Roentgenium - Roentgenium

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	Visualização de fusão nuclear malsucedida, com base em cálculos da Australian National University

Roentgênio, ₁₁₁ Rg
Roentgenium
Pronúncia
Aparência	prateado (previsto)
Número de massa	[282] (não confirmado: 286)
Roentgênio na tabela periódica
	darmstádio ← roentgênio → copernício
Número atômico ( Z )	111
Grupo	grupo 11
Período	período 7
Bloquear	bloco d
Configuração de elétron	[ Rn ] 5f 14 6d 9 7s 2 (previsto)
Elétrons por camada	2, 8, 18, 32, 32, 17, 2 (previsto)
Propriedades físicas
Fase em STP	sólido (previsto)
Densidade (próximo à rt )	22–24 g / cm 3 (previsto)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação	(-1), (+1), ( +3 ), (+5), (+7) (previsto)
Energias de ionização
Raio atômico	empírico: 138 pm (previsto)
Raio covalente	121 pm (estimado)
Outras propriedades
Ocorrência natural	sintético
Estrutura de cristal	cúbica de corpo centrado (BCC) ; (previsto)
Número CAS	54386-24-2
História
Nomeação	depois de Wilhelm Röntgen
Descoberta	Gesellschaft für Schwerionenforschung (1994)
Principais isótopos do roentgênio
α (10%)	277 Mt
	Categoria: Roentgênio; visualizar; falar; editar; \| referências

Roentgênio é um elemento químico com o símbolo Rg e número atômico 111. É um elemento sintético extremamente radioativo que pode ser criado em um laboratório, mas não é encontrado na natureza. O isótopo conhecido mais estável, roentgenium-282, tem meia-vida de 100 segundos, embora o roentgenium-286 não confirmado possa ter uma meia-vida mais longa de cerca de 10,7 minutos. O Roentgenium foi criado em 1994 pelo Centro GSI Helmholtz para Pesquisa de Íons Pesados perto de Darmstadt , Alemanha. Seu nome é uma homenagem ao físico Wilhelm Röntgen ( também chamado de Roentgen), que descobriu os raios-X . Apenas alguns átomos de roentgênio já foram sintetizados, e eles não contêm nenhuma aplicação prática atual além do estudo científico.

Na tabela periódica , é um elemento transactinídeo do bloco d . É um membro do 7º período e está colocado no grupo 11 elementos , embora nenhum experimento químico tenha sido realizado para confirmar que se comporta como o homólogo mais pesado do ouro no grupo 11 como o nono membro da 6ª série de metais de transição . Calcula-se que o roentgênio tenha propriedades semelhantes aos seus homólogos mais leves, cobre , prata e ouro, embora possa apresentar algumas diferenças em relação a eles. Acredita-se que o roentgênio seja um sólido à temperatura ambiente e tenha uma aparência metálica em seu estado regular.

Introdução

Uma representação gráfica de uma reação de fusão nuclear . Dois núcleos se fundem em um, emitindo um nêutron . As reações que criaram novos elementos para este momento foram semelhantes, com a única diferença possível que vários nêutrons singulares às vezes eram liberados, ou nenhum.

Os núcleos atômicos mais pesados são criados em reações nucleares que combinam dois outros núcleos de tamanhos desiguais em um; grosso modo, quanto mais desiguais os dois núcleos em termos de massa, maior a possibilidade de os dois reagirem. O material feito dos núcleos mais pesados é transformado em alvo, que é então bombardeado pelo feixe de núcleos mais leves. Dois núcleos só podem se fundir em um se eles se aproximarem um do outro o suficiente; normalmente, os núcleos (todos carregados positivamente) se repelem devido à repulsão eletrostática . A interação forte pode superar essa repulsão, mas apenas dentro de uma distância muito curta de um núcleo; os núcleos do feixe são, portanto, grandemente acelerados a fim de tornar essa repulsão insignificante em comparação com a velocidade do núcleo do feixe. Chegar perto sozinho não é suficiente para dois núcleos se fundirem: quando dois núcleos se aproximam, eles geralmente permanecem juntos por aproximadamente ^10-20 segundos e então se separam (não necessariamente na mesma composição de antes da reação) em vez de formar um único núcleo. Se a fusão ocorrer, a fusão temporária - denominada núcleo composto - é um estado excitado . Para perder sua energia de excitação e atingir um estado mais estável, um núcleo composto fissiona ou ejeta um ou vários nêutrons , que carregam a energia. Isso ocorre em aproximadamente 10 a ¹⁶ segundos após a colisão inicial.

