Lawrencio

El lawrencio fue sintetizado por primera vez por el equipo de física nuclear integrado por Albert Ghiorso, Torbjørn Sikkeland, Almon Larsh, Robert M. Latimer, y sus colaboradores el 14 de febrero de 1961, en el Lawrence Radiation Laboratory —ahora llamado Lawrence Berkeley National Laboratory— de la Universidad de California. Los primeros átomos de lawrencio se produjeron mediante el bombardeo de un blanco de tres miligramos, compuesto por tres isótopos de californio, ¹⁰B y ¹¹B desde el Acelerador lineal de iones pesados —HILAC por sus siglas en inglés—.[5] El equipo de Berkeley informó que el isótopo ²⁵⁷Lr fue detectado de esta manera, y que se desintegró emitiendo una partícula alfa 8,6 MeV con un período de semidesintegración de unos ocho segundos. Esta identificación posteriormente se corrigió a ²⁵⁸Lr.[5]

${\displaystyle \,_{98}^{252}\mathrm {Cf} +\,_{5}^{11}\mathrm {B} \to \,_{103}^{263-x}\mathrm {Lr} \to \,_{103}^{258}\mathrm {Lr} +5\,_{0}^{5}\mathrm {n} }$

En 1967, investigadores en física nuclear en Dubna, Rusia, informaron que no pudieron confirmar la asignación de un emisor alfa con un período de semidesintegración de ocho segundos al isótopo ²⁵⁷Lr.[6] Este isótopo posteriormente se dedujo que se trataba de ²⁵⁸Lr. En su lugar, el equipo de Dubna reportó un isótopo con un período de semidesintegración de 45 segundos como ²⁵⁶Lr.[7]

${\displaystyle \,_{95}^{243}\mathrm {Am} +\,_{8}^{18}\mathrm {O} \to \,_{103}^{261-x}\mathrm {Lr} \to \,_{103}^{256}\mathrm {Lr} +5\,_{0}^{5}\mathrm {n} }$

Otros experimentos demostraron la química actínida del nuevo elemento, por lo que en 1970 fue conocido como el último actínido.[8] En 1971, el equipo de física nuclear de la Universidad de California en Berkeley realizaron con éxito toda una serie de experimentos dirigidos a la medición de las propiedades de desintegración nuclear de los isótopos de lawrencio con masa de 255 a 260.[2][9]

En 1992, el grupo trans-fermio de la IUPAC —TWG por sus siglas en inglés— reconoció oficialmente a los equipos de física nuclear en Dubna y Berkeley como los codescubridores del lawrencio.[10]

Ernest Orlando Lawrence

El origen del nombre, ratificado por la American Chemical Society, es una referencia al físico nuclear Ernest O. Lawrence de la Universidad de California, que inventó el acelerador de partículas de ciclotrón. Óriginalmente fue utilizado como símbolo Lw,[5] pero finalmente le fue asignado el símbolo Lr. En agosto de 1997, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ratificó el nombre lawrencio y el símbolo Lr durante una reunión en Ginebra.[10]

Lawrencio es el elemento 103 en la tabla periódica. Es el primer miembro del bloque 6d; de acuerdo con la regla de Madelung, su configuración electrónica debería ser [Rn]7s²5f¹⁴6d¹. Sin embargo, resultados de una investigación de mecánica cuántica sugieren que esta configuración es incorrecta, y es, de hecho, [Rn]7s²5f¹⁴7p¹. No es posible una medición directa de esto. Aunque los primeros cálculos arrojaron resultados contradictorios,[11] estudios más recientes confirman esta idea.[12][13]

Una correlación estricta entre los bloques de la tabla periódica y las configuraciones de las capas orbitales para átomos neutros clasificaría al lawrencio como un metal de transición, ya que podría ser clasificado como un elemento del bloque d. Sin embargo, el lawrencio se clasifica como un elemento actínido, de acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC.[14]

