Bohrio

El bohrio es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Bh y su número atómico es 107. Su nombre le fue dado en honor al científico danés Niels Bohr.

Seaborgio ← Bohrio → Hasio
107 Bh
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Información general
Nombre, símbolo, número	Bohrio, Bh, 107
Serie química	Metales de transición
Grupo, período, bloque	7, 7, d
Masa atómica	264 u
Configuración electrónica	[Rn] 5f14 6d5 7s2[1][2]
Electrones por nivel	(imagen)
Apariencia	Probablemente es un metal gris un poco celeste
Propiedades atómicas
Radio atómico (calc)	128 (estimado) pm (radio de Bohr)
Radio covalente	141 (estimado) pm
Estado(s) de oxidación	7,6,4,2,3
1.ª energía de ionización	742,9 (predicción) kJ/mol
2.ª energía de ionización	1688,5 (predicción) kJ/mol
3.ª energía de ionización	2566,5 (predicción) kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del bohrio
iso AN Periodo MD Ed PD MeV 274Bh Sintético 54 s α 8,8 270Db 272Bh Sintético 9,8 s α 9,02 268Db 271Bh Sintético 1,2 s α 9,35 267Db 270Bh Sintético 61 s α 8,93 266Db 267Bh Sintético 17 s α 8,83 263Db
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.
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Elemento químico que se espera que tenga propiedades químicas semejantes a las del elemento renio. Fue sintetizado e identificado sin ambigüedad en 1981 por un equipo de Darmstadt, Alemania, equipo dirigido por P. Armbruster y G. Müzenberg. La reacción usada para producir el elemento fue propuesta y aplicada en 1976 por un grupo de Dubna (cerca de Moscú), que estaba bajo la guía de Yuri Oganesián. Un blanco de ²⁰⁹Bi fue bombardeado por un haz de proyectiles de ⁵⁴Cr.

La mejor técnica para identificar un nuevo isótopo es su correlación genética con isótopos conocidos a través de una cadena de desintegración radiactiva. En general, estas cadenas de decaimiento se interrumpen por fisión espontánea. Con el fin de aplicar el análisis de cadena de decaimiento deberían producirse aquellos isótopos que son más estables frente a la fisión espontánea, es decir, isótopos con números impares de protones y neutrones. Para hacer que estas pérdidas por fisión se mantengan pequeñas, debe producirse un núcleo con la mínima energía de excitación posible. En este aspecto, son ventajosas las reacciones en las que se utilizan compañeros de colisión relativamente simétricos y núcleos estrechamente enlazados de capa cerrada como el ²⁰⁹Bi y el ²⁰⁸Pb como blancos, y el ⁴⁸Ca y el ⁵⁰Ti como proyectiles. En el experimento de Darmstadt se encontraron seis cadenas de decaimiento. Todos los decaimientos pueden atribuirse al ²⁶²Bh, un núcleo impar producido en una reacción de un neutrón. El isótopo ²⁶²Bh decae por decaimiento de partícula alfa, con una vida media de unos 5ms. Ciertos experimentos de Dubna, llevados a cabo en 1983, establecieron la producción de ²⁶²Bh en la reacción ²⁰⁹Bi + ⁵⁴Cr.

Descubrimiento

Dos grupos reclamaron el descubrimiento del elemento. La evidencia de bohrio fue reportada por primera vez en 1976 por un equipo de investigación soviético dirigido por Yuri Oganessian, en el cual blancos de bismuto-209 y plomo-208 fueron bombardeados con núcleos acelerados de cromo -54 y manganeso-55 respectivamente.^[3] Se observaron dos actividades, una con una vida media de uno a dos milisegundos y la otra con una vida media de aproximadamente cinco segundos. Dado que la relación de las intensidades de estas dos actividades fue constante a lo largo del experimento, se propuso que la primera era del isótopo bohrio-261 y que la segunda era de su hija dubnio-257. Más tarde, el isótopo de dubnio se corrigió a dubnio-258, que de hecho tiene una vida media de cinco segundos (el dubnio-257 tiene una vida media de un segundo); sin embargo, la vida media observada para su padre es mucho más corta que las vidas medias observadas más tarde en el descubrimiento definitivo de bohrio en Darmstadt en 1981. El Grupo de Trabajo Transfermium (TWG) de IUPAC/IUPAP llegó a la conclusión que aunque el dubnio-258 probablemente fue observado en este experimento, la evidencia de la producción de su padre bohrio-262 no fue lo suficientemente convincente.^[4]

