Einsteinium - Einsteinium

Einsteinium,  ₉₉ Es

Einsteinium
Pronunție	/ Aɪ n s t aɪ n i ə m / ( eyen- STY -nee-əm )
Aspect	argintiu; strălucește albastru în întuneric
Numar de masa	[252]
Einsteinium în tabelul periodic
Hidrogen Heliu Litiu Beriliu Bor Carbon Azot Oxigen Fluor Neon Sodiu Magneziu Aluminiu Siliciu Fosfor Sulf Clor Argon Potasiu Calciu Scandiu Titan Vanadiu Crom Mangan Fier Cobalt Nichel Cupru Zinc Galiu Germaniu Arsenic Seleniu Brom Krypton Rubidiu Stronţiu Itriu Zirconiu Niobiu Molibden Technetium Ruteniu Rodiu Paladiu Argint Cadmiu Indiu Staniu Antimoniu Telurul Iod Xenon Cesiu Bariu Lantan Ceriu Praseodim Neodim Prometiu Samariu Europium Gadolinium Terbiu Disproziu Holmiu Erbiu Tuliu Ytterbium Lutetium Hafniu Tantal Tungsten Reniu Osmiu Iridiu Platină Aur Mercur (element) Taliu Conduce Bismut Poloniu Astatine Radon Francium Radiu Actinium Toriu Protactiniu Uraniu Neptunium Plutoniu Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendeleviu Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson Ho ↑ Es ↓ (Upt) californiu ← einsteinium → fermium
Număr atomic ( Z )	99
grup	grup n / a
Perioadă	perioada 7
bloc	blocul f
Configuratie electronica	[ Rn ] 5f 11 7s 2
Electroni pe coajă	2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
Proprietăți fizice
Faza la  STP	solid
Punct de topire	1133  K (860 ° C, 1580 ° F)
Punct de fierbere	1269 K (996 ° C, 1825 ° F) (estimat)
Densitate (aproape  rt )	8,84 g / cm 3
Proprietăți atomice
Stări de oxidare	+2, +3 , +4
Electronegativitate	Scala Pauling: 1.3
Energiile de ionizare
Liniile spectrale de einsteinium
Alte proprietăți
Apariție naturală	sintetic
Structură cristalină	cubice cu fețe centrate (fcc)
Ordinea magnetică	paramagnetic
Numar CAS	7429-92-7
Istorie
Denumire	după Albert Einstein
Descoperire	Laboratorul Național Lawrence Berkeley (1952)
Principalii izotopi ai einsteiniei
Izotop Abundenţă Timp de înjumătățire ( t 1/2 ) Modul de descompunere Produs 252 Es sin 471,7 d α 248 Bk ε 252 Cf β - 252 Fm 253 Es sin 20,47 d SF - α 249 Bk 254 Es sin 275,7 d ε 254 Cf β - 254 Fm α 250 Bk 255 Es sin 39,8 d β - 255 Fm α 251 Bk SF -
Categorie: Einsteinium vedere vorbi Editați | × | referințe

Einsteiniu este un element sintetic cu simbolul Es și numărul atomic 99. Einsteiniu este un membru al seriei de actinide și este al șaptelea element transuranic . A fost numit în cinstea lui Albert Einstein .

Einsteinium a fost descoperit ca o componentă a resturilor primei explozii cu bombă de hidrogen în 1952. Cel mai comun izotop einsteinium-253 (timp de înjumătățire 20,47 zile) este produs în mod artificial din decăderea californiului -253 în câteva reactoare nucleare dedicate de mare putere. cu un randament total de ordinul unui miligram pe an. Sinteza reactorului este urmată de un proces complex de separare a einsteinium-253 de alte actinide și produse ale degradării lor. Alți izotopi sunt sintetizați în diverse laboratoare, dar în cantități mult mai mici, prin bombardarea elementelor grele de actinidă cu ioni ușori. Datorită cantităților mici de einsteinium produs și a timpului de înjumătățire scurt al izotopului său cel mai ușor de produs, în prezent nu există aproape nicio aplicație practică în afara cercetării științifice de bază. În special, einsteinium a fost folosit pentru a sintetiza, pentru prima dată, 17 atomi ai noului element mendelevium în 1955.

Einsteiniu este un, argintiu, moale paramagnetic de metal . Chimia sa este tipică actinidelor târzii, cu o preponderență a stării de oxidare +3 ; starea de oxidare +2 este, de asemenea, accesibilă, în special la solide. Radiactivitatea ridicată a einsteinium-253 produce o strălucire vizibilă și îi deteriorează rapid rețeaua metalică cristalină, cu căldură eliberată de aproximativ 1000 de wați pe gram. Dificultatea de a studia proprietățile sale se datorează decăderii einsteinium-253 la berkeliu -249 și apoi californiu-249 la o rată de aproximativ 3% pe zi. Izotopul einsteinium cu cea mai lungă perioadă de înjumătățire, einsteinium-252 (timp de înjumătățire 471,7 zile) ar fi mai potrivit pentru investigarea proprietăților fizice, dar s-a dovedit mult mai dificil de produs și este disponibil doar în cantități mici, și nu en gros. Einsteinium este elementul cu cel mai mare număr atomic care a fost observat în cantități macroscopice în forma sa pură și acesta a fost isotopul comun de scurtă durată einsteinium-253.