Los primeros estudios de fase gaseosa del lawrencio fueron reportados en 1969 por el equipo de física nuclear del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en la Unión Soviética. Ellos usaron la reacción nuclear ²⁴³Am + ¹⁸O para producir núcleos de lawrencio, que luego fueron expuestos a una corriente de cloro gaseoso, y entonces se formó un producto de cloruro volátil. Este producto se dedujo que es ²⁵⁶LrCl₃, y esto confirmó que el lawrencio típicamente es un elemento actínido.[15]

Los primeros estudios en fase acuosa de lawrencio fueron reportados en 1970 por el equipo de física nuclear del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California. Este equipo utilizó la reacción nuclear ²⁴⁹Cf + ¹¹B para producir núcleos de lawrencio. Ellos fueron capaces de demostrar que el lawrencio forma un ion trivalente, similar a los de otros elementos actínidos, pero en contraste con el de nobelio. Otros experimentos en 1988 confirmaron la formación de un ion trivalente de lawrencio (III) utilizando cromatografía de intercambio de aniones, con un complejo de α-hidroxiisobutirato (α-HIB). Comparando el tiempo de elución con el de otros actínidos permitió determinar en 88,6 ± 0,3 picómetros el radio iónico de Lr³⁺.[16] Los intentos por reducir el lawrencio en el tercer estado de ionización (III) al lawrencio (I) usando el potente agente reductor clorhidrato de hidroxilamina no tuvieron éxito.[17]

 ²⁰⁵Tl(⁵⁰Ti,xn)^255-xLr (x=2?)

Esta reacción se estudió en una serie de experimentos en 1976 por Yuri Oganessian y su equipo en el Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares (LFRN). Se proporcionaron pruebas de la formación de ²⁵³Lr en el canal de salida 2n.

 ²⁰³Tl(⁵⁰Ti,xn)^253-xLr

Esta reacción se estudió en una serie de experimentos en 1976 por Yuri Oganessian y su equipo en el LFRN.

 ²⁰⁸Pb(⁴⁸Ti,pxn)^255-xLr (x=1?)

Esta reacción fue reportada en 1984 por Yuri Oganessian en el LFRN. El equipo fue capaz de detectar desintegraciones de ²⁴⁶Cf, un producto descendiente de ²⁵⁴Lr.

 ²⁰⁸Pb(⁴⁵Sc,xn)^253-xLr

Esta reacción también se estudió en una serie de experimentos en 1976 por Yuri Oganessian y su equipo en el LFRN. Los resultados no están disponibles.

 ²⁰⁹Bi(⁴⁸Ca,xn)^257-xLr (x=2)

Esta reacción ha sido utilizada para estudiar las propiedades espectroscópicas de ²⁵⁵Lr. El equipo del Grand Accélérateur National d'Ions Lourds usó esta reacción en 2003 y el equipo del LFRN la usó entre 2004 y 2006 para proveer más información acerca del esquema de desintegración de ²⁵⁵Lr. El trabajo proporcionó evidencia de un nivel isomérico en ²⁵⁵Lr.

 ²⁴³Am(¹⁸O,xn)^261-xLr (x=5)

Esta reacción se estudió por primera vez en 1965 por el equipo del LFRN. Ellos fueron capaces de detectar actividad con una desintegración característica de 45 segundos, que fueron atribuidos a ²⁵⁶Lr o ²⁵⁷Lr. Trabajos posteriores sugirieron una asignación a ²⁵⁶Lr. Otros estudios en 1968 produjeron una actividad alfa de 8,35-8,60 MeV con una vida media de 35 segundos. Esta actividad también fue atribuida inicialmente a ²⁵⁶Lr o ²⁵⁷Lr y posteriormente solo a ²⁵⁶Lr.

 ²⁴³Am(¹⁶O,xn)^259-xLr (x=4)

Esta reacción se estudió en 1970 por el equipo del LFRN. Ellos fueron capaces de detectar una actividad alfa de 8,37 MeV, con una vida media de 22 segundos. Este fue atribuido a ²⁵⁵Lr.[9]

 ²⁴⁸Cm(¹⁵N,xn)^263-xLr (x=3,4,5)

Esta reacción se estudió en 1971 por el equipo del LBNL en su estudio acerca de los isótopos de lawrencio. Fueron capaces de atribuir actividades alfa desde los canales de salida 3n a 5n, de los isótopos ²⁶⁰Lr, ²⁵⁹Lr and ²⁵⁸Lr.

 ²⁴⁸Cm(¹⁸O,pxn)^265-xLr (x=3,4)

Esta reacción se estudió en 1988 en el LBNL con el fin de evaluar la posibilidad de producir ²⁶²Lr y ²⁶¹Lr sin tener que utilizar un blanco con el exótico isótopo ²⁵⁴Es. También se usó para tratar de medir una rama en la captura de electrones en ^261mRf desde el canal de salida 5n.

Después de la extracción del componente Lr(III), pudieron medir la fisión espontánea de ²⁶¹Lr con una vida media de 44 minutos. La sección transversal de la producciónfue de 700 pb. Sobre esta base, un 14% de la rama de captura de electrones se calculó si este isótopo se produjo mediante el canal 5n, en lugar del canal p4n.

Un bombardeo de energía más bajo (93 MeV c.f. 97 MeV) se usó para medir la producción de ²⁶² en el canal p3n. El isótopo se detectó exitosamente y se midió un rendimiento de 240 pb. El rendimiento fue más bajo del esperado, comparado con el canal p4n. Sin embargo, los resultados se evaluaron para indicar que el ²⁶¹Lr probablemente se produjo por un canal p3n y por lo tanto se sugirió un límite superior del 14% para la rama de captura de electrones de ^261mRf.

 ²⁴⁶Cm(¹⁴N,xn)^260-xLr (x=3?)

Esta reacción se estudió brevemente en 1958 en el LBNL utilizando un blanco enriquecido de curio-244 (5 % ²⁴⁶Cm). Se observó un actividad alfa aproximada a 9 MeV con una vida media de alrededor de 0,25 segundos. Resultados posteriores sugirieron una asignación tentativa a ²⁵⁷Lr desde el canal 3n.

 ²⁴⁴Cm(¹⁴N,xn)^258-xLr

Esta reacción se estudió brevemente en 1958 en el LBNL utilizando un blanco enriquecido de ²⁴⁴Cm (5 % ²⁴⁶Cm). Se observó una actividad alfa aproximada a 9 MeV con una vida media de alrededor de 0,25 segundos. Resultados posteriores sugirieron una asignación tentativa a ²⁵⁷Lr desde el canal 3n con el componente ²⁴⁶Cm. No se reportó actividades asociadas con la reacción con el componente ²⁴⁴Cm.

 ²⁴⁹Bk(¹⁸O,αxn)^263-xLr (x=3)

Esta reacción se estudió brevemente en 1971 por el equipo del LBNL en su estudio acerca de los isótopos de lawrencio. Fueron capaces de detectar una actividad asignada a ²⁶⁰Lr.[9] La reacción se repitió en 1988 para estudiar la química acuosa del lawrencio. Se midieron un total de 23 desintegraciones alfa de ²⁶⁰Lr, con una energía media de 8,03 MeV y una vida media de 2,7 minutos. La sección transversal calculada fue de 8,7 nb.

 ²⁵²Cf(¹¹B,xn)^263-xLr (x=5,7??)

Esta reacción se estudió en 1961 en la Universidad de California por Albert Ghiorso, en la que se usó un blanco de californio (52 % de ²⁵²Cf). Se observaron tres actividades alfa de 8,6, 8,4 y 8,2 MeV, con vidas medias de entre 8 y 15 segundos, respectivamente. La actividad de 8,6 MeV fue atribuida tentativamente a ²⁵⁷Lr.[5] Resultados posteriores sugirieron una reasignación a ²⁵⁸Lr, resultante del canal 5n. La actividad de 8,4 MeV también fue asignada a ²⁵⁷Lr. Resultados posteriores sugirieron una reasignación a ²⁵⁶Lr. Esto se debe probablemente del componente de 33 % de ²⁵⁰Cf en el blanco en vez del canal 7n. La actividad de 8,2 MeV fue asociada subsecuentemente con nobelio.