O feixe passa pelo alvo e atinge a próxima câmara, o separador; se um novo núcleo é produzido, ele é carregado com este feixe. No separador, o núcleo recém-produzido é separado de outros nuclídeos (o do feixe original e quaisquer outros produtos de reação) e transferido para um detector de barreira de superfície , que pára o núcleo. A localização exata do próximo impacto no detector é marcada; também marcados são sua energia e o tempo da chegada. A transferência leva cerca de 10 ⁻⁶ segundos; para ser detectado, o núcleo deve sobreviver por tanto tempo. O núcleo é registrado novamente assim que sua decadência é registrada, e a localização, a energia e o tempo de decadência são medidos.

A estabilidade de um núcleo é fornecida pela interação forte. No entanto, seu alcance é muito curto; conforme os núcleos se tornam maiores, sua influência sobre os núcleos mais externos ( prótons e nêutrons) enfraquece. Ao mesmo tempo, o núcleo é dilacerado pela repulsão eletrostática entre prótons, pois tem alcance ilimitado. Os núcleos dos elementos mais pesados são, portanto, teoricamente previstos e, até agora, observou-se que decaem principalmente por meio de modos de decaimento que são causados por tal repulsão: decadência alfa e fissão espontânea ; esses modos são predominantes para núcleos de elementos superpesados . Os decaimentos alfa são registrados pelas partículas alfa emitidas e os produtos do decaimento são fáceis de determinar antes do decaimento real; se tal decaimento ou uma série de decaimentos consecutivos produz um núcleo conhecido, o produto original de uma reação pode ser determinado aritmeticamente. A fissão espontânea, entretanto, produz vários núcleos como produtos, de modo que o nuclídeo original não pode ser determinado a partir de suas filhas.

A informação à disposição dos físicos com o objetivo de sintetizar um dos elementos mais pesados são, portanto, as informações coletadas nos detectores: localização, energia e tempo de chegada de uma partícula ao detector e de seu decaimento. Os físicos analisam esses dados e procuram concluir que ele foi de fato causado por um novo elemento e não poderia ter sido causado por um nuclídeo diferente do alegado. Freqüentemente, os dados fornecidos são insuficientes para concluir que um novo elemento foi definitivamente criado e não há outra explicação para os efeitos observados; erros na interpretação dos dados foram cometidos.

História

O Roentgenium foi batizado em homenagem ao físico Wilhelm Röntgen , o descobridor dos raios-X .

Cenário para apresentação da descoberta e reconhecimento do roentgênio no GSI Darmstadt

Descoberta oficial

O roentgenium foi sintetizado pela primeira vez por uma equipe internacional liderada por Sigurd Hofmann na Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) em Darmstadt , Alemanha , em 8 de dezembro de 1994. A equipe bombardeou um alvo de bismuto-209 com núcleos acelerados de níquel -64 e detectou três núcleos do isótopo roentgenium-272:

²⁰⁹
₈₃Bi
+ ⁶⁴
₂₈Ni
→ ²⁷²
₁₁₁Rg
+ ¹
₀n

Essa reação havia sido conduzida anteriormente no Joint Institute for Nuclear Research em Dubna (então na União Soviética ) em 1986, mas nenhum átomo de ²⁷² Rg havia sido observado. Em 2001, o Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC / IUPAP (JWP) concluiu que não havia evidências suficientes para a descoberta naquela época. A equipe GSI repetiu seu experimento em 2002 e detectou mais três átomos. Em seu relatório de 2003, o JWP decidiu que a equipe GSI deveria ser reconhecida pela descoberta deste elemento.

Nomeação

Usando a nomenclatura de Mendeleev para elementos não nomeados e não descobertos , o roentgênio deveria ser conhecido como eka- gold . Em 1979, a IUPAC publicou recomendações segundo as quais o elemento deveria ser chamado de unununium (com o símbolo correspondente de Uuu ), um nome de elemento sistemático como um espaço reservado , até que o elemento fosse descoberto (e a descoberta então confirmada) e um nome permanente fosse Decidiu. Embora amplamente utilizado na comunidade química em todos os níveis, de salas de aula de química a livros avançados, as recomendações foram principalmente ignoradas entre os cientistas da área, que o chamaram de elemento 111 , com o símbolo de E111 , (111) ou mesmo simplesmente 111 .

O nome roentgênio (Rg) foi sugerido pela equipe do GSI em 2004, em homenagem ao físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen , o descobridor dos raios-X . Este nome foi aceito pela IUPAC em 1º de novembro de 2004.

Isótopos

Roentgenium não tem isótopos estáveis ou naturais. Vários isótopos radioativos foram sintetizados em laboratório, seja pela fusão dos núcleos de elementos mais leves ou como produtos intermediários de decomposição de elementos mais pesados. Nove isótopos diferentes de roentgênio foram relatados com massas atômicas 272, 274, 278-283 e 286 (283 e 286 não confirmados), dois dos quais, roentgenium-272 e roentgenium-274, têm estados metaestáveis conhecidos, mas não confirmados . Todos estes decaem por decaimento alfa ou fissão espontânea, embora ²⁸⁰ Rg também possa ter um ramo de captura de elétrons .

Estabilidade e meia-vida

Lista de isótopos de roentgênio
Isótopo	Meia-vida		Modo de decaimento	Ano de descoberta	Reação de descoberta
Isótopo	Valor	Ref	Modo de decaimento	Ano de descoberta	Reação de descoberta
²⁷² Rg	4,5 ms		α	1994	²⁰⁹ Bi ( ⁶⁴ Ni, n)
²⁷⁴ Rg	29 ms		α	2004	²⁷⁸ Nh (-, α)
²⁷⁸ Rg	4,2 ms		α	2006	²⁸² Nh (-, α)
²⁷⁹ Rg	90 ms		α	2003	²⁸⁷ Mc (-, 2α)
²⁸⁰ Rg	4,6 s		α, EC	2003	²⁸⁸ Mc (-, 2α)
²⁸¹ Rg	17 s		SF, α	2010	²⁹³ Ts (-, 3α)
²⁸² Rg	1,7 min		α	2010	²⁹⁴ Ts (-, 3α)
²⁸³ Rg	5,1 min		SF	1999	²⁸³ Cn (e ^- , ν _e )
²⁸⁶ Rg	10,7 min		α	1998	²⁹⁰ Fl (e ^- , ν _e α)

Todos os isótopos de roentgênio são extremamente instáveis e radioativos; em geral, os isótopos mais pesados são mais estáveis do que os mais leves. O isótopo de roentgênio conhecido mais estável, ²⁸² Rg, também é o isótopo de roentgênio conhecido mais pesado; tem meia-vida de 100 segundos. O ²⁸⁶ Rg não confirmado é ainda mais pesado e parece ter uma meia-vida ainda mais longa, de cerca de 10,7 minutos, o que o tornaria um dos nuclídeos superpesados de vida mais longa conhecidos; da mesma forma, o ²⁸³ Rg não confirmado parece ter uma meia-vida longa de cerca de 5,1 minutos. Também foi relatado que os isótopos ²⁸⁰ Rg e ²⁸¹ Rg têm meia-vida superior a um segundo. Os isótopos restantes têm meia-vida na faixa dos milissegundos.

Propriedades previstas

Além das propriedades nucleares, nenhuma propriedade do roentgênio ou de seus compostos foi medida; isso se deve à sua produção extremamente limitada e cara e ao fato de que o roentgênio (e seus pais) se decompõe muito rapidamente. As propriedades do metal roentgênio permanecem desconhecidas e apenas as previsões estão disponíveis.

