Isótopos de rutherfórdio - Isotopes of rutherfordium

O rutherfórdio ( ₁₀₄ Rf) é um elemento sintético e, portanto, não possui isótopos estáveis . Um peso atômico padrão não pode ser fornecido. O primeiro isótopo a ser sintetizado foi ²⁵⁹ Rf em 1966 ou ²⁵⁷ Rf em 1969. Existem 16 radioisótopos conhecidos de ²⁵³ Rf a ²⁷⁰ Rf (3 dos quais, ²⁶⁶ Rf, ²⁶⁸ Rf e ²⁷⁰ Rf não estão confirmados) e 4 isômeros . O isótopo de vida mais longa é ²⁶⁷ Rf com meia-vida de 2,5 horas, e o isômero de vida mais longa é ^261m Rf com meia-vida de 81 segundos.

Lista de isótopos

Nucleossíntese

Elementos superpesados, como o rutherfórdio, são produzidos bombardeando elementos mais leves em aceleradores de partículas que induzem reações de fusão . Enquanto a maioria dos isótopos de rutherfórdio 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 ​​( 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 ).

Estudos de fusão a quente

A síntese de rutherfórdio foi tentada pela primeira vez em 1964 pela equipe de Dubna usando a reação de fusão a quente de projéteis de néon -22 com alvos de plutônio -242:

²⁴²
₉₄Pu
+ ²²
₁₀Ne
→ ^{264 − x}
₁₀₄Rf
+ 3 ou 5
n
.

O primeiro estudo produziu evidências de uma fissão espontânea com meia-vida de 0,3 segundo e outra com 8 segundos. Enquanto a primeira observação acabou sendo retirada, a última acabou sendo associada ao isótopo ²⁵⁹ Rf. Em 1966, a equipe soviética repetiu a experiência usando um estudo químico de produtos de cloreto voláteis. Eles identificaram um cloreto volátil com propriedades eka-hafnium que decaiu rapidamente por meio da fissão espontânea. Isso deu fortes evidências para a formação de RfCl ₄ e, embora a meia-vida não tenha sido medida com precisão, evidências posteriores sugeriram que o produto era provavelmente ²⁵⁹ Rf. A equipe repetiu o experimento várias vezes nos anos seguintes e, em 1971, eles revisaram a meia-vida de fissão espontânea do isótopo em 4,5 segundos.

Em 1969, pesquisadores da Universidade da Califórnia, liderados por Albert Ghiorso , tentaram confirmar os resultados originais relatados em Dubna. Em uma reação de cúrio -248 com oxigênio-16 , eles não foram capazes de confirmar o resultado da equipe soviética, mas conseguiram observar a fissão espontânea de ²⁶⁰ Rf com meia-vida muito curta de 10-30 ms:

²⁴⁸
₉₆Cm
+ ¹⁶
₈O
→ ²⁶⁰
₁₀₄Rf
+ 4
n
.

Em 1970, a equipe americana também estudou a mesma reação com oxigênio-18 e identificou ²⁶¹ Rf com meia-vida de 65 segundos (posteriormente refinado para 75 segundos). Experimentos posteriores no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia, também revelaram a formação de um isômero de curta duração de ²⁶² Rf (que sofre fissão espontânea com meia-vida de 47 ms) e atividades de fissão espontânea com longa vida experimentalmente atribuídas a ²⁶³ Rf .

Diagrama da configuração experimental usada na descoberta dos isótopos ²⁵⁷ Rf e ²⁵⁹ Rf

A reação do califórnio -249 com o carbono-13 também foi investigada pela equipe de Ghiorso, que indicou a formação do ²⁵⁸ Rf de curta duração (que sofre fissão espontânea em 11 ms):

²⁴⁹
₉₈Cf
+ ¹³
₆C
→ ²⁵⁸
₁₀₄Rf
+ 4
n
.

Ao tentar confirmar esses resultados usando carbono-12 , eles também observaram os primeiros decaimentos alfa de ²⁵⁷ Rf.

A reação do berquélio -249 com o nitrogênio -14 foi estudada pela primeira vez em Dubna em 1977 e, em 1985, os pesquisadores confirmaram a formação do isótopo ²⁶⁰ Rf que rapidamente sofre fissão espontânea em 28 ms:

²⁴⁹
₉₇Bk
+ ¹⁴
₇N
→ ²⁶⁰
₁₀₄Rf
+ 3
n
.

Em 1996, o isótopo ²⁶² Rf foi observado em LBNL a partir da fusão de plutônio-244 com neon-22:

²⁴⁴
₉₄Pu
+ ²²
₁₀Ne
→ ^{266 − x}
₁₀₄Rf
+ 4 ou 5
n
.

