Els empèdocles moderns – J. Michael Nitschke (1974) i l’element 106 (Sg) – seaborgi (unnilhexi, Unh)

Al llarg d’aquesta sèrie hem viatjat ben sovint a les diferents regions de l’Europa nòrdica i hem acompanyat investigadors nascuts o residents en aquelles terres. Situats ara ja en el setè període, n’hem vist uns quants participant en les investigacions del Laboratori de Berkeley, o fins i tot fent contribucions des de l’Institut Nobel d’Estocolm. En l’actualitat i en les diferents branques del coneixement, centres nòrdics compten amb grups de recerca destacats, formats per aborígens i per gent vinguda d’altres contrades. També hem fet algun comentari sobre la història moderna d’aquells països. Ara aquells països són receptors d’immigració, però en els darrers segles foren països d’emigració. Així, en el compte d’aportacions escandinaves no sabem si comptar o no a Glenn T. Seaborg, investigador de Berkeley, definidor dels actínids, impulsor de la síntesi i detecció d’elements transurànics, teòric de l’illa de l’estabilitat, etc. Seaborg era californià d’adopció, car havia nascut, com vam veure, a Ishpeming (Michigan), en el 1912. A Ishpeming, de no gaire més de 6000 habitants, actualment vora una quarta part de la població es declara de descendència finlandesa, i un 2% té el finès com a primera llengua. Un 5,7% dels veïns d’Ishpeming es declaren de descendència sueca. Fossin naturals de Finlàndia o del Regne de Suècia, en el 1912, molts eren els veïns d’Ishpeming i d’altres localitats de Michigan que parlaven suec. A la llar de Ted i Selma Seaborg, a Ishpeming i a Los Angeles després, la llengua primera era el suec. Els pares de Glenn T. Seaborg formaren part de l’onada immigratòria arribada als Estats Units en el tombant dels segles XIX i XX. Del Regne de Suècia emigraren als Estats Units en aquella època 1,3 milions de persones. Els empenyia la falta de terres fèrtils a Suècia, que no podien admetre tot el creixement demogràfic, cosa que era agreujada per l’insuficient desenvolupament industrial del país. La major part d’aquesta migració anà a parar al “upper Midwest”, entre Illinois i Montana, i suposà una aportació de mà d’obra per a la indústria de Chicago, Minneapolis, Worcester, etc. D’altres optaren per una vida rural, adaptant-hi els costums del seu país. El flux migratori davallà sobretot per l’adopció de polítiques reformistes a Suècia, encaminades al desenvolupament industrial i a la millora de les condicions socials. La presència sueca a les Amèriques no s’esgota en aquesta onada immigratòria, o en les que en la mateixa època havia hagut cap al Brasil o a Argentina. Fins el 1878 i des de 1784, l’illa caribenya de Sant Bartomeu fou colònia sueca. I si anem més enrere en el temps toparem amb la colònia de “Nova Suècia”, establerta en el 1638 per la Companyia Sueca de les Índies Occidentals, en el curs inferior del riu Delaware. En el 1655, Nova Suècia fou conquerida pels Països Baixos que l’annexionaren a Nova Amsterdam. En el 1682, Nova Suècia fou integrada a la Pennsylvania. Sigui com sigui, la majoria dels més de 4 milions de ciutadans americans de descendència sueca són fills de la immigració de fa poc més de cent anys. Glenn T. Seaborg fou actiu en organitzacions de suedo-americans. Pels seus mèrits com a president de la Comissió d’Energia Atòmica, l’Ordre Vasa d’Amèrica el designa com el suedo-americà de l’any, en el 1962. En el 1979 el Swedish Council of America creà la Glenn T. Seaborg Science Scholarship, una beca oberta a estudiants de ciències naturals i de matemàtiques dels “Swedish Heritage Colleges”. I nosaltres així arribem així al nombre 106 de la sèrie.