Químico

O roentgênio é o nono membro da série 6d de metais de transição . Os cálculos sobre seus potenciais de ionização e raios atômicos e iônicos são semelhantes aos de seu homólogo mais leve de ouro , o que implica que as propriedades básicas do roentgênio serão semelhantes às dos outros elementos do grupo 11 , cobre , prata e ouro; no entanto, também se prevê que mostre várias diferenças de seus homólogos mais leves.

Prevê-se que o roentgênio seja um metal nobre . O potencial padrão do eletrodo de 1,9 V para o par Rg ³⁺ / Rg é maior do que 1,5 V para o par Au ³⁺ / Au. A primeira energia de ionização prevista do Roentgenium de 1020 kJ / mol quase coincide com a do gás nobre radônio a 1037 kJ / mol. Com base nos estados de oxidação mais estáveis dos elementos mais leves do grupo 11, o roentgênio está previsto para mostrar estados de oxidação estáveis +5 e +3, com um estado +1 menos estável. Prevê-se que o estado +3 seja o mais estável. Espera-se que o roentgênio (III) seja de reatividade comparável ao ouro (III), mas deve ser mais estável e formar uma variedade maior de compostos. O ouro também forma um estado relativamente estável -1 devido aos efeitos relativísticos, e foi sugerido que o roentgênio também pode fazê-lo: no entanto, a afinidade eletrônica do roentgênio deve ser em torno de 1,6 eV (37 kcal / mol ), significativamente menor do que valor do ouro de 2,3 eV (53 kcal / mol), então os roentgenídeos podem não ser estáveis ou mesmo possíveis. Os orbitais 6d são desestabilizados por efeitos relativísticos e interações spin-órbita perto do final da quarta série de metais de transição, tornando o estado de alta oxidação roentgênio (V) mais estável do que seu homólogo de ouro mais leve (V) (conhecido apenas em pentafluoreto de ouro , Au ₂ F ₁₀ ) já que os 6d elétrons participam mais da ligação. As interações spin-órbita estabilizam os compostos moleculares de roentgênio com mais elétrons 6d ligados; por exemplo, RgF^-
₆espera-se que seja mais estável do que RgF^-
₄, que deve ser mais estável do que RgF^-
₂. A estabilidade do RgF^-
₆é homólogo ao de AuF^-
₆; o análogo de prata AgF^-
₆é desconhecido e espera-se que seja apenas marginalmente estável para decomposição em AgF^-
₄e F ₂ . Além disso, espera-se que Rg ₂ F ₁₀ seja estável para decomposição, exatamente análogo ao Au ₂ F ₁₀ , enquanto Ag ₂ F ₁₀ deve ser instável para decomposição em Ag ₂ F ₆ e F ₂ . O heptafluoreto de ouro , AuF ₇ , é conhecido como um complexo de difluoreto de ouro (V) AuF ₅ · F ₂ , que tem energia inferior ao de um heptafluoreto de ouro (VII) verdadeiro; Em vez disso, RgF ₇ é calculado para ser mais estável como um heptafluoreto de roentgênio (VII) verdadeiro, embora seja um pouco instável, sua decomposição em Rg ₂ F ₁₀ e F ₂ liberando uma pequena quantidade de energia à temperatura ambiente. Prevê-se que o roentgênio (I) seja difícil de obter. O ouro forma prontamente o complexo de cianeto Au (CN) ^-
₂, que é utilizado na extração do minério por meio do processo de cianetação do ouro ; espera-se que o roentgênio siga o exemplo e forme Rg (CN)^-
₂.

A química provável de roentgenium recebeu mais interesse do que a dos dois elementos anteriores, meitnerium e darmstadtium , como a valência s- subshells do grupo são esperados 11 elementos a serem relativisticamente contratadas mais fortemente na roentgenium. Cálculos sobre o composto molecular Rg H mostram que os efeitos relativísticos dobram a força da ligação roentgênio-hidrogênio, embora as interações spin-órbita também a enfraqueçam em 0,7 eV (16 kcal / mol). Os compostos Au X e RgX, onde X = F , Cl , Br , O , Au ou Rg, também foram estudados. Prevê-se que Rg ⁺ seja o íon de metal mais macio , ainda mais macio do que Au ⁺ , embora haja desacordo sobre se ele se comportaria como um ácido ou uma base . Em solução aquosa, Rg ⁺ formaria o íon água [Rg (H ₂ O) ₂ ] ⁺ , com uma distância de ligação Rg-O de 207,1 pm . Também se espera que forme complexos Rg (I) com amônia , fosfina e sulfeto de hidrogênio .

Físico e atômico

Espera-se que o roentgênio seja um sólido em condições normais e que se cristalize na estrutura cúbica centrada no corpo , ao contrário de seus congêneres mais leves que cristalizam na estrutura cúbica centrada na face , devido ao fato de que deve ter densidades de carga de elétrons diferentes. Deve ser um metal muito pesado, com densidade em torno de 22–24 g / cm ³ ; em comparação, o elemento mais denso conhecido que teve sua densidade medida, o ósmio , tem uma densidade de 22,61 g / cm ³ .

Os elementos estáveis do grupo 11, cobre, prata e ouro, todos têm uma configuração eletrônica externa (n − 1) d ¹⁰ ns ¹ . Para cada um desses elementos, o primeiro estado excitado de seus átomos tem uma configuração (n − 1) d ⁹ ns ² . Devido ao acoplamento spin-órbita entre os elétrons d, este estado é dividido em um par de níveis de energia. Para o cobre, a diferença de energia entre o estado fundamental e o estado excitado mais baixo faz com que o metal pareça avermelhado. Para a prata, a lacuna de energia aumenta e se torna prateada. Porém, conforme o número atômico aumenta, os níveis excitados são estabilizados por efeitos relativísticos e no ouro a lacuna de energia diminui novamente e aparece como ouro. Para o roentgênio, os cálculos indicam que o nível 6d ⁹ 7s ² é estabilizado a tal ponto que se torna o estado fundamental e o nível 6d ¹⁰ 7s ¹ se torna o primeiro estado excitado. A diferença de energia resultante entre o novo estado fundamental e o primeiro estado excitado é semelhante à da prata e espera-se que o roentgênio tenha uma aparência prateada. O raio atômico do roentgênio é esperado em cerca de 138 horas.

Química Experimental

A determinação inequívoca das características químicas do roentgênio ainda não foi estabelecida devido ao baixo rendimento das reações que produzem os isótopos do roentgênio. Para estudos químicos a serem realizados em um transactinídeo , pelo menos quatro átomos devem ser produzidos, a meia-vida do isótopo usado deve ser de pelo menos 1 segundo e a taxa de produção deve ser de pelo menos um átomo por semana. Embora a meia-vida de ²⁸² Rg, o isótopo de roentgênio confirmado mais estável, seja de 100 segundos, tempo suficiente para realizar estudos químicos, outro obstáculo é a necessidade de aumentar a taxa de produção de isótopos de roentgênio e permitir que os experimentos continuem por semanas ou meses para que resultados estatisticamente significativos possam ser obtidos. A separação e a detecção devem ser realizadas continuamente para separar os isótopos do roentgênio e permitir que os sistemas automatizados façam experimentos na fase gasosa e na química da solução do roentgênio, uma vez que os rendimentos para elementos mais pesados são previstos para serem menores do que para os elementos mais leves. No entanto, a química experimental do roentgênio não recebeu tanta atenção quanto a dos elementos mais pesados de copernicium a livermorium , apesar do interesse inicial em previsões teóricas devido aos efeitos relativísticos na subcamada n s no grupo 11 atingindo um máximo no roentgênio. Os isótopos ²⁸⁰ Rg e ²⁸¹ Rg são promissores para experimentação química e podem ser produzidos como as netas dos isótopos de moscovio ²⁸⁸ Mc e ²⁸⁹ Mc respectivamente; seus pais são os isótopos de niônio ²⁸⁴ Nh e ²⁸⁵ Nh, que já receberam investigações químicas preliminares.

Veja também

Ilha de estabilidade

Notas

Referências

Bibliografia

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links externos

Mídia relacionada ao Roentgenium no Wikimedia Commons
Roentgenium na The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

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