A equipe determinou uma meia-vida de 2,1 segundos, em contraste com relatórios anteriores de 47 ms e sugeriu que as duas meias-vidas podem ser devido a diferentes estados isoméricos de ²⁶² Rf. Estudos sobre a mesma reação por uma equipe em Dubna, levaram à observação em 2000 de decaimentos alfa de ²⁶¹ Rf e fissões espontâneas de ^261m Rf.

A reação de fusão a quente usando um alvo de urânio foi relatada pela primeira vez em Dubna em 2000:

²³⁸
₉₂você
+ ²⁶
₁₂Mg
→ ^{264 − x}
₁₀₄Rf
+ x
n
(x = 3, 4, 5, 6).

Eles observaram decaimentos de ²⁶⁰ Rf e ²⁵⁹ Rf e, posteriormente, de ²⁵⁹ Rf. Em 2006, como parte de seu programa de estudo de alvos de urânio em reações de fusão a quente, a equipe do LBNL também observou ²⁶¹ Rf.

Estudos de fusão a frio

Os primeiros experimentos de fusão a frio envolvendo o elemento 104 foram feitos em 1974 em Dubna, usando núcleos leves de titânio-50 voltados para alvos isotópicos de chumbo-208:

²⁰⁸
₈₂Pb
+ ⁵⁰
₂₂Ti
→ ^{258 − x}
₁₀₄Rf
+ x
n
(x = 1, 2 ou 3).

A medição de uma atividade de fissão espontânea foi atribuída a ²⁵⁶ Rf, enquanto estudos posteriores feitos no Gesellschaft für Schwerionenforschung Institute (GSI), também mediram as propriedades de decaimento para os isótopos ²⁵⁷ Rf e ²⁵⁵ Rf.

Em 1974, pesquisadores da Dubna investigaram a reação do chumbo-207 com o titânio-50 para produzir o isótopo ²⁵⁵ Rf. Em um estudo de 1994 no GSI usando o isótopo chumbo-206, ²⁵⁵ Rf, bem como ²⁵⁴ Rf foram detectados. ^{O 253} Rf foi detectado de forma semelhante naquele ano, quando o chumbo-204 foi usado.

Estudos de decadência

A maioria dos isótopos com massa atômica abaixo de 262 também observou como produtos de decaimento de elementos com um número atômico maior , permitindo o refinamento de suas propriedades medidas anteriormente. Isótopos mais pesados ​​de rutherfórdio foram observados apenas como produtos de decomposição. Por exemplo, alguns eventos de decaimento alfa que terminam em ²⁶⁷ Rf foram observados na cadeia de decaimento de darmstádio -279 desde 2004:

²⁷⁹
₁₁₀Ds
→ ²⁷⁵
₁₀₈Hs
+
α
→ ²⁷¹
₁₀₆Sg
+
α
→ ²⁶⁷
₁₀₄Rf
+
α
.

Este ainda sofreu fissão espontânea com meia-vida de cerca de 1,3 h.

Investigações sobre a síntese do isótopo dubnium -263 em 1999 na Universidade de Berna revelaram eventos consistentes com a captura de elétrons para formar ²⁶³ Rf. Uma fração de rutherfórdio foi separada e vários eventos de fissão espontânea com meia-vida longa de cerca de 15 minutos foram observados, bem como decaimentos alfa com meia-vida de cerca de 10 minutos. Relatórios sobre a cadeia de decaimento do flerovium -285 em 2010 mostraram cinco decaimentos alfa sequenciais que terminam em ²⁶⁵ Rf, que ainda sofre fissão espontânea com meia-vida de 152 segundos.

Algumas evidências experimentais foram obtidas em 2004 para um isótopo ainda mais pesado, ²⁶⁸ Rf, na cadeia de decaimento de um isótopo de Moscou :

²⁸⁸
₁₁₅Mc
→ ²⁸⁴
₁₁₃Nh
+
α
→ ²⁸⁰
₁₁₁Rg
+
α
→ ²⁷⁶
₁₀₉Mt
+
α
→ ²⁷²
₁₀₇Bh
+
α
→ ²⁶⁸
₁₀₅Db
+
α
 ? →²⁶⁸
₁₀₄Rf
+
ν
_e.

No entanto, a última etapa dessa cadeia era incerta. Depois de observar os cinco eventos de decaimento alfa que geram dubnium -268, os eventos de fissão espontânea foram observados com uma meia-vida longa. Não está claro se esses eventos foram devido à fissão espontânea direta de ²⁶⁸ Db ou eventos de captura de elétrons produzidos por ²⁶⁸ Db com meia-vida longa para gerar ²⁶⁸ Rf. Se este último é produzido e se deteriora com uma meia-vida curta, as duas possibilidades não podem ser distinguidas. Dado que a captura de elétrons de ²⁶⁸ Db não pode ser detectada, esses eventos de fissão espontânea podem ser devidos a ²⁶⁸ Rf, caso em que a meia-vida desse isótopo não pode ser extraída. Um mecanismo semelhante é proposto para a formação do isótopo ainda mais pesado ²⁷⁰ Rf como uma filha de curta duração de ²⁷⁰ Db (na cadeia de decaimento de ²⁹⁴ Ts, sintetizada pela primeira vez em 2010) que então sofre fissão espontânea:

²⁹⁴
₁₁₇Ts
→ ²⁹⁰
₁₁₅Mc
+
α
→ ²⁸⁶
₁₁₃Nh
+
α
→ ²⁸²
₁₁₁Rg
+
α
→ ²⁷⁸
₁₀₉Mt
+
α
→ ²⁷⁴
₁₀₇Bh
+
α
→ ²⁷⁰
₁₀₅Db
+
α
 ? →²⁷⁰
₁₀₄Rf
+
ν
_e.

De acordo com um relatório de 2007 sobre a síntese de niônio , o isótopo ²⁸² Nh sofreu um decaimento semelhante para formar ²⁶⁶ Db, que sofre fissão espontânea com meia-vida de 22 minutos. Dado que a captura de elétrons de ²⁶⁶ Db não pode ser detectada, esses eventos de fissão espontânea podem ser devido a ²⁶⁶ Rf, caso em que a meia-vida deste isótopo não pode ser extraída.

Isomeria nuclear

Esquema de nível de decaimento atualmente sugerido para ²⁵⁷ Rf ^{g, m a} partir dos estudos relatados em 2007 por Hessberger et al. na GSI

Vários estudos iniciais sobre a síntese de ²⁶³ Rf indicaram que este nuclídeo decai principalmente por fissão espontânea com meia-vida de 10-20 minutos. Mais recentemente, um estudo de isótopos de hassium permitiu a síntese de átomos de ²⁶³ Rf decaindo com meia-vida menor de 8 segundos. Esses dois modos de decaimento diferentes devem estar associados a dois estados isoméricos, mas atribuições específicas são difíceis devido ao baixo número de eventos observados.

Durante a pesquisa sobre a síntese de isótopos de rutherfórdio utilizando a reação ²⁴⁴ Pu ( ²² Ne, 5n) ²⁶¹ Rf, o produto sofreu decaimento alfa de 8,28 MeV exclusivo com meia-vida de 78 segundos. Estudos posteriores no GSI sobre a síntese de isótopos copernicium e hassium produziram dados conflitantes, uma vez que ²⁶¹ Rf produzidos na cadeia de decaimento sofreram decaimento alfa de 8,52 MeV com meia-vida de 4 segundos. Os resultados posteriores indicaram um ramo de fissão predominante. Essas contradições levaram a algumas dúvidas sobre a descoberta do copernicium. O primeiro isômero é atualmente denominado ^261a Rf (ou simplesmente ²⁶¹ Rf), enquanto o segundo é denominado ^261b Rf (ou ^261m Rf). No entanto, pensa-se que o primeiro núcleo pertence a um estado fundamental de spin alto e o último a um estado metaestável de spin baixo. A descoberta e a confirmação de ^261b Rf forneceram provas para a descoberta de copernicium em 1996.

Um estudo espectroscópico detalhado da produção de núcleos de ²⁵⁷ Rf utilizando a reação ²⁰⁸ Pb ( ⁵⁰ Ti, n) ²⁵⁷ Rf permitiu a identificação de um nível isomérico em ²⁵⁷ Rf. O trabalho confirmou que ^257g Rf tem um espectro complexo com 15 linhas alfa. Um diagrama de estrutura de nível foi calculado para ambos os isômeros. Isômeros semelhantes foram relatados para ²⁵⁶ Rf também.

Experimentos futuros

A equipe do GSI está planejando realizar os primeiros estudos espectroscópicos detalhados no isótopo ²⁵⁹ Rf. Será produzido na nova reação:

${\ displaystyle {\ ce {{^ {238} _ {92} U} + {^ {24} _ {12} Mg} -> {^ {259} _ {104} Rf} + 3_ {0} ^ { 1} n}}}$

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 rutherfórdio diretamente. Os dados em negrito representam os máximos derivados das medições da função de excitação. + representa um canal de saída observado.

Fusão quente

A tabela abaixo fornece seções transversais e energias de excitação para reações de fusão a quente produzindo isótopos de rutherfórdio diretamente. Os dados em negrito representam os máximos derivados das medições da função de excitação. + representa um canal de saída observado.

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.

links externos

• http://www.radiochemistry.org/periodictable/elements/isotopes_data/104.html
• http://www-phynu.cea.fr/science_en_ligne/carte_potentiels_microscopiques/choix/isotopes/z104_eng.html
• http://www.springermaterials.com/docs/info/978-3-540-70609-0_7730.html