Bohri

El bohri és un element químic sintètic el símbol del qual és Bh i el seu nombre atòmic és 107. Forma part del 7è període de la taula periòdica i és l'element més pesant del grup 7. Té aquest nom en honor de Niels Bohr. Els períodes de semidesintegració dels isòtops més estables són de l'ordre de només un minut.

Bohri
107Bh
seaborgi ← bohri → hassi Re ↑ Bh ↓ (Upe) Taula periòdica
Aspecte
Desconegut
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Bohri, Bh, 107
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	7, 7, d
Pes atòmic estàndard	[270]
Configuració electrònica	[Rn] 5f14 6d5 7s2 (calculat)[1][2] 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2 (predit)
Propietats físiques
Fase	Sòlid (predit[3])
Densitat (prop de la t. a.)	37,1 (predit)[2][4] g·cm−3
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	7, 5, 4, 3 (predit)[2] (només els estats d'oxidació en negreta es coneixen experimentalment)
Energies d'ionització (més)	1a: 742,9 (estimat)[2] kJ·mol−1
	2a: 1.688,5 (estimat)[2] kJ·mol−1
	3a: 2.566,5 (estimat)[2] kJ·mol−1
Radi atòmic	128 (predit)[2] pm
Radi covalent	141 (estimat)[5] pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Hexagonal compacta (predit)[3]
Nombre CAS	54037-14-8
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del bohri
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 274Bh sin ~54 s[6] α 8,8 270Db 272Bh sin 9,8 s α 9,02 268Db 271Bh sin 1,2 s[7] α 9,35[7] 267Db 270Bh sin 61 s α 8,93 266Db 267Bh sin 17 s α 8,83 263Db Només s'inclouen els isòtops de semivida superior a 1 segon

Va ser sintetitzat i identificat sense ambigüitat en 1981 per un equip de Darmstadt, Alemanya, dirigit per P. Armbruster i G. Müzenberg. La reacció usada per produir l'element va ser proposada i aplicada el 1976 per un grup de Dubna (prop de Moscou), que estava sota la guia de Yuri Oganesian. Un blanc de ²⁰⁹Bi va ser bombardejat per un feix de projectils de ⁵⁴Cr.

La millor tècnica per identificar un nou isòtop és la seva correlació genètica amb isòtops coneguts a través d'una cadena de desintegració radioactiva. En general, aquestes cadenes de decaïment s'interrompen per fissió espontània. Per tal d'aplicar l'anàlisi de cadena de decaïment s'haurien de produir aquells isòtops que són més estables davant de la fissió espontània, és a dir, isòtops amb nombres imparells de protons i neutrons. Per fer que aquestes pèrdues per fissió es mantinguin petites, cal produir un nucli amb la mínima energia d'excitació possible. En aquest aspecte, són avantatjoses les reaccions en què s'utilitzen companys de col·lisió relativament simètrics i nuclis estretament enllaçats de capa tancada com el ²⁰⁹Bi i el ²⁰⁸Pb com a blancs, i el ⁴⁸Ca i el ⁵⁰Ti com a projectils. A l'experiment de Darmstadt es van trobar sis cadenes de decaïment. Tots els decaïments poden atribuir-se al ²⁶²Bh, un nucli imparell produït en una reacció d'un neutró. L'isòtop ²⁶²Bh decau per decaïment de partícula alfa, amb una vida mitjana d'uns 5ms. Certs experiments de Dubna, duts a terme el 1983, van establir la producció de ²⁶²Bh en la reacció ²⁰⁹Bi + ⁵⁴Cr.

Història

El bohri fou sintetitzat i identificat sense ambigüitat el 1981 per un equip de la Societat per a la Investigació en Ions Pesants (GSI) de Darmstadt, aleshores Alemanya Occidental, encapçalat per Gottfried Münzenberg.^[8] La reacció usada per a produir-lo havia estat proposada i aplicada el 1976 per un grup de l'Institut de Recerca Nuclear de Dubnà, aleshores Unió Soviètica, sota la direcció de Iuri Oganessian. Consistia a bombardejar blancs de bismut 209 i plom 208 amb nuclis accelerats de crom 54 i manganès 55, respectivament, per a produir bohri 262.^[9] Les reaccions proposades pels soviètics són:

Niels Bohr, circa 1910

$${\displaystyle {\ce {^209_83Bi + ^54_24Cr -> ^262_107Bh + ^1_0n}}}$$$${\displaystyle {\ce {^208_82Pb + ^55_25Mn -> ^262_107Bh + ^1_0n}}}$$

L'equip alemany utilitzà bismut 209 i obtingué els isòtops bohri 260 i bohri 261,^[10] mitjançant el procés anomenat de fusió freda, que consisteix a fer que dos nuclis xoquin amb energies amb excitació baixa i, per tant, aprofitant la reducció de la tendència de desintegració d'aquests àtoms. Fou el primer element a sintetitzar-se d'aquesta manera.^[11] La reacció de síntesi del bohri 261 és:^[10]

$${\displaystyle {\ce {^209_83Bi + ^54_24Cr -> ^261_107Bh + 2 ^1_0n}}}$$

A l'hora de buscar-li un nom, el grup alemany suggerí, el setembre de 1992, denominar-ho nielsbohri amb el símbol Ns per a honrar al físic danès Niels Bohr (1885-1962), un dels «pares» de la teoria quàntica. El 1994, un comitè de la Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (IUPAC) recomanà anomenar-lo bohri i no nielsbohri. Els descobridors s'hi oposaren, perquè existia certa preocupació que el nom pogués confondre's amb el bor i, en particular, la distinció dels noms de les seves respectius oxoanions, bohrat i borat. L'assumpte es consultà a la secció danesa de la IUPAC que, malgrat aquest problema, votà a favor del nom bohri, i fou reconegut internacionalment el 1997.^[12]

Propietats

Grup	7
Període
4	25 Mn
5	43 Tc
6	75 Re
7	107 Bh

No s'han pogut determinar les propietats del bohri de forma experimental degut als baixos períodes de semidesintegració de tots els seus isòtops. Teòricament, s'han fet prediccions sobre les seves propietats i s'espera que sigui sòlid en condicions normals, que presenti una estructura cristal·lina hexagonal molt compacta (c/a = 1,62) i que el seu radi atòmic sigui al voltant dels 128 pm. A més, hauria de ser un metall molt pesant amb una densitat d'uns 37,1 g/cm³. Això es deu a l'elevada massa atòmica del bohri, a les contraccions de lantanoides i actinoides, i als efectes relativistes.^[12]

El bohri, amb configuració electrònica calculada ${\displaystyle {\ce {[Rn] 5f^14 6d^5 7s^2}}}$, és el cinquè metall de transició del període 7 i el membre més pesant del grup 7 de la taula periòdica, sota el manganès, tecneci i reni. Tots ells presenten fàcilment l'estat d'oxidació +7, el qual es torna més estable a mesura que es descendeix en el grup. Per tant, s'espera que el bohri tengui un estat d'oxidació estable de +7, així com els estats inferiors +3 i +4. Els elements del seu grup formen heptaòxids volàtils, que en dissoldre's en aigua formen l'àcid corresponent. També es formen oxihalurs a partir de l'halogenació de l'òxid, per la qual cosa el bohri podria formar l'òxid volàtil ${\displaystyle {\ce {Bh2O7}}}$, l'àcid perbòhric, ${\displaystyle {\ce {HBhO4}}}$ i l'oxiclorur ${\displaystyle {\ce {BhO3Cl}}}$ entre altres.^[12]

Isòtops

Article principal: Isòtops del bohri

S'han descrit setze isòtops del bohri que han estat sintetitzats mitjançant la fusió freda de dos àtoms o mitjançant la descomposició d'elements més pesants. Tots els isòtops són radioactius, no té isòtops estables o naturals, i el seu isòtop conegut més estable, ${\displaystyle {\ce {^270Bh}}}$, té un període de semidesintegració d'aproximadament 61 s, encara que l'isòtop ${\displaystyle {\ce {^270Bh}}}$ podria tenir, encara sense confirmar, un període de semidesintegració d'uns 690 s.^[12]

Els isòtops rics en protons amb nombres màssics 260, 261 i 262 es produïren directament per fusió freda; els que tenen nombres màssics 262 i 264 s'observaren en les cadenes de decadència del meitneri i del roentgeni.^[13] Per exemple el meitneri 266 dona el bohri 262 emetent una partícula alfa:^[14]

$${\displaystyle {\ce {^266_109Mt -> ^262_107Bh + ^4_2He}}}$$

Els isòtops rics en neutrons amb nombres màssics 265, 266, 267 s'obtingueren en irradiacions de dianes d'actinoides. Els cinc més rics en neutrons amb nombres màssics 270, 271, 272, 274 i 278 (no confirmat) apareixen a les cadenes de decadència d'elements de nombre atòmic superior (nihoni, moscovi, tennes i flerovi), en concret ${\displaystyle {\ce {^282Nh}}}$, ${\displaystyle {\ce {^287Mc}}}$, ${\displaystyle {\ce {^288Mc}}}$, ${\displaystyle {\ce {^294Ts}}}$ i ${\displaystyle {\ce {^290Fl}}}$ respectivament.^[13] Així el ${\displaystyle {\ce {^287Mc}}}$ dona ${\displaystyle {\ce {^271Bh}}}$ per emissió de quatre partícules alfa segons la cadena:^[15]

$${\displaystyle {\ce {^287Mc ->[\alpha] ^283Nh ->[\alpha] ^279Rg ->[\alpha] ^275Mt ->[\alpha] ^271Bh}}}$$