La fel ca toate elementele transuranice sintetice, izotopii einsteiniei sunt foarte radioactivi și sunt considerați foarte periculoși pentru sănătate la ingestie.

Istorie

Einsteinium a fost identificat pentru prima dată în decembrie 1952 de Albert Ghiorso și colegii săi de la Universitatea din California, Berkeley, în colaborare cu laboratoarele naționale Argonne și Los Alamos , în urma testului nuclear Ivy Mike . Testul a fost efectuat la 1 noiembrie 1952, la atolul Enewetak din Oceanul Pacific și a fost primul test de succes al unei bombe cu hidrogen . Examinarea inițială a resturilor de la explozie a arătat producerea unui nou izotop de plutoniu ,²⁴⁴
₉₄Pu
, care s-ar fi putut forma doar prin absorbția a șase neutroni de către un nucleu de uraniu-238 urmat de două dezintegrări beta .

${\ displaystyle {\ ce {^ {238} _ {92} U -> [{\ ce {+6 (n, \ gamma)}}] [- 2 \ \ beta ^ {-}] {} _ {94 } ^ {244} Pu}}}$

La acea vreme, absorbția multiplă de neutroni era considerată a fi un proces extrem de rar, dar identificarea ²⁴⁴
₉₄Pu
a indicat că încă mai mulți neutroni ar fi putut fi capturați de nucleele de uraniu, producând astfel elemente noi mai grele decât californiul .

Ghiorso și colegii săi au analizat hârtiile de filtru care au fost zburate prin norul de explozie pe avioane (aceeași tehnică de eșantionare care a fost folosită pentru a descoperi ²⁴⁴
₉₄Pu
). Cantități mai mari de material radioactiv au fost ulterior izolate din resturile de corali ale atolului, care au fost livrate în SUA. Separarea elementelor noi suspectate a fost efectuată în prezența unei soluții tampon de acid citric / amoniu într-un mediu slab acid ( pH ≈ 3,5 ), folosind schimbul de ioni la temperaturi ridicate; mai puțin de 200 de atomi de einsteiniu au fost recuperați în final. Cu toate acestea, elementul 99 (einsteiniu), și anume izotopul său ²⁵³ Es, ar putea fi detectat prin descompunerea sa caracteristică alfa de mare energie la 6,6 MeV. A fost produs prin captarea a 15 neutroni de către uraniul-238 nuclee, urmat de șapte beta-dezintegrări și a avut un timp de înjumătățire de 20,5 zile. O astfel de absorbție multiplă de neutroni a fost posibilă datorită densității ridicate a fluxului de neutroni în timpul detonării, astfel încât izotopii grei nou generați aveau o mulțime de neutroni disponibili de absorbit înainte de a se putea dezintegra în elemente mai ușoare. Captarea neutronilor a ridicat inițial numărul de masă fără a schimba numărul atomic al nuclidului, iar beta-dezintegrările concomitente au dus la o creștere treptată a numărului atomic:

${\ displaystyle {\ ce {^ {238} _ {92} U -> [{\ ce {+ 15n}}] [6 \ beta ^ -] ^ {253} _ {98} Cf -> [\ beta ^ -] ^ {253} _ {99} Es}}}$

Cu toate acestea, aproximativ ^{238 de} atomi U ar putea absorbi doi neutroni suplimentari (pentru un total de 17), rezultând ²⁵⁵ Es, precum și izotopul de ²⁵⁵ Fm al unui alt element nou, fermiul . Descoperirea noilor elemente și a noilor date asociate privind captarea multiplă de neutroni au fost inițial păstrate secrete la ordinele armatei SUA până în 1955 din cauza tensiunilor din Războiul Rece și a concurenței cu Uniunea Sovietică în domeniul tehnologiilor nucleare. Cu toate acestea, captarea rapidă a atât de mulți neutroni ar oferi o confirmare experimentală directă a așa-numitului proces r absorbția multiplă a neutronilor necesară pentru a explica nucleosinteza cosmică (producția) anumitor elemente chimice grele (mai grele decât nichelul) în exploziile supernova , înainte de descompunere beta . Un astfel de proces este necesar pentru a explica existența multor elemente stabile în univers.

Între timp, izotopii elementului 99 (precum și ai elementului nou 100, fermium ) au fost produse în laboratoarele Berkeley și Argonee, într-o reacție nucleară între azot -14 și uraniu-238, iar ulterior prin iradiere intensă a neutronilor plutoniului sau californiului :

${\ displaystyle {\ ce {^ {252} _ {98} Cf -> [{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {253} _ {98} Cf -> [\ beta ^ -] [ 17,81 {\ ce {d}}] ^ {253} _ {99} Es -> [{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {254} _ {99} Es -> [\ beta ^ - ] ^ {254} _ {100} Fm}}}$

Aceste rezultate au fost publicate în mai multe articole în 1954, cu renunțarea la faptul că acestea nu au fost primele studii care au fost efectuate asupra elementelor. Echipa Berkeley a raportat, de asemenea, unele rezultate cu privire la proprietățile chimice ale einsteinium și fermium. Rezultatele Ivy Mike au fost declasificate și publicate în 1955.

În descoperirea elementelor 99 și 100, echipele americane au concurat cu un grup la Institutul Nobel pentru Fizică , Stockholm , Suedia . La sfârșitul anului 1953 - începutul anului 1954, grupul suedez a reușit sinteza izotopilor ușori ai elementului 100, în special ²⁵⁰ Fm, prin bombardarea uraniului cu nuclee de oxigen. Aceste rezultate au fost publicate și în 1954. Cu toate acestea, prioritatea echipei Berkeley a fost recunoscută în general, întrucât publicațiile sale au precedat articolul suedez și s-au bazat pe rezultatele nedezvăluite anterior ale exploziei termonucleare din 1952; astfel echipa Berkeley a primit privilegiul de a numi noile elemente. Deoarece efortul care a condus la proiectarea lui Ivy Mike a fost denumit în cod Proiect PANDA, elementul 99 a fost poreclit în glumă „Pandemonium”, dar numele oficiale sugerate de grupul Berkeley au derivat de la doi oameni de știință proeminenți, Albert Einstein și Enrico Fermi : „Vă sugerăm pentru numele elementului cu numărul atomic 99, einsteinium (simbolul E) după Albert Einstein și pentru numele elementului cu numărul atomic 100, fermium (simbolul Fm), după Enrico Fermi. " Atât Einstein, cât și Fermi au murit între momentul în care numele au fost inițial propuse și când au fost anunțate. Descoperirea acestor elemente noi a fost anunțată de Albert Ghiorso la prima conferință atomică de la Geneva, care a avut loc în perioada 8-20 august 1955. Simbolul pentru einsteinium a fost dat mai întâi ca „E” și ulterior schimbat în „Es” de IUPAC.

Caracteristici

Fizic

Einsteinium este un metal sintetic, alb-argintiu, radioactiv. În tabelul periodic , acesta este situat în dreapta actinidului californiu , în stânga ferminului actinidic și sub lantanidul holmiu cu care împărtășește multe asemănări în proprietățile fizice și chimice. Densitatea sa de 8,84 g / cm ³ este mai mică decât cea a californiului (15,1 g / cm ³ ) și este aproape aceeași cu cea a holmiului (8,79 g / cm ³ ), în ciuda einsteiniei atomice fiind mult mai grea decât holmiul. Punctul de topire al einsteiniei (860 ° C) este, de asemenea, relativ scăzut - sub californiu (900 ° C), fermiu (1527 ° C) și holmiu (1461 ° C). Einsteiniu este un metal moale, cu modulul masiv de numai 15 GPa, a cărui valoare este una dintre cele mai scăzute dintre metalele nealcaline .

Contrar actinidelor mai ușoare californiu , berkeliu , curiu și americi care cristalizează într-o structură hexagonală dublă în condiții ambientale, se crede că einsteiniu are o simetrie cubică ( fcc ) centrată pe față cu grupul spațial Fm 3 m și constanta rețelei a = 575 pm. Cu toate acestea, există un raport de temperatura camerei einsteiniu hexagonal de metal cu un = 398 pm și c = 650 pm, care este transformat în fcc fază după încălzire la 300 ° C.

Autodeteriorarea indusă de radioactivitatea einsteiniei este atât de puternică încât distruge rapid rețeaua cristalină, iar eliberarea de energie în timpul acestui proces, 1000 de wați pe gram de ²⁵³ Es, induce o strălucire vizibilă. Aceste procese pot contribui la densitatea relativ mică și la punctul de topire al einsteiniei. Mai mult, datorită dimensiunii reduse a probelor disponibile, punctul de topire al einsteiniei a fost adesea dedus prin observarea probei încălzite în interiorul unui microscop electronic. Astfel, efectele suprafeței în probe mici ar putea reduce valoarea punctului de topire.

Metalul este trivalent și are o volatilitate vizibil ridicată. Pentru a reduce daunele provocate de auto-radiații, cele mai multe măsurători ale einsteiniei solide și ale compușilor săi se efectuează imediat după recoacere termică. De asemenea, unii compuși sunt studiate sub atmosfera de gaz reducator, de exemplu , H ₂ O + HCI pentru EsOCl , astfel încât proba este parțial regrown în timpul descompunerii acesteia.

În afară de autodistrugerea einsteiniei solide și a compușilor săi, alte dificultăți intrinseci în studierea acestui element includ deficitul - cel mai frecvent izotop ²⁵³ Es este disponibil doar o dată sau de două ori pe an în cantități sub-miligrame - și autocontaminarea din cauza conversia einsteiniei în berkeliu și apoi în californiu cu o rată de aproximativ 3,3% pe zi:

${\ displaystyle {\ ce {^ {253} _ {99} Es -> [\ alpha] [20 {\ ce {d}}] ^ {249} _ {97} Bk -> [\ beta ^ -] [ 314 {\ ce {d}}] ^ {249} _ {98} Cf}}}$

Astfel, majoritatea probelor de einsteiniu sunt contaminate, iar proprietățile lor intrinseci sunt adesea deduse prin extrapolarea datelor experimentale acumulate în timp. Alte tehnici experimentale pentru a ocoli problema contaminării includ excitația optică selectivă a ionilor de einsteiniu de către un laser reglabil, cum ar fi studierea proprietăților sale de luminescență.

Proprietățile magnetice au fost studiate pentru metalul einsteiniu, oxidul și fluorura acestuia. Toate cele trei materiale au prezentat un comportament paramagnetic Curie – Weiss de la heliu lichid la temperatura camerei. Momentele magnetice efective au fost deduse ca10,4 ± 0,3  µ _B pentru Es ₂ O ₃ și11,4 ± 0,3 µ _B pentru EsF ₃ , care sunt cele mai mari valori dintre actinide și temperaturile Curie corespunzătoare sunt 53 și 37 K.

Chimic

La fel ca toate actinidele, einsteiniul este destul de reactiv. Starea sa de oxidare trivalentă este cea mai stabilă în solide și soluții apoase, unde induce o culoare roz pal. Existența einsteiniului bivalent este ferm stabilită, în special în faza solidă; o astfel de stare +2 nu este observată în multe alte actinide, inclusiv protactiniu , uraniu , neptuniu , plutoniu, curiu și berkeliu. Compușii Einsteinium (II) pot fi obținuți, de exemplu, prin reducerea einsteinium (III) cu clorură de samariu (II) . Starea de oxidare +4 a fost postulată din studiile de vapori și este încă incertă.

Izotopi

Nouăsprezece izotopi și trei izomeri nucleari sunt cunoscuți pentru einsteinium, cu numere de masă cuprinse între 240 și 257. Toate sunt radioactive, iar cel mai stabil nuclid, ²⁵² Es, are un timp de înjumătățire de 471,7 zile. Următorii izotopi cei mai stabili sunt ²⁵⁴ Es (timpul de înjumătățire 275,7 zile), ²⁵⁵ Es (39,8 zile) și ²⁵³ Es (20,47 zile). Toți izotopii rămași au perioade de înjumătățire mai mici de 40 de ore și majoritatea se descompun în mai puțin de 30 de minute. Dintre cei trei izomeri nucleari, cel mai stabil este ^254m Es cu un timp de înjumătățire de 39,3 ore.

Fisiune nucleara

Einsteiniu are o rată ridicată de fisiune nucleară care are ca rezultat o masă critică scăzută pentru o reacție nucleară susținută în lanț . Această masă este de 9,89 kilograme pentru o sferă goală de izotop ²⁵⁴ Es și poate fi redusă la 2,9 kilograme prin adăugarea unui reflector de neutroni din oțel cu grosimea de 30 de centimetri sau chiar la 2,26 kilograme cu un reflector de 20 cm grosime din apă. Cu toate acestea, chiar și această mică masă critică depășește cu mult cantitatea totală de einsteiniu izolată până acum, în special din rara izotop ²⁵⁴ Es.

Apariție naturală

Din cauza scurtei perioade de înjumătățire a tuturor izotopilor einsteiniului, orice einsteinium primordial - adică einsteinium care ar fi putut fi prezent pe Pământ în timpul formării sale - a decăzut de mult. Sinteza einsteiniei din actinidele naturale, uraniul și toriul din scoarța terestră necesită captarea multiplă de neutroni, ceea ce este un eveniment extrem de puțin probabil. Prin urmare, tot einsteiniul terestru este produs în laboratoare științifice, reactoare nucleare de mare putere sau în teste de arme nucleare și este prezent doar în câțiva ani de la momentul sintezei.

Elementele transuranice de la americiu la fermiu , inclusiv einsteiniu, au apărut în mod natural în reactorul natural de fisiune nucleară de la Oklo , dar nu mai fac acest lucru.

Einsteinium a fost observat și detectat în Steaua lui Przybylski în 2008.

Sinteza și extracția

Einsteiniu este produs în cantități mici prin bombardarea actinidelor mai ușoare cu neutroni în reactoare nucleare dedicate cu flux ridicat . Principalele surse de iradiere din lume sunt reactorul cu izotop înalt flux de 85 de megawați (HFIR) de la Laboratorul Național Oak Ridge din Tennessee, SUA și reactorul cu buclă SM-2 de la Institutul de Cercetare a Reactoarelor Atomice (NIIAR) din Dimitrovgrad, Rusia , ambele fiind dedicate producției de elemente transcurium ( Z  > 96). Aceste instalații au niveluri similare de putere și flux și se așteaptă să aibă capacități de producție comparabile pentru elementele de transcuri, deși cantitățile produse la NIIAR nu sunt raportate pe scară largă. Într-o „campanie tipică de procesare” la Oak Ridge, zeci de grame de curiu sunt iradiate pentru a produce cantități de decigramă de californiu , cantități de miligrame de berkeliu ( ²⁴⁹ Bk) și cantități de einsteiniu și picogramă de fermiu .

Prima probă microscopică de ²⁵³ Es probă cântărind aproximativ 10 nanograme a fost preparată în 1961 la HFIR. Un echilibru magnetic special a fost conceput pentru a-i estima greutatea. Loturi mai mari au fost produse ulterior pornind de la câteva kilograme de plutoniu cu randamente de einsteiniu (în principal ²⁵³ Es) de 0,48 miligrame în 1967-1970, 3,2 miligrame în 1971-1973, urmate de o producție constantă de aproximativ 3 miligrame pe an între 1974 și 1978. Aceste cantități se referă totuși la cantitatea integrală din țintă imediat după iradiere. Procedurile de separare ulterioare au redus cantitatea de einsteiniu pur izotopic de aproximativ zece ori.

Sinteza de laborator

Iradierea puternică cu neutroni a plutoniului are ca rezultat patru izotopi majori ai einsteiniei: ²⁵³ Es (emițător α cu timp de înjumătățire de 20,47 zile și cu un timp de înjumătățire spontană de fisiune de 7 × 10 ⁵ ani); ^{254 m} Es (β-emițător cu timp de înjumătățire de 39,3 ore), ²⁵⁴ Es (α-emițător cu timp de înjumătățire de aproximativ 276 zile) și ²⁵⁵ Es (β-emițător cu timp de înjumătățire de 39,8 zile). O cale alternativă implică bombardarea uraniului-238 cu fascicule de ioni de azot sau de oxigen de mare intensitate.

Einsteiniu-247 (timp de înjumătățire 4,55 minute) a fost produs prin iradierea americiului-241 cu carbon sau uraniu-238 cu ioni de azot. Ultima reacție a fost realizată pentru prima dată în 1967 la Dubna, Rusia, iar oamenii de știință implicați au primit Premiul Lenin Komsomol .

Izotopul ²⁴⁸ Es a fost produs prin iradierea ²⁴⁹ Cf cu ioni deuteriu . Se descompune în principal prin emisia de electroni la ²⁴⁸ Cf cu un timp de înjumătățire de25 ± 5 minute, dar eliberează și α-particule de 6,87 MeV de energie, cu raportul dintre electroni și α-particule de aproximativ 400.

${\ displaystyle {\ ce {^ {249} _ {98} Cf + ^ {2} _ {1} D -> ^ {248} _ {99} Es + 3 ^ {1} _ {0} n}} \ quad \ left ({\ ce {^ {248} _ {99} Es -> [\ epsilon] [27 {\ ce {min}}] ^ {248} _ {98} Cf}} \ right)}$

Izotopii mai grei ²⁴⁹ Es, ²⁵⁰ Es, ²⁵¹ Es și ²⁵² Es au fost obținuți prin bombardarea ²⁴⁹ Bk cu particule α. Unul până la patru neutroni sunt eliberați în acest proces făcând posibilă formarea a patru izotopi diferiți într-o singură reacție.

${\ displaystyle {\ ce {^ {249} _ {97} Bk -> [+ \ alpha] ^ {249,250,251,252} _ {99} Es}}}$

Einsteinium-253 a fost produs prin iradierea unei ținte de 0,1-0,2 miligrame ²⁵² Cf cu un flux de neutroni termici de (2-5) × 10 ¹⁴ neutroni · cm ⁻² · s ⁻¹ timp de 500–900 ore:

${\ displaystyle {\ ce {^ {252} _ {98} Cf -> [{\ ce {(n, \ gamma)}}] ^ {253} _ {98} Cf -> [\ beta ^ -] [ 17,81 {\ ce {d}}] ^ {253} _ {99} Es}}}$

În 2020, oamenii de știință de la Oak Ridge National Laboratory au reușit să creeze 233 nanograme de ²⁵⁴ Es, un nou record mondial. Acest lucru a permis ca unele proprietăți chimice ale elementului să fie studiate pentru prima dată.

Sinteza în explozii nucleare

Analiza resturilor la testul nuclear Ivy Mike de 10 megatoni a făcut parte din proiectul pe termen lung. Unul dintre obiective a fost studierea eficienței producției de elemente transuranice în explozii nucleare de mare putere. Motivația acestor experimente a fost că sinteza unor astfel de elemente din uraniu necesită captare multiplă de neutroni. Probabilitatea unor astfel de evenimente crește odată cu fluxul de neutroni , iar exploziile nucleare sunt cele mai puternice surse de neutroni antropici, oferind densități de ordinul 10 ²³ neutroni / cm ² într-o microsecundă sau aproximativ 10 ²⁹ neutroni / (cm ² · s ). În comparație, fluxul reactorului HFIR este de 5 × 10 ¹⁵ neutroni / (cm ² · s). Un atelier dedicat a fost înființat chiar la Atolul Enewetak pentru analiza preliminară a resturilor, deoarece unii izotopi ar fi putut să se descompună până când probele de resturi au ajuns în continentul american. care a survolat atolul după teste. În timp ce se spera să se descopere elemente chimice noi mai grele decât fermiul, niciunul dintre acestea nu a fost găsit chiar și după o serie de explozii megatonice efectuate între 1954 și 1956 la atol.

Rezultatele atmosferice au fost completate de datele de testare subterane acumulate în anii 1960 la locul de testare din Nevada , deoarece se spera că exploziile puternice efectuate în spațiu închis ar putea duce la randamente îmbunătățite și izotopi mai grei. În afară de încărcările tradiționale de uraniu, au fost încercate combinații de uraniu cu americi și toriu , precum și o sarcină mixtă de plutoniu-neptuni, dar au avut mai puțin succes în ceea ce privește randamentul și au fost atribuite pierderilor mai puternice de izotopi grei datorită ratelor de fisiune îmbunătățite. în sarcini cu elemente grele. Izolarea produsului a fost problematică, deoarece exploziile răspândeau resturi prin topirea și vaporizarea rocilor înconjurătoare la adâncimi de 300-600 de metri. Forarea la astfel de adâncimi pentru extragerea produselor a fost atât lentă, cât și ineficientă în ceea ce privește volumele colectate.

