Elementos sintéticos, del 93 al 118 (Parte 3)

Tabla Periódica

Elementos sintéticos, del 93 al 118 (Parte 3)

Además del grupo original de la Universidad de California, al poco tiempo de finalizar la Segunda Guerra Mundial se fueron conformando otros dos grupos dedicados a la síntesis de nuevos elementos, el de Dubna en la entonces Unión Soviética y el de Darmstadt en Alemania Occidental. Cada uno de ellos se disputó la prioridad de la síntesis de los pocos átomos que se obtenían de los elementos post-lawrencio, dándoles diferentes nombres, como joliotio, kurchatovio o nielsbohrio.

Para evitar disputas, en 1979, la IUPAC emitió una serie de recomendaciones para nombrar los elementos con Z mayor a 100 y que se muestran en el Cuadro 1.

Tras la Segunda Guerra Mundial el ímpetu en la síntesis de nuevos elementos se volvió un asunto político bajo la sombra de la Guerra Fría. El lanzamiento de dos bombas nucleares sobre población civil en Japón, cuando dicho país ya estaba derrotado militarmente, envió un claro mensaje a la entonces Unión Soviética de que el control del conocimiento sobre la estructura nuclear tenía y tendría en el futuro importantes repercusiones militares y económicas. Este mensaje sigue compartido y comprendido por las potencias nucleares de hoy: Estados Unidos, Rusia, Inglaterra, Francia, China, India, Pakistán, Israel y Corea del Norte, poseedoras de un arsenal capaz de destrozar la Tierra.

Desde la tecnociencia el tema se volvió también muy importante una vez que, casi coincidiendo con el inicio de la Guerra Fría, aparecieron nuevos modelos sobre la estructura nuclear, en particular los que indican que el núcleo tiene una estructura de capas, semejante a la que poseen los átomos. Los físicos que propusieron dichas teorías, que debían ser comprobadas experimentalmente entre otras maneras con la síntesis de nuevos elementos, se hicieron merecedores del Premio Nobel de Física en 1963. Los anteriormente llamados “números mágicos” responden a lo predicho por este modelo de estabilidad nuclear. En 1966 físicos de Dubna propusieron que uno de esos números mágicos podría ser Z = 114 además de Z = 126. Así la región entre estos dos posibles elementos daría lugar a lo que se llamó una isla de estabilidad con núcleos atómicos con t_1/2suficientemente largos para que los elementos transuránidos dejaran de ser una curiosidad. En una entrevista en 2017, Y. Oganessian, líder del grupo de Dubna, en cuyo honor se nombró oganesón al elemento con Z = 118, indicó referente a los elementos con Z > 112:

Sus tiempos de vida media son extremadamente pequeños, pero si se agregan neutrones a los núcleos de estos átomos sus tiempos de vida crecen. Añadir ocho neutrones a los isótopos más pesados conocidos de los elementos 110, 111, 112 e incluso 113 aumentarán su tiempo de vida media alrededor de 100,000 veces … pero todavía estamos lejos de la cima de la isla, donde los átomos pueden tener vidas de millones de años. Necesitaremos nuevas máquinas para alcanzarlo.

Resumiendo, desde finales de la Segunda Guerra Mundial se realizó una importante cantidad de experimentos de síntesis en Estados Unidos, Unión Soviética (Rusia), Alemania y Japón, donde se han sintetizado respectivamente 11, 8, 6 y 1 nuevos elementos, algunos de ellos resultado de investigaciones compartidas (Tablas 1 y 2). Lo anterior es una indicación del final de la frenética carrera en la que se enfrentaron los diversos grupos involucrados, herencia de la Guerra Fría.