“Emigrants”, quadre de Knut Ekwall (1843-1912) que representa la travessia atlàntica realitzada per més d’un milió de suecs en direcció al Mig Oest nord-americà

J. Michael Nitschke i la descoberta del seaborgi

L’equip descobridor de l’element 106, fotografiat en l’edifici de l’Accelerador Lineal d’Ions Pesants, del Laboratori de Berkeley. D’esquerra a dreta, Matti Nurmia, José R. Alonso, Albert Ghiorso, E. Kenneth Hulet, Carol T. Alonso, Ronald W. Lougheed, Glenn T. Seaborg i J. Michael Nitschke

Joachim Michael Nitschke va nàixer a Berlin el 27 d’abril del 1939. Compaginà els estudis universitaris de física amb la pràctica de l’esport i l’afició per la música (fou pianista i cantat d’òpera). Participà en un dels equips de rem de l’Alemanya Occidental en els Jocs Olímpics d’Estiu de Tòkio, celebrats al Llac Sagami, entre l’11 i el 15 d’octubre del 1964.

En el 1966, Nitschke aconseguí una beca de post-graduat del govern alemany per ampliar estudis al Laboratori Lawrence de Berkeley. S’integrà en l’equip d’Earl Hyde i participà en la descoberta i descripció de diversos núclids radioactius.

De cara a la tesi doctoral, Nitschke treballà al costat de Ghiorso en el desenvolupament d’un espectròmetre de masses en línia, que s’acoblàs a l’accelerador lineal d’ions pesants (HILAC). Aquest projecte el conclogué en retornar a Alemanya, en l’Escola Tècnica Superior de Braunschweig.

Completat el doctorat, féu una estada de dos anys en el Centre Nacional de Recerca Científica d’Orsay. En el 1971 inicià una segona etapa en el Laboratori de Berkeley. Participà en les millores del HILAC que conduirien al SuperHILAC. Un dels projectes relacionats era la síntesi de l’element 106.

Гео́ргий Никола́евич Флёров

En aquesta síntesi, el màxim competidor de Berkeley, era Dubna (Объединенный Институт Ядерных Исследований, ОИЯИ). L’equip de Dubna era format per Yu. Ts. Oganesyan, Yu. P. Tret’yakov, A. S. Il’inov, A. G. Demin, A. A. Pleve, S. P. Tret’yakova, V. M. Plotko, M. P. Ivanov, N. A. Danilov, Yu. S. Korotkin i G. N. Flerov. Oganesyan et al. estudiaven el bombardament d’isòtops de plom amb ions de crom-54, amb el qual esperaven sintetitzar isòtops de l’element 106. A partir del juny del 1974 obtingueren un total de 50 esdeveniments que atribuïren a la fissió espontània de nuclis d’aquest element. Així ho reportaren en un article, aparegut el mes d’octubre.

L’equip del Laboratori Lawrence era integrat, a més de per investigadors de Berkeley (A. Ghiorso, J. M. Nitschke, J. R. Alonso, C. T. Alonso, M. Nurmia, G. T. Seaborg) per dos investigadors de Livermore (E. K. Hulet i R. W. Lougheed). La idea que tenien era generar l’isòtop 263106 o similars, amb el SuperHILAC a partir del bombardament d’una diana de californi-249 amb ions d’oxigen-18. Detectaren una emissió de partícules alfa de 9,06 MeV, associada a una semivida de 0,9 s, que atribuïren a l’isòtop 263106, ja que correlacionada amb la dels seus isòtops fills, 259Rf i 255No. Comunicaren la descoberta el mes de setembre, i fou publicada el 16 de desembre.

En un exercici de prudència, la IUPAC considerà necessàries més dades abans de confirmar la descoberta de l’element. Durant molt de temps, les taules periòdiques d’elements continuaren aturades en l’element 105. L’element 106 rebia, mentrestant, la denominació provisional d’unnilhexium i el símbol Unh.