En 1981, un grupo de investigación alemán liderado por Peter Armbruster y Gottfried Münzenberg en el Centro Helmholtz del GSI para Investigación con Iones Pesados (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) en Darmstadt bombardeó un blanco de bismuto-209 con núcleos acelerados de cromo-54 para producir 5 átomos del isótopo bohrio-262:^[5]

Bi²⁰⁹ + Cr⁵⁴ → Bh²⁶² + n

Este descubrimiento fue corroborado por sus mediciones detalladas de la cadena de desintegración alfa de los átomos de bohrio producidos a isótopos de fermio y californio ya conocidos. El Grupo de Trabajo Transfermium (TWG) de IUPAC/IUPAP reconoció la colaboración del GSI como descubridores oficiales en su informe de 1992.^[4]

Propiedades predichas

Se han medido muy pocas propiedades del bohrio o sus compuestos; esto se debe a su producción extremadamente limitada y costosa^[6] y al hecho de que el bohrio (y sus padres) se descompone muy rápidamente. Se han medido algunas propiedades singulares relacionadas con la química, pero las propiedades del bohrio metálico siguen siendo desconocidas y solo se dispone de predicciones.

Propiedades químicas

El bohrio es el quinto miembro de la serie 6d de metales de transición y el miembro más pesado del grupo 7 en la tabla periódica, debajo del manganeso, tecnecio y renio. Todos los miembros del grupo representan fácilmente su estado de oxidación grupal de +7 y el estado se vuelve más estable a medida que el grupo desciende. Por lo tanto, se espera que el bohrio forme un estado +7 estable. El tecnecio también muestra un estado estable +4 mientras que el renio muestra estados estables +4 y +3. Por lo tanto, el bohrio también puede mostrar estos estados más bajos. El estado de oxidación +7 más alto es más probable que exista en los oxianiones, como el perborato, BhO−
4, análogo al más ligero permanganato, pertecnetato y perrenato. Sin embargo, es probable que el bohrio (VII) sea inestable en solución acuosa y probablemente se reduciría fácilmente al bohrio (IV) más estable.^[7]

Se sabe que el tecnecio y el renio forman heptóxidos volátiles M₂O₇ (M = Tc, Re), por lo que el bohrio también debería formar el óxido volátil Bh₂O₇. El óxido debe disolverse en agua para formar ácido perbórico, HBhO₄. El renio y el tecnecio forman una gama de oxihaluros a partir de la halogenación del óxido. La cloración del óxido forma los oxicloruros MO₃Cl, por lo que en esta reacción debería formarse BhO₃Cl. La fluoración da como resultado MO₃F y MO₂F₃ para los elementos más pesados además de los compuestos de renio ReOF₅ y Ref₇. Por lo tanto, la formación de oxifluoruro para el bohrio puede ayudar a indicar las propiedades del eka-renio.^[8] Dado que los oxicloruros son asimétricos y deberían tener momentos bipolares cada vez más grandes al descender por el grupo, deberían volverse menos volátiles en el orden TcO₃Cl > ReO₃Cl > BhO₃Cl: esto se confirmó experimentalmente en 2000 midiendo las entalpías de adsorción de estos tres compuestos. Los valores de TcO₃Cl y ReO₃Cl son −51 kJ/mol y −61 kJ/mol respectivamente; el valor experimental de BhO₃Cl es −77,8 kJ/mol, muy cercano al valor teórico esperado de −78,5 kJ/mol.^[7]

Propiedades físicas y atómicas

Se espera que el bohrio sea sólido en condiciones normales y asuma una estructura cristalina hexagonal compacta (^c/_a =1.62), similar a su congénere más ligero, el renio. Las primeras predicciones de Fricke estimaron su densidad en 37,1 g/cm³,^[7] pero los cálculos más recientes predicen un valor algo más bajo de 26–27 g/cm³.

Se estima que el radio atómico del bohrio sea de alrededor de 128 pm.^[7] Debido a la estabilización relativista del orbital 7s y la desestabilización del orbital 6d, se prevé que el ion Bh⁺ tenga una configuración electrónica de [Rn] 5f¹⁴ 6d⁴ 7s², cediendo un electrón 6d en lugar de un electrón 7s, lo cual es opuesto al comportamiento de sus homólogos más livianos manganeso y tecnecio. Por otra paret el renio, posee una disposición similar a la de su congénere más pesado el bohrio cediendo un electrón 5d entes que un electrón 6s, ya que los efectos relativistas son significativos en el sexto orbital, donde son causales entre otras cosas del color amarillo del oro y el bajo punto de fusión del mercurio. El ion Bh²⁺ se supone que tendrá una configuación electrónica de [Rn] 5f¹⁴ 6d³ 7s²; en cambio el ion Re²⁺ se espera que tenga una configuración [Xe] 4f¹⁴ 5d⁵, análoga a la del manganeso y el tecnecio.^[7] El radio iónico del bohrio hexacoordinado heptavalente se espera sea 58 pm (los manganeso, tecnecio y renio heptavalentes tienen valores de 46, 57, y 53 pm respectivamente). El bohrio pentavalente debe tener un radio atómico más grande que 83 pm.^[7]

Química experimental

En 1995, el primer informe sobre el intento de aislamiento del elemento no tuvo éxito, lo que dio lugar a nuevos estudios teóricos para investigar la mejor manera de investigar el bohrio (utilizando sus homólogos más ligeros, el tecnecio y el renio, a modo de comparación) y eliminar los elementos contaminantes no deseados, como los actínidos trivalentes, los elementos del grupo 5 y el polonio.^[9]

En el año 2000 se confirmó que, aunque los efectos relativistas son importantes, el bohrio se comporta como un elemento típico del grupo 7.^[10] Un equipo del Paul Scherrer Institute (PSI) llevó a cabo una reacción química usando seis átomos de ²⁶⁷Bh producidos en la reacción entre ²⁴⁹Bk y ²² Iones Ne. Los átomos resultantes se termalizaron y reaccionaron con una mezcla de HCl/O₂ para formar un oxicloruro volátil. La reacción también produjo isótopos de sus homólogos más ligeros, tecnecio (como ¹⁰⁸Tc) y renio (como ¹⁶⁹Re). Se midieron las curvas de adsorción isotérmica y dieron una fuerte evidencia de la formación de un oxicloruro volátil con propiedades similares a las del oxicloruro de renio. Esto colocó al bohrio como un miembro típico del grupo 7.^[11] Las entalpías de adsorción de los oxicloruros de tecnecio, renio y bohrio se midieron en este experimento, coincidiendo muy bien con las predicciones teóricas e implicando una secuencia de volatilidad de oxicloruro decreciente hacia el grupo 7 de TcO₃Cl > ReO₃Cl > BhO₃Cl.^[7]

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

Los isótopos pesados de vida más larga del bohrio, producidos como hijos de elementos más pesados, ofrecen ventajas para futuros experimentos radioquímicos. Aunque el isótopo pesado ²⁷⁴Bh requiere un blanco raro y muy radioactivo de berkelio para su producción, los isótopos ²⁷²Bh, ²⁷¹Bh, y ²⁷⁰Bh se pueden producir en forma relativamente fácil como hijas de los isótopos moscovio y nihonio.^[12]

Véase también

• Controversia sobre la denominación de los elementos 104 al 108

Referencias

1. Johnson, E; Fricke, B; Jacob, T; Dong, C; Fritzsche, S; Pershina, V (2002). «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 (en inglés) (Melville: American Institute of Physics) 116 (5): 1862-1868. Bibcode:2002JChPh.116.1862J. ISSN 0021-9606. OCLC 5542247049. doi:10.1063/1.1430256.
2. Hoffman, D; Lee, D; Pershina, V (2006). «Transactinides and the future elements». En Morss; Edelstein, N; Fuger, J, eds. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (en inglés) (Tercera edición). Dordrecht: Springer Science+Business Media. ISBN 978-1-4020-3555-5. OCLC 1113045368.
3. Yu; Demin, A.G.; Danilov, N.A.; Flerov, G.N.; Ivanov, M.P.; Iljinov, A.S.; Kolesnikov, N.N.; Markov, B.N.; Plotko, V.M.; Tretyakova, S.P. (1976). «On spontaneous fission of neutron-deficient isotopes of elements». Nuclear Physics A 273: 505-522. doi:10.1016/0375-9474(76)90607-2.
4. Barber, R. C.; Greenwood, N. N.; Hrynkiewicz, A. Z.; Jeannin, Y. P.; Lefort, M.; Sakai, M.; Ulehla, I.; Wapstra, A. P. et al. (1993). «Discovery of the transfermium elements. Part II: Introduction to discovery profiles. Part III: Discovery profiles of the transfermium elements». Pure and Applied Chemistry 65 (8): 1757. S2CID 195819585. doi:10.1351/pac199365081757. Se sugiere usar |número-autores= (ayuda)
5. Münzenberg, G.; Hofmann, S.; Heßberger, F. P.; Reisdorf, W.; Schmidt, K. H.; Schneider, J. H. R.; Armbruster, P.; Sahm, C. C. et al. (1981). «Identification of element 107 by α correlation chains». Zeitschrift für Physik A 300 (1): 107-8. Bibcode:1981ZPhyA.300..107M. S2CID 118312056. doi:10.1007/BF01412623. Consultado el 24 de diciembre de 2016. Se sugiere usar |número-autores= (ayuda)
6. Subramanian, S. (28 de agosto de 2019). «Making New Elements Doesn't Pay. Just Ask This Berkeley Scientist». Bloomberg Businessweek. Consultado el 18 de enero de 2020.
7. Hoffman, Darleane C.; Lee, Diana M.; Pershina, Valeria (2006). "Transactinides and the future elements". In Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (eds.). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements (3rd ed.). Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media. ISBN 1-4020-3555-1.
8. Hans Georg Nadler "Rhenium and Rhenium Compounds" Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2000. doi a23_199 10.1002/14356007. a23_199
9. Malmbeck, R.; Skarnemark, G.; Alstad, J.; Fure, K.; Johansson, M.; Omtvedt, J. P. (2000). «Chemical Separation Procedure Proposed for Studies of Bohrium». Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 246 (2): 349. S2CID 93640208. doi:10.1023/A:1006791027906.
10. Gäggeler, H. W.; Eichler, R.; Brüchle, W.; Dressler, R.; Düllmann, Ch. E.; Eichler, B.; Gregorich, K. E.; Hoffman, D. C. et al. (2000). «Chemical characterization of bohrium (element 107)». Nature 407 (6800): 63-5. Bibcode:2000Natur.407...63E. PMID 10993071. S2CID 4398253. doi:10.1038/35024044.
11. Eichler, R. «Gas chemical investigation of bohrium (Bh, element 107)». GSI Annual Report 2000. Archivado desde el original el 19 de febrero de 2012. Consultado el 29 de febrero de 2008.
12. Moody, Ken (30 de noviembre de 2013). «Synthesis of Superheavy Elements». En Schädel, Matthias; Shaughnessy, Dawn, eds. The Chemistry of Superheavy Elements (2nd edición). Springer Science & Business Media. pp. 24-8. ISBN 9783642374661.

• Los Alamos National Laboratory - Bohrium

Bibliografía

• Audi, G.; Kondev, F. G.; Wang, M. et al. (2017). «The NUBASE2016 evaluation of nuclear properties». Chinese Physics C 41 (3): 030001. Bibcode:2017ChPhC..41c0001A. doi:10.1088/1674-1137/41/3/030001.
• Beiser, A. (2003). Concepts of modern physics (6th edición). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC 48965418.
• Hoffman, D. C.; Ghiorso, A.; Seaborg, G. T. (2000). The Transuranium People: The Inside Story. World Scientific. ISBN 978-1-78-326244-1.
• Kragh, H. (2018). From Transuranic to Superheavy Elements: A Story of Dispute and Creation. Springer. ISBN 978-3-319-75813-8.
• Zagrebaev, V.; Karpov, A.; Greiner, W. (2013). «Future of superheavy element research: Which nuclei could be synthesized within the next few years?». Journal of Physics: Conference Series 420 (1): 012001. Bibcode:2013JPhCS.420a2001Z. ISSN 1742-6588. S2CID 55434734. arXiv:1207.5700. doi:10.1088/1742-6596/420/1/012001.

Enlaces externos

• WebElements.com - Bohrium
• EnvironmentalChemistry.com - Bohrium

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• Multimedia: Bohrium / Q1249