Química experimental

El 1995, el primer informe sobre l'intent d'aïllament de l'element no va tenir èxit, cosa que va donar lloc a nous estudis teòrics per investigar la millor manera d'investigar el bohri (utilitzant els seus homòlegs més lleugers, el tecneci i el reni, a manera de comparació) i eliminar els elements contaminants no desitjats, com els actínids trivalents, els elements del grup 5 i el poloni.^[16]

L'any 2000 es va confirmar que, encara que els efectes relativistes són importants, el bohri es comporta com un element típic del grup 7.^[17] Un equip del Paul Scherrer Institute (PSI) va dur a terme una reacció química usant sis àtoms de ²⁶⁷Bh produïts en la reacció entre ²⁴⁹Bk i ²² Ions Ne. Els àtoms resultants es van termalitzar i van reaccionar amb una barreja de HCl/O₂ per formar un oxiclorur volàtil. La reacció també va produir isòtops dels seus homòlegs més lleugers, tecneci (com ¹⁰⁸Tc) i reni (com ¹⁶⁹Re). Es van mesurar les corbes d'adsorció isotèrmica i van donar una forta evidència de la formació d'un oxiclorur volàtil amb propietats similars a les de l'oxiclorur de reni. Això va col·locar el bohri com un membre típic del grup 7.^[18] Les entalpies d'adsorció dels oxiclorurs de tecneci, reni i bohri es van mesurar en aquest experiment, coincidint molt bé amb les prediccions teòriques i implicant una seqüència de volatilitat d'oxiclorur decreixent cap al grup 7 de TcO₃Cl > ReO₃Cl > BhO₃Cl.^[2]

2 Bh + 3 O
2 + 2 HCl → 2 BhO
3Cl + H
2

Els isòtops pesants de vida més llarga del bohri, produïts com a fills d'elements més pesants, ofereixen avantatges per a futurs experiments radioquímics. Encara que l'isòtop pesat ²⁷⁴Bh requereix un blanc rar i molt radioactiu de berkeli per a la seva producció, els isòtops ²⁷²Bh, ²⁷¹Bh, i ²⁷⁰Bh es poden produir en forma relativament fàcil com a filles dels isòtops moscovi i nihoni.^[19]