 ²⁵²Cf(¹⁰B,xn)^262-xLr (x=4,6)

Esta reacción se estudió por primera vez en 1961 en la Universidad de California por Albert Ghiorso, utilizando un blanco de californio (52% ²⁵²Cf). Se observaron tres actividades alfa de 8,6, 8,4 y 8,2 MeV, con vidas medias de entre 8 y 15 segundos, respectivamente. La actividad de 8,6 MeV fue atribuida tentativamente a ²⁵⁷Lr.[5] Resultados posteriores sugirieron una reasignación a ²⁵⁸Lr. La actividad de 8,4 MeV también se asignó a ²⁵⁷. Resultados posteriores sugirieron una reasignación a ²⁵⁶Lr. La actividad de 8,2 MeV fue asociada subsecuentemente con nobelio.

 ²⁵⁰Cf(¹⁵N,αxn)^260-xLr (x=3)

Esta reacción se estudió en 1971 en el LBNL. Se identificó una actividad alfa de 0,7 s con dos líneas alfa en 8,87 y 8,82 MeV. Esta se asignó a ²⁵⁷Lr.[9]

 ²⁴⁹Cf(¹¹B,xn)^260-xLr (x=4)

Esta reacción se estudió por primera vez en 1970 en el LBNL en un intento de estudiar la químic acuosa del lawrencio. Se logró medir una actividad Lr³⁺.[9] La reacción se repitió en 1976 en Oak Ridge, y se confirmó el tiempo de vida de 26 segundos del ²⁵⁶Lr a través de la medición de rayos X coincidentes.

 ²⁴⁹Cf(¹²C,pxn)^260-xLr (x=2)

Esta reacción se estudió en 1971 por el equipo del LBNL. Se detectó una actividad atribuida a ²⁵⁸Lr desde el canal p2n.[9]

 ²⁴⁹Cf(¹⁵N,αxn)^260-xLr (x=2,3)

Esta reacción se estudió en 1971 por el equipo del LBNL. Se detectó una actividad atribuida a ²⁵⁸Lr y ²⁵⁷Lr desde los canales α2n y α3n.[9] La reacción se repitió en 1976 en Oak Ridge y se confirmó la síntesis de ²⁵⁸Lr.

 ²⁵⁴Es + ²²Ne – transferencia

Esta reacción se estudió en el LBNL. Se detectaron nuevas actividades de fisión espontánea atribuidas a ²⁶¹Lr y ²⁶²Lr, resultantes de la transferencia desde el núcleo de ²²Ne al blanco de ²⁵⁴Es. Asimismo, una actividad de fisión espontánea de 5 ms de retraso se detectó en coincidencia con los rayos X de la capa K del nobelio, y fue asignada a ²⁶²No, resultante de la captura de electrones de ²⁶²Lr.

Se han identificado isótopos de lawrencio en la desintegración de elementos más pesados. Las observaciones hasta la fecha se resumen en la siguiente tabla:

Un estudio acerca de las propiedades de desintegración del ²⁵⁷Db en el 2001 por Hessberger y otros en el GSI proporcionó algunos datos sobre la desintegración del ²⁵³Lr. El análisis de los datos indicó la población de dos niveles isoméricos en ²⁵³Lr desde la desintegración de los isómeros correspondientes en ²⁵⁷Db. Al estado basal se le asignó un espín y paridad de 7/2-, decayendo por emisión de una partícula alfa de 8794 KeV con una vida media de 0,57 segundos. El nivel isomérico se le asignó un espín y paridad de 1/2-, decayendo por emisión de una partícula alfa de 8722 KeV, con una vida media de 1,49 segundos.[19]

Un trabajo reciente en la espectroscopía de ²⁵⁵Lr formada en la reacción ²⁰⁹Bi(⁴⁸Ca,2n)²⁵⁵Lr proporcionó evidencia de un nivel isomérico.