Printre cele nouă teste subterane care au fost efectuate între 1962 și 1969, ultimul a fost cel mai puternic și a avut cel mai mare randament de elemente transuranice. Miligrame de einsteiniu care ar dura în mod normal un an de iradiere într-un reactor de mare putere, au fost produse într-o microsecundă. Cu toate acestea, problema practică majoră a întregii propuneri a fost colectarea resturilor radioactive dispersate de explozia puternică. Filtrele pentru aeronave au absorbit doar aproximativ 4 × 10 ^{- 14} din cantitatea totală, iar colectarea de tone de corali la atolul Enewetak a crescut această fracțiune cu doar două ordine de mărime. Extragerea a aproximativ 500 de kilograme de roci subterane la 60 de zile după explozia Hutch a recuperat doar aproximativ 1 × 10 ^{- 7} din încărcătura totală. Cantitatea de elemente transuranice din acest lot de 500 kg a fost doar de 30 de ori mai mare decât într-o rocă de 0,4 kg prelevată la 7 zile după test, ceea ce a demonstrat dependența extrem de neliniară a randamentului elementelor transuranice de cantitatea de rocă radioactivă recuperată. Arborii au fost forați la fața locului înainte de test pentru a accelera colectarea probelor după explozie, astfel încât explozia ar expulza materialul radioactiv din epicentru prin arbori și pentru a colecta volume în apropierea suprafeței. Această metodă a fost încercată în două teste și a furnizat instantaneu sute de kilograme de material, dar cu concentrație de actinide de 3 ori mai mică decât în ​​probele obținute după forare. În timp ce o astfel de metodă ar fi putut fi eficientă în studiile științifice ale izotopilor de scurtă durată, nu ar putea îmbunătăți eficiența generală de colectare a actinidelor produse.

Deși nu s-au putut detecta elemente noi (în afară de einsteiniu și fermiu) în resturile testelor nucleare, iar randamentele totale ale elementelor transuranice au fost dezamăgitor de scăzute, aceste teste au oferit cantități semnificativ mai mari de izotopi grei rare decât anterior disponibile în laboratoare.

Separare

Procedura de separare a einsteiniei depinde de metoda de sinteză. În cazul bombardării cu ioni ușori în interiorul unui ciclotron, ținta ionică grea este atașată la o folie subțire, iar einsteiniul generat este pur și simplu spălat de pe folie după iradiere. Cu toate acestea, cantitățile produse în astfel de experimente sunt relativ mici. Randamentele sunt mult mai mari pentru iradierea reactorului, dar acolo, produsul este un amestec de diferiți izotopi actinidici, precum și lantanide produse în fisiunile nucleare. În acest caz, izolarea einsteiniei este o procedură plictisitoare care implică mai multe etape repetate ale schimbului de cationi, la temperatură și presiune ridicate și cromatografie. Separarea de berkeliu este importantă, deoarece cel mai frecvent izotop de einsteinium produs în reactoarele nucleare, ²⁵³ Es, se descompune cu un timp de înjumătățire de numai 20 de zile până la ²⁴⁹ Bk, care este rapid pe perioada de timp a majorității experimentelor. O astfel de separare se bazează pe faptul că berkeliul se oxidează ușor la starea solidă +4 și precipită, în timp ce alte actinide, inclusiv einsteiniu, rămân în starea lor +3 în soluții.

Separarea actinidelor trivalente de produșii de fisiune a lantanidelor se poate face printr-o coloană de rășină schimbătoare de cationi utilizând o soluție 90% apă / 10% etanol saturat cu acid clorhidric (HCI) ca eluant . De obicei este urmată de cromatografie cu schimb de anioni folosind HCI 6 molari ca eluant. O coloană de rășină cu schimb de cationi (coloană de schimb Dowex-50) tratată cu săruri de amoniu este apoi utilizată pentru a separa fracțiile care conțin elementele 99, 100 și 101. Aceste elemente pot fi apoi identificate pur și simplu pe baza poziției / timpului de eluare, utilizând α-hidroxiizobutirat soluție (α-HIB), de exemplu, ca eluant.

Separarea celor 3+ actinide poate fi realizată și prin cromatografie de extracție cu solvent, folosind acid bis- (2-etilhexil) fosforic (prescurtat ca HDEHP) ca fază organică staționară și acid azotic ca fază apoasă mobilă. Secvența de eluție a actinidelor este inversată de cea a coloanei de rășină schimbătoare de cationi. Einsteiniul separat prin această metodă are avantajul de a fi lipsit de agent de complexare organic, în comparație cu separarea utilizând o coloană de rășină.

Pregătirea metalului

Einsteiniu este foarte reactiv și, prin urmare, sunt necesari agenți de reducere puternici pentru a obține metalul pur din compușii săi. Acest lucru se poate realiza prin reducerea fluorurii de einsteiniu (III) cu litiu metalic :

EsF ₃ + 3 Li → Es + 3 LiF

Cu toate acestea, datorită punctului său de topire scăzut și a ratei mari de deteriorare a radiațiilor de sine, einsteiniul are o presiune de vapori ridicată, care este mai mare decât cea a fluorurii de litiu. Acest lucru face ca această reacție de reducere să fie destul de ineficientă. A fost încercat în primele încercări de pregătire și rapid abandonat în favoarea reducerii oxidului de einsteinium (III) cu metal de lantan :

Es ₂ O ₃ + 2 La → 2 Es + La ₂ O ₃

Compuși chimici

Structura cristalină și constantele de rețea ale unor compuși Es

Compus	Culoare	Simetrie	Grup spațial	Nu	Simbolul Pearson	a ( pm )	b (pm)	c (pm)
Es 2 O 3	Incolor	Cub	Ia 3	206	cI80	1076.6
Es 2 O 3	Incolor	Monoclinic	C2 / m	12	mS30	1411	359	880
Es 2 O 3	Incolor	Hexagonal	P 3 m1	164	hP5	370		600
ESF 3		Hexagonal
ESF 4		Monoclinic	C2 / c	15	mS60
EsCl 3	portocale	Hexagonal	C6 3 / m		hP8	727		410
EsBr 3	Galben	Monoclinic	C2 / m	12	mS16	727	1259	681
EsI 3	Chihlimbar	Hexagonal	R 3	148	hR24	753		2084
EsOCl		Tetragonal	P4 / nmm			394,8		670.2

Oxizi

Oxidul de einsteiniu (III) (Es ₂ O ₃ ) a fost obținut prin arderea azotatului de einsteiniu (III). Formează cristale cubice incolore, care au fost caracterizate mai întâi din probe de micrograme de dimensiuni de aproximativ 30 nanometri. Alte două faze, monoclinice și hexagonale, sunt cunoscute pentru acest oxid. Formarea unei anumite faze Es ₂ O ₃ depinde de tehnica de pregătire și de istoricul probelor și nu există o diagramă clară a fazelor. Interconversiile dintre cele trei faze pot apărea spontan, ca urmare a auto-iradierii sau auto-încălzirii. Faza hexagonală este izotipică cu oxid de lantan (III) unde ionul Es ³⁺ este înconjurat de un grup de ioni O ² -coordonat cu 6 .

Halogenuri

Halogenurile de einsteiniu sunt cunoscute pentru stările de oxidare +2 și +3. Cea mai stabilă stare este +3 pentru toate halogenurile de la fluor la iodură.

Fluorul de einsteiniu (III) (EsF ₃ ) poate fi precipitat din soluțiile de clorură de einsteiniu (III) la reacția cu ionii de fluor . O procedură alternativă de preparare este de expunere einsteiniu (III) oxid la trifluorurii de clor (CLF ₃ ) sau F ₂ gaz la o presiune de 1-2 atmosfere și o temperatură cuprinsă între 300 și 400 ° C. Structura cristalină EsF ₃ este hexagonală, ca și în fluorura de californiu (III) (CfF ₃ ) unde ionii Es ³⁺ sunt de 8 ori coordonați de ioni fluor într-un aranjament prismatic trigonal bicapped .

Clorură de einsteiniu (III) (EsCl ₃ ) pot fi preparați prin alipire einsteiniu (III) , oxid în atmosferă de vapori de acid clorhidric gazos uscat la aproximativ 500 ° C , timp de aproximativ 20 de minute. Se cristalizează la răcire la aproximativ 425 ° C într - un solid , cu o portocală hexagonală structură de UCl ₃ tip , unde atomii einsteiniu sunt de 9 ori mai coordonate de atomi de clor într - un tricapped trigonal prisme geometrie. Einsteiniu bromură (III) (ESBR ₃ ) este un solid galben pal , cu o monoclinic structură de AlCb ₃ tip , unde atomii einsteiniu sunt octaedric coordonate de brom (număr de coordinare 6).

Compușii bivalenți ai einsteiniei se obțin prin reducerea halogenurilor trivalente cu hidrogen :

2 EsX ₃ + H ₂ → 2 EsX ₂ + 2 HX, X = F, Cl, Br, I

Einsteinium (II) clorură (EsCl ₂ ), einsteinium (II) bromură (EsBr ₂ ) și einsteinium (II) iodură (EsI ₂ ) au fost produse și caracterizate prin absorbție optică, fără informații structurale disponibile încă.

Oxihalidele cunoscute ale einsteiniei includ EsOCl, EsOBr și EsOI. Aceste săruri sunt sintetizați prin tratarea unui trihalogenură cu un amestec de vapori de apă și acidul halogenat corespunzător: de exemplu, EsCl ₃ + H ₂ O / HCI pentru a obține EsOCl.

Compuși organoeinsteinici

Radiactivitatea ridicată a einsteiniei are o utilizare potențială în radioterapie , iar complexele organometalice au fost sintetizate pentru a furniza atomi de einsteiniu către un organ adecvat din corp. Au fost efectuate experimente privind injectarea citratului de einsteiniu (precum și a compușilor de fermiu) câinilor. Einsteiniu (III) a fost, de asemenea, încorporat în complexe de chelat beta-dicetonă , deoarece complexele analoage cu lantanide au arătat anterior cea mai puternică luminescență excitată UV în rândul compușilor metalorganici. La prepararea complexelor de einsteiniu, ionii Es ³⁺ au fost diluați de 1000 de ori cu ioni Gd ³⁺ . Acest lucru a permis reducerea daunelor cauzate de radiații, astfel încât compușii să nu se dezintegreze în perioada de 20 de minute necesare pentru măsurători. Luminiscența rezultată din Es ^{3+ a} fost mult prea slabă pentru a fi detectată. Acest lucru a fost explicat de energiile relative nefavorabile ale constituenților individuali ai compusului care au împiedicat transferul eficient de energie din matricea chelați către ionii Es ³⁺ . Concluzii similare au fost trase pentru alte actinide americice, berkeliu și fermiu.

Luminescența ionilor Es ^{3+ a} fost totuși observată în soluții anorganice de acid clorhidric, precum și în soluție organică cu acid di (2-etilhexil) ortofosforic. Prezintă un vârf larg la aproximativ 1064 nanometri (jumătate de lățime aproximativ 100 nm) care poate fi excitat rezonant de lumina verde (aproximativ 495 nm lungime de undă). Luminiscența are o durată de viață de câteva microsecunde și randamentul cuantic sub 0,1%. Viteza de decădere neradiativă relativ ridicată, comparată cu lantanidele, în Es ^{3+ a} fost asociată cu interacțiunea mai puternică a electronilor f cu electronii interiori Es ³⁺ .

Aplicații

Aproape că nu este folosit niciun izotop al einsteiniului în afara cercetării științifice de bază care vizează producerea de elemente transuranice superioare și transactinide .

În 1955, mendeleviul a fost sintetizat prin iradierea unei ținte formate din aproximativ 10 ⁹ atomi de ²⁵³ E în ciclotronul de 60 de inci de la Berkeley Laboratory. Reacția rezultată de ²⁵³ Es (α, n) ²⁵⁶ Md a dat 17 atomi ai noului element cu numărul atomic de 101.

Izotopul rar einsteinium-254 este favorizat pentru producerea de elemente ultra-grele datorită masei sale mari, timpului de înjumătățire relativ lung de 270 de zile și disponibilității în cantități semnificative de câteva micrograme. Prin urmare, einsteinium-254 a fost folosit ca țintă în încercarea de sinteză a ununeniului (elementul 119) în 1985, bombardându-l cu ioni de calciu-48 la acceleratorul liniar superHILAC de la Berkeley, California. Nu s-au identificat atomi, stabilind o limită superioară pentru secțiunea transversală a acestei reacții la 300 nanobarn .

${\ displaystyle {\ ce {{^ {254} _ {99} Es} + {^ {48} _ {20} Ca} -> {^ {302} _ {119} Uue ^ {\ ast}} -> nu \ atomi}}}$

Einsteinium-254 a fost folosit ca marker de calibrare în spectrometrul de analiză chimică („ analizor de suprafață de dispersie alfa ”) al sondei lunare Surveyor 5 . Masa mare a acestui izotop a redus suprapunerea spectrală între semnalele de la marker și elementele mai ușoare studiate ale suprafeței lunare.

Siguranță

Majoritatea datelor disponibile despre toxicitatea einsteiniei provin din cercetări pe animale. După ingestia de către șobolani , doar aproximativ 0,01% einsteiniu se termină în fluxul sanguin. De acolo, aproximativ 65% se îndreaptă spre oase, unde ar rămâne aproximativ 50 de ani, dacă nu pentru decăderea sa radioactivă, ca să nu mai vorbim de durata maximă de viață de 3 ani a șobolanilor, 25% până la plămâni (timpul de înjumătățire biologic aproximativ 20 de ani, deși acest lucru este din nou făcut irelevant de scurtele perioade de înjumătățire ale izotopilor einsteinium), 0,035% la testicule sau 0,01% la ovare - unde einsteinium rămâne pe termen nelimitat. Aproximativ 10% din cantitatea ingerată este excretată. Distribuția einsteiniei pe suprafețele osoase este uniformă și este similară cu cea a plutoniului.

Referințe

Bibliografie

• Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Chimia elementelor (ed. A II-a). Butterworth – Heinemann. ISBN 978-0080379418.
• Haire, Richard G. (2006). „Einsteinium”. În Morss, Lester R .; Edelstein, Norman M .; Fuger, Jean (eds.). Chimia elementelor actinidice și transactinidice (PDF) . 3 (ed. A 3-a). Dordrecht, Olanda: Springer. pp. 1577–1620. doi : 10.1007 / 1-4020-3598-5_12 . ISBN 978-1-4020-3555-5. Arhivat din original (PDF) la 17.07.2010.
• Holleman, Arnold F. și Wiberg, Nils (2007). Manual de chimie anorganică (ed. 102). Berlin: de Gruyter. ISBN 978-3-11-017770-1.
• Seaborg, GT, ed. (23 ianuarie 1978). Lucrările Simpozionului de comemorare a 25-a aniversare a elementelor 99 și 100 (PDF) . Raport LBL-7701.

linkuri externe

• Einsteinium la Tabelul periodic al videoclipurilor (Universitatea din Nottingham)
• Factori legați de vârstă în metabolismul și dozimetria radionuclizilor: proceduri - conține mai multe studii legate de sănătate ale einsteiniei