torno de 17 dias.
Em busca da ilha de estabilidade: 298 Fl
De acordo com a teoria macroscópico-microscópica (MM), Z = 114 pode ser o próximo número mágico esférico . Na região de Z = 114, a teoria MM indica que N = 184 é o próximo número mágico de nêutrons esféricos e apresenta o núcleo 298 Fl como um forte candidato para o próximo núcleo esférico duplamente mágico , após 208 Pb ( Z = 82, N = 126). 298 Fl é considerado o centro de uma hipotética " ilha de estabilidade " compreendendo núcleos superpesados de vida mais longa. No entanto, outros cálculos usando a teoria de campo médio relativístico (RMF) propõem Z = 120, 122 e 126 como números mágicos de prótons alternativos, dependendo do conjunto de parâmetros escolhido, e alguns omitem totalmente Z = 114 ou N = 184. Também é possível que, em vez de um pico em uma camada de próton específica, exista um platô de efeitos da camada de prótons de Z = 114-126.
Prevê-se que a ilha de estabilidade perto de 298 Fl aumenta a estabilidade de seus núcleos constituintes, especialmente contra a fissão espontânea como consequência de maiores alturas de barreira de fissão perto do fechamento da concha. Devido às barreiras de fissão altas esperadas, qualquer núcleo dentro desta ilha de estabilidade irá decair exclusivamente por emissão alfa e, como tal, o núcleo com a meia-vida mais longa pode ser 298 Fl; as previsões para a meia-vida desse núcleo variam de minutos a bilhões de anos. Pode ser possível, entretanto, que o núcleo de vida mais longa não seja 298 Fl, mas sim 297 Fl (com N = 183) tenha uma meia-vida mais longa devido ao nêutron desemparelhado. Outros cálculos sugerem que a estabilidade, em vez disso, atinge o pico em isótopos beta-estáveis de darmstádio ou copernício na vizinhança de N = 184 (com meia-vida de várias centenas de anos), com flerovium no limite superior da região de estabilidade.
Evidência para Z = 114 camada de próton fechada
Enquanto a evidência de camadas de nêutrons fechadas pode ser considerada diretamente a partir da variação sistemática dos valores de Q α para transições de estado fundamental para estado fundamental, a evidência de camadas de prótons fechadas vem de meias-vidas de fissão espontânea (parcial). Esses dados às vezes podem ser difíceis de extrair devido às baixas taxas de produção e ramificação fraca de SF. No caso de Z = 114, a evidência para o efeito desta casca fechada proposta vem da comparação entre os pares de núcleos 282 Cn (T SF 1/2 = 0,8 ms) e 286 Fl (T SF 1/2 = 130 ms) e 284 Cn (T SF = 97 ms) e 288 Fl (T SF > 800 ms). Evidências adicionais viriam da medição das meias-vidas parciais de SF de núcleos com Z > 114, como 290 Lv e 292 Og (ambos N = 174 isótonos ). A extração dos efeitos Z = 114 é complicada pela presença de um efeito N = 184 dominante nesta região.
Dificuldade de síntese de 298 Fl
A síntese direta do núcleo 298 Fl por uma via de fusão-evaporação é impossível com a tecnologia atual, uma vez que nenhuma combinação de projéteis e alvos disponíveis pode ser usada para povoar núcleos com nêutrons suficientes para estar dentro da ilha de estabilidade e feixes radioativos (como já que 44 S) não pode ser produzido com intensidades suficientes para tornar um experimento viável.
Foi sugerido que tal isótopo rico em nêutrons pode ser formado pela quasifissão (fusão parcial seguida de fissão) de um núcleo massivo. Tais núcleos tendem a fissão com a formação de isótopos próximos às conchas fechadas Z = 20 / N = 20 ( 40 Ca), Z = 50 / N = 82 ( 132 Sn) ou Z = 82 / N = 126 ( 208 Pb / 209 Bi). Recentemente, foi demonstrado que as reações de transferência de múltiplos núcleos em colisões de núcleos de actinídeos (como urânio e cúrio ) podem ser usadas para sintetizar os núcleos superpesados ricos em nêutrons localizados na ilha de estabilidade, especialmente se houver fortes efeitos de camada na região de Z = 114. Se isso for realmente possível, uma dessas reações pode ser:
-
238
92você
+ 238
92você
→ 298
114Fl
+ 178
70Yb
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 .
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- 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.