Tabla 1. Instituciones en las que se han sintetizado los elementos artificiales

Abreviatura	Institución (País)
UC-B	Universidad de California en Berkeley (EU)
UC	Universidad de Chicago (EU)
LBNL	Laboratorio Nacional Lawrence en Berkeley (EU)
LLNL	Laboratorio Nacional Lawrence en Livermore (EU)
ORNL	Laboratorio Nacional de Oak Ridge (EU)
GSI	Centro de Investigación de Iones Pesados (Alemania)
JINR	Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (Unión Soviética-Rusia)
RIKEN	Instituto de Ciencias Naturales (Japón)

Tabla 2. Reacciones de síntesis y tiempos de vida media de los elementos transuránidos

NA	Símbolo	Nombre	Fecha y reacción de síntesis	t_1/2*	Detalles…algunos de ellos químicos
93	Np	Neptunio	1940 (UC-B); ²³⁸U con ¹n	²³⁷Np:2 **	Químicamente similar al U
94	Pu	Plutonio	1940 (UC-B); ²³⁸U con ²H	²⁴⁴Pu:80**	Se ha estimado que la cantidad total que hay en la Tierra es de 9g
95	Am	Americio	1944 (UC); ²³⁹Pu con ¹n	²⁴³Am: 473a	AmO₂. Se han sintetizado varios kilogramos.
96	Cm	Curio	1944 (UC-B); Pu con He	²⁴³Cm:29a	CmF₄
97	Bk	Berkelio	1949 (UC-B); Am con He	²⁴⁷Bk:1380a	La producción total de berkelio es un poco mayor a 1g.
98	Cf	Californio	1950 (UC-B); Cm con He	²⁵¹Cf:898a	CfI₂. Se conocen 20 isótopos. Uno de ellos se utiliza para “encender” reactores nucleares
99	Es	Einstenio	1952; U con ¹n ***	²⁵²Es:471d	Se usó para producir Md
100	Fm	Fermio	1952; U con ¹n ***	²⁵⁷Fm:101d	Otras síntesis: U con O (Suecia)
101	Md	Mendelevio	1955(UC-B); Es con He	²⁵⁸Md:52d	17 átomos
102	No	Nobelio	1958 (JINR); Pu con O	²⁵⁹No:58m	Otras síntesis: Cm con C (Suecia)
103	Lr	Laurencio	1961 (LBNL); Cm con B	²⁶⁶Lr:11h	Otras síntesis: Am con O (JINR)
104	Rf	Rutherfordio	1964 (JINR); Pu con Ne	²⁶⁷Rf:1.3h	Otras síntesis: Cu con O (LBNL)
105	Db	Dubnio	1965 (JINR); Am con Ne	²⁶⁸Db:29h	Otras síntesis: Cf con Ne (LBNL)
106	Sg	Seaborgio	1970 (LBNL); Cf con O	²⁷¹Sg:1.9m	Otras síntesis: Pb con Cr (JINR)
107	Bh	Bohrio	1975 (JINR); Bi con Cr	²⁷⁰Bh:61s	Su inequívoca síntesis fue realizada en 1981 en el GSI
108	Hs	Hassio	1978 (GSI); Pb con Fe	²⁷⁷Hs:12m	Otras síntesis: Ra con Ca (JINR)
109	Mt	Meitnerio	1982 (GSI); Bi con Fe	²⁷⁸Mt:7.6s	El isotopo inicialmente sintetizado, ²⁶⁶Mt tiene un t_1/2 = 5ms
110	Ds	Darmstatio	1994 (GSI); Pb con Ni	²⁸¹Ds:11s	****
111	Rg	Roentgenio	1994 (GSI); Bi con Ni	²⁸¹Rg:26s	En la síntesis de este elemento y del Cn participaron físicos de Dubna
112	Cn	Copernicio	1996 (GSI); Pb con Zn	²⁸⁵Cn:29s	Su símbolo inicial fue Cp
113	Nh	Nihonio	2004 (RIKEN); Bi con Zn	²⁸⁶Nh:20s	Su nombre quiere decir literalmente: La tierra del Sol naciente
114	Fl	Flevorio	1998 (JINR); Pu con Ca	²⁸⁹Fl:2.6s	Este elemento y el Lv fueron resultado del trabajo compartido con LLNL
115	Mc	Moscovio	2010 (JINR)	²⁸⁹Mc:0.220s	Los elementos Z=115 al Z=118 fueron asignados y ratificados por la IUPAC a medidos del 2017.
116	Lv	Livermorio	2000 (JINR-LLNL)	²⁹³Lv:0.061s	Con el Lv el estado de California ha sido honrado con el nombre de tres elementos
117	Ts	Téneso	2010 (ORNL-JINR-LLNL)	²⁹⁴Ts:0.078s	Se han predicho compuestos como TsH y TsF₅…que no se han encontrado

* Del isótopo con vida más larga (a= años; d=días; h=horas; m=minutos; s= segundos). Este isótopo no necesariamente es el que primero se sintetizó de dicho elemento.

** Millones de años. Cantidades muy pequeñas se han descubierto en minas de U.

*** Estos elementos fueron descubiertos en los restos de la explosión de las bombas de fisión realizadas por el ejército norteamericano en los atolones del Océano Pacífico.

**** S. Hoffman uno de los responsables de la síntesis relató la intensa dinámica del proceso posterior: Cerca del mediodía de ese mismo día (13/11/1994) quedó claro que teníamos que publicar nuestro resultado tan pronto como fuera posible debido al experimento semejante que se estaba llevando a cabo en Dubna…A la mañana siguiente, el 14 de noviembre, se terminó la versión final del documento y uno de los choferes de nuestro Instituto lo entregó directamente a los editores [del Zeitschrift für Physik]. A continuación informamos oficialmente al resto del personal del GSI y un comunicado de prensa se emitió el 17; al día siguiente lo leímos en los periódicos.

A manera de conclusión

Los elementos transuránidos fueron sintetizados o creados, pero no descubiertos. La actividad científica de síntesis, que consiste en construir algo nuevo con partes ya existentes previamente, fue desarrollada inicialmente por la química para extenderse posteriormente a la física y a partir del siglo XXI a la biología.

La vertiginosa carrera por sintetizar elementos transuránidos, los primeros artificiales, fue y es motivo de orgullo personal, institucional y nacional en el que los científicos han invertido tiempo, las instituciones su prestigio, y los países participantes el equivalente a cientos de millones de dólares. Además de las carreras científicas, los galardones internacionales y las noticias de prensa que presumen del mayor conocimiento de la estructura nuclear o del “incremento de elementos en la Tabla Periódica”, la finalidad última es una herencia de la Guerra Fría y su secuela industrial de producción de bombas nucleares.

Las síntesis fueron reportadas en revistas de física, una vez que los instrumentos para detectar los fragmentos de los pocos átomos obtenidos de los nuevos elementos en su casi inmediato camino a su destrucción son de origen físico… Poca química se ha desarrollado con ellos y con los más pesados, ninguna. Químicamente son una curiosidad.

A partir de la Segunda Guerra Mundial la radioquímica, disciplina construida por M. Curie a principios del Siglo XX durante la tercera revolución química, cedió su lugar a la química nuclear que terminó convirtiéndose en una rama de la física nuclear. Lo anterior se constató en 1985 durante la quinta y última revolución química, en medio de las disputas sobre la prioridad de la síntesis de los nuevos elementos. En esa fecha se estableció el TWG (Grupo de trabajo sobre los elementos transfermio), integrado en ese momento por nueve científicos, dos de ellos procedentes de la IUPAC y siete de la IUPAP, para corroborar la existencia y el lugar de la síntesis de los elementos del Z=104 al Z=109. El grupo original de TWG estaba integrado sólo por físicos, que son en realidad a quienes les interesa el asunto y, como ya se indicó, publican los detalles técnicos de la síntesis.

Contrario a lo que pensaba Rutherford, al sintetizar los elementos artificiales, los físicos hacen química…y también filatelia. C²

Sobre el autor

José Antonio Chamizo

Se doctoró en la School of Molecular Sciences de la University of Sussex, Inglaterra. Profesor de la Facultad de Química desde 1977 y actualmente adscrito al Instituto de Investigaciones Filosóficas, ha impartido más de 100 cursos desde la secundaria hasta el doctorado, publicado más de 110 artículos arbitrados sobre química, educación, filosofía, historia y divulgación de la ciencia y dirigido cerca de 30 tesis de licenciatura, maestría y doctorado.

Es autor o coautor de más de 70 capítulos en libros y de otros tantos libros de texto y divulgación entre los que sobresalen los Libros de Texto Gratuito de Ciencias Naturales, coordinados por él, y editados por la Secretaria de Educación Pública de los cuales se han publicado a la fecha más de cien millones de ejemplares. Es miembro del SNI, nivel III.