Referències

1. Johnson, E.; Fricke, B.; Jacob, T.; Dong, C. Z.; Fritzsche, S.; Pershina, V. «Ionization potentials and radii of neutral and ionized species of elements 107 (bohrium) and 108 (hassium) from extended multiconfiguration Dirac–Fock calculations». The Journal of Chemical Physics, 116, 2002, pàg. 1862. Bibcode: 2002JChPh.116.1862J. DOI: 10.1063/1.1430256.
2. Haire, Richard G. «Transactinides and the future elements». A: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements. 3a edició. Dordrecht (Països Baixos): Springer Science+Business Media, 2006. ISBN 1-4020-3555-1.
3. Östlin, A.; Vitos, L. «First-principles calculation of the structural stability of 6d transition metals». Physical Review B, 84, 11, 2011. Bibcode: 2011PhRvB..84k3104O. DOI: 10.1103/PhysRevB.84.113104.
4. Fricke, Burkhard «Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties». Recent Impact of Physics on Inorganic Chemistry, 21, 1975, pàg. 89–144. DOI: 10.1007/BFb0116498 [Consulta: 4 octubre 2013].
5. Chemical Data. Bohrium - Bh, Royal Chemical Society
6. Oganessian, Y. T.; Abdullin, F. S.; Bailey, P. D.; Benker, D. E.; Bennett, M. E.; Dmitriev, S. N.; Ezold, J. G.; Hamilton, J. H.; Henderson, R. A. «Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117». Physical Review Letters, 104, 14, 2010, pàg. 142502. Bibcode: 2010PhRvL.104n2502O. DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.142502. PMID: 20481935. (dona una semivida d'1,3 min basat en un sol esdeveniment; la conversió a semivida s'aconsegueix multiplicant per ln(2).)
7. FUSHE. «Synthesis of SH-nuclei», 2012.
8. Münzenberg, G.; Hofmann, S.; Heßberger, F. P.; Reisdorf, W.; Schmidt, K. H. «Identification of element 107 byα correlation chains» (en anglès). Zeitschrift für Physik A Atoms and Nuclei, 300, 1, 01-03-1981, pàg. 107–108. DOI: 10.1007/BF01412623. ISSN: 0939-7922.
9. Oganessian, Yu. Ts.; Demin, A. G.; Danilov, N. A.; Flerov, G. N.; Ivanov, M. P. «On spontaneous fission of neutron-deficient isotopes of elements 103, 105 and 107» (en anglès). Nuclear Physics A, 273, 2, 30-11-1976, pàg. 505–522. DOI: 10.1016/0375-9474(76)90607-2. ISSN: 0375-9474.
10. Moody, K.J.. «Synthesis of Superheavy Elements». A: Matthias Schädel, Dawn Shaughnessy. The Chemistry of Superheavy Elements (en anglès). 2a edició. Berlín: Springer Science & Business Media, 2014. ISBN 978-3-642-37466-1.
11. «Bohrium - Element information, properties and uses» (en anglès). Periodic Table. Royal Society of Chemistry. [Consulta: 14 abril 2020].
12. Peña Zorrilla, A. «Z = 107, bohrio, Bh. Nombrado en honor del científico danés Niels Bohr». An. Quím., 115, 2, 2019, pàg. 169. Arxivat de l'original el 2020-02-07 [Consulta: 14 abril 2020].
13. Münzenberg, G.; Gupta, M. Production and Identification of Transactinide Elements (en anglès). Boston, MA: Springer US, 2011, p. 877–923. DOI 10.1007/978-1-4419-0720-2_19. ISBN 978-1-4419-0720-2.
14. «Isotope data for meitnerium-266 in the Periodic Table». [Consulta: 14 abril 2020].
15. «Isotope data for moscovium-287 in the Periodic Table». [Consulta: 14 abril 2020].
16. Malmbeck, R.; Skarnemark, G.; Alstad, J.; Fure, K.; Johansson, M.; Omtvedt, J. P. «Chemical Separation Procedure Proposed for Studies of Bohrium». Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, vol. 246, 2, 2000, pàg. 349. DOI: 10.1023/A:1006791027906.
17. Gäggeler, H. W.; Eichler, R.; Brüchle, W.; Dressler, R.; Düllmann, Ch. E.; Eichler, B.; Gregorich, K. E.; Hoffman, D. C.; Hübener, S. «Chemical characterization of bohrium (element 107)». Nature, vol. 407, 6800, 2000, pàg. 63–5. Bibcode: 2000Natur.407...63E. DOI: 10.1038/35024044. PMID: 10993071.
18. Eichler, R. «Gas chemical investigation of bohrium (Bh, element 107)». GSI Annual Report 2000. Arxivat de l'original el 2012-02-19. [Consulta: 29 febrer 2008].
19. Moody, Kenton J. «Synthesis of Superheavy Elements». A: Schädel, Matthias. The Chemistry of Superheavy Elements. 2nd. Springer Science & Business Media, 2013-11-30, p. 24–8. ISBN 9783642374661.

Bibliografia

• Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M.; Huang, W. J.; Naimi, S. «The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties». Chinese Physics C, vol. 41, 3, 2017, pàg. 030001. Bibcode: 2017ChPhC..41c0001A. DOI: 10.1088/1674-1137/41/3/030001.
• Beiser, A. Concepts of modern physics. 6th. McGraw-Hill, 2003. ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC 48965418.
• Hoffman, D. C.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T.. The Transuranium People: The Inside Story. World Scientific, 2000. ISBN 978-1-78-326244-1.
• Kragh, H. From Transuranic to Superheavy Elements: A Story of Dispute and Creation. Springer, 2018. ISBN 978-3-319-75813-8.
• Zagrebaev, V.; Karpov, A.; Greiner, W. «Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?». Journal of Physics: Conference Series, vol. 420, 1, 2013, pàg. 012001. arXiv: 1207.5700. Bibcode: 2013JPhCS.420a2001Z. DOI: 10.1088/1742-6596/420/1/012001. ISSN: 1742-6588.

Enllaços externs

• webelements.com - Bohri (anglès)
• environmentalchemistry.com - Bohri (anglès)

En altres projectes de Wikimedia:
Commons	Commons (Galeria)
Commons	Commons (Categoria)

Viccionari