Nitschke treballà en els anys 1980 en el On-line Apparatus for SuperHILAC Isotope Separation (OASIS) i en el Total Absorption Spectrometer (TAS). En el 1991, es clausurà el SuperHILAC i el TAS de Berkeley fou traslladat al UNILAC del GSI de Darmstadt.

En el 1993, el TWG de la IUPAC, davant de la sèrie d’experiments acumulats a Berkeley (Gregorich et al., 1994) va confirmar la descoberta de l’element 106. L’atribuí completament a Berkeley-Livermore, en considerar els experiments de Dubna en el 1974 massa poc fonamentats.

Aquesta atribució deixava en mans de l’equip de Berkeley i Livermore fer una proposta de denominació per a l’element 106. Els vuit descobridors discutiren entre ells fins a set possibilitats. Una era la de fer homenatge a Finlàndia, la pàtria de Nurmia. Una altra era la de denominar-lo amb un motiu mitològic, Ulisses. Les altres cinc homenatjaven a personatges històrics: Isaac Newton, Thomas Edison, Leonardo da Vinci, Fernando Magalhao o George Washington. Ghiorso pensà en fer un homenatge al mateix Glenn T. Seaborg, i així li ho va comunicar personalment. Seaborg accedí. En la 207a reunió nacional de l’American Chemical Society (ACS), celebrada a San Diego el març del 1994, Kenneth Hulet, un dels descobridors, anuncià la proposta de denominar l’element 106 com a “seaborgium” i emprar com a símbol “Sg”. El comitè de nomenclatura de l’ACS aprovà la proposta.

L’agost del 1994, la Comissió de la IUPAC de Nomenclatura de Química Inorgànica refusà aquesta proposta. De fet, els vint membres de la Comissió havien decidit tractar conjuntament la nomenclatura dels elements 104-109. Abans d’entrar a decidir-se element per element, havien votat en contra de designar cap element amb el nom d’una persona viva. Pel que fa a l’element 106, votaren a favor de designar-lo com a ruterfordi, amb el símbol Rf. Aquesta decisió era controvertida per diversos motius. El nom de ruterfordi i el símbol Rf eren utilitzats en la literatura nord-americana, com ja hem vist, per designar l’element 104. És cert que aquest nom no era pas acceptat universalment, i que el nom de kurtxatovi per a l’element 104 era ben present fins i tot més enllà de l’antiga Unió Soviètica. La Comissió de la IUPAC s’havia estimat més denominar l’element 104 amb el nom de “dubni” i l’element 105 amb el nom de “jolioti”. És clar, que l’element 105 era conegut en la literatura nord-americana com a “hahni” i en la literatura russa com a “nielsbohri”. La IUPAC traslladà el nom de “bohri” (sense el “niels”) a l’element 107 i el nom de “hahni” a l’element 108. Però els element 107-109 no havien estat descoberts ni a Berkeley ni a Dubna, sinó a Darmstadt, i l’equip alemany no va veure amb uns bons ulls que s’hi interferís en les seves propostes.

La decisió de la Comissió de la IUPAC fou molt contestada. Un dels membres del comitè, nord-americà, va reconèixer que no sabia quina havia estat la proposta feta pels descobridors de l’element 106. Des de l’ACS, hom recordà que Einstein i Fermi havien estat homenatjats amb vida amb els noms d’einsteini i fermi per als element 99 i 100, però això no era del tot cert, ja que aquestes propostes no havien estat fetes públiques en el 1955, després del traspàs d’aquells dos genis.

La IUPAC insistí que “els descobridors no tenen dret a denominar un element, sinó el dret de fer-hi una proposta”. Ara bé, Seaborg els repongué que “seria la primera vegada en la història que als descobridors reconeguts i indiscutits d’un element nega el privilegi de denominar-lo”.

La cosa, doncs, queda en l’aire, i la denominació provisional de “unnilhexi” continuà oficialment. A Amèrica, però, es difongueren ja taules periòdiques amb el símbol Sg sota el de W, i entre el Ha de “hahni” i el Ns del “nielsbori”.

Nitschke treballava en aquella època en el disseny de l’IsoSpin Laboratory (ISL), fonamentat en la combinació d’acceleradors lineals, que facilitaria la síntesi d’un ventall més ample de núclids. Aquesta feina, però, la va interrompre la seva mort, el 24 de febrer del 1995, a Berkeley, a l’edat de 56 anys. Part del seu llegat serví per establir el Premi J. Michael Nitschke a l’Excel•lència Tècnica, i per continuà amb el Premi que havia instaurat per a joves músics.

La 39a Assemblea General de la IUPAC, celebrada a Ginebra, va revisar la nomenclatura dels elements 104-109. Va ratificar el nom de ruterfordi per a l’element 104. Per a l’element 105, adoptà el nom de dubni. Per als elements 107-109 acceptà íntegrament la proposta de Darmstadt. Per a l’element 106 acceptà el nom de seaborgi i el símbol Sg. Les diferents llengües han fet les corresponents adaptacions d’aquest mot. En català, la forma més habitual és “seaborgi”, encara que també es fa servir “seaborgui”.

El seaborgi, doncs, fou denominat en referència a una persona viva. Seaborg, no obstant, es va morir el 25 de febrer de 1999, a l’edat de 86 anys.

Huebener et al. (2001) estudiaren a Darmstadt la química del seaborgi en fase gasosa, en acoblar la síntesi de 266Sg a una cromatògraf de gasos.

El seaborgi: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del seaborgi és 269 uma, corresponent a l’isòtop conegut de més llarga semivida (269Sg, 3 minuts). El llistat d’isòtops coneguts fa:
– seaborgi-258 (258Sg; 258,11298 uma). Nucli format per 106 protons i 152 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0033 s. Decau per fissió espontània, amb emissió de diversos productes. Fou sintetitzat originàriament en el 1994 amb el bombardament de bismut-209 amb vanadi-51.
– seaborgi-259 (259Sg; 259,11440 uma). Nucli format per 106 protons i 153 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,58 s. Decau a ruterfordi-255, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat originàriament en el 1985, amb el bombardament de plom-207 amb crom-54.
– seaborgi-260 (260Sg; 260,114384 uma). Nucli format per 106 protons i 154 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0038 s. Decau majoritàriament (74%) per fissió espontània (amb emissió de diversos productes) o, alternativament (26%), a ruterfordi-256 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). Fou sintetitzat originàriament en el 1985, amb el bombardament de plom-208 amb crom-54.
– seaborgi-261 (261Sg; 261,115949 uma). Nucli format per 106 protons i 155 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,23 s. Decau normalment (98,1%) a ruterfordi-257 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament, a dubni-261 (1,3%; per captura electrònica) o per fissió espontània (0,6%; amb emissió de diversos productes). Posseeix un estat metastable (261mSg), que té una semivida de 9,2•10-5 s i que decau a l’estat basal. El 261Sg fou sintetitzat originàriament en el 1985, amb el bombardament de plom-208 amb crom-54, mentre el 261mSg fou detectat per primera vegada amb aquesta reacció en el 2009.

Esquema de la desintegració de seaborgi-261 en ruterfordi-257, segons els estudis espectroscòpics fets per Streicher et al. al GSI de Darmastadt, entre el 2003 i el 2006

– seaborgi-262 (262Sg; 262,11634 uma). Nucli format per 106 protons i 156 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,008 s. Decau majoritàriament (92%) per fissió espontània (amb emissió de diversos productes) o, alternativament (8%), a ruterfordi-258 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). No ha estat sintetitzat directament, però si detectat en el 2001 en la cadena de desintegracions del darmstadti-270, obtingut pel bombardament de plom-207 amb níquel-64 (Ackermann, 2011).
– seaborgi-263 (263Sg; 263,11829 uma). Nucli format per 106 protons i 157 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1 s. Decau a ruterfordi-259, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseeix un estat metastable (263mSg) a 100 keV, que té una semivida de 0,12 s, i que decau a ruterfordi-259 (87%) o per fissió espontània (13%; amb emissió de diversos productes). El 263Sg no ha estat sintetitzat, però sí detectat, originàriament en el 1994, en la cadena de desintegracions del darmstadti-271 (obtingut per bombardament de plom-208 amb níquel-64). El 263mSg fou sintetitzat originàriament a Berkeley en el 1974.
– seaborgi-264 (264Sg; 264,11893 uma). Nucli format per 106 protons i 158 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,037 s. Decau per fissió espontània (amb emissió de diversos productes). Fou sintetitzat originàriament en el 2006 amb el bombardament d’urani-238 amb silici-30.
– seaborgi-265 (265Sg; 265,12109 uma). Nucli format per 106 protons i 159 neutrons. És un isòtop inestable. L’isòmer 265aSg té una semivida de 8 s i l’isòmer 265bSg de 16,2 s. Tots dos decauen a ruterfordi-261, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Els dos isòmers foren sintetitzats originàriament en el 1993 amb el bombardament de curi-248 amb neó-22.
– seaborgi-266 (266Sg; 266,12198 uma). Nucli format per 106 protons i 160 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,36 s. Decau per fissió espontània (amb emissió de diversos productes). No ha estat sintetitzat directament sinó detectat originàriament en el 2004 com a isòtop fill del hassi-270 (obtingut pel bombardament de curi-248 amb magnesi-26).
– seaborgi-267 (267Sg; 267,12436 uma). Nucli format per 106 protons i 161 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 84 s. Decau majoritàriament (83%) per fissió espontània o, alternativament (17%), a ruterfordi-263 (amb emissió d’un nucli d’heli-4). No ha estat sintetitzat directament sinó detectat originàriament en el 2004 com a isòtop fill del hassi-271 (obtingut per bombardament de curi-248 amb magnesi-26).
– seaborgi-269 (269Sg; 269,12863 uma). Nucli format per 106 protons i 163 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 190 s (3 minuts). Decau a ruterfordi-265, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament en el 2010 en la cadena de desintegració del flerovi-285 (obtingut per bombardament de plutoni-242 amb calci-48).
– seaborgi-271 (271Sg; 271,13393 uma). Nucli format per 106 protons i 165 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 140 s. Decau majoritàriament (67%) a ruterfordi-267 (amb emissió d’un nucli d’heli-4) o, alternativament (33%) per fissió espontània (amb emissió de diversos productes). No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament en el 2003 en la cadena de desintegració del flerovi-287 (obtingut per bombardament de plutoni-242 amb calci-48).

L’àtom neutre de seaborgi conté 106 electrons, amb una configuració basal d’escorça predita de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d47s2. El seaborgi és un transactínid, concretament l’element per al període 7 del grup 6 (el grup del crom), dins del bloc d (metalls de transició). Com a element radioactiu purament artificial, sintetitzat àtom a àtom, el coneixement empíric és molt limitat. El nombre d’oxidació més habitual és +6, encara que hom ha predit també els de +5, +4, +3 i se l’ha detectat amb 0. El radi atòmic és estimat en 1,32•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i temperatura, el seaborgi elemental es presentaria en forma de sòlid, amb una estructura cristal•lina cúbica centrada en les cares i una densitat de 35000 kg•m-3.

Teòricament, en contacte amb l’oxigen formaria SgO3, el qual en solució aquosa donaria lloc a l’ió seaborgat (SgO42-). Aquestes i altres propietats s’anuncien atenent al fet que el seaborgi es correspon a l’eka-tungstè.

Experimentalment, hom ha sintetitzat i estudiat els següents compostos, bé en fase gasosa o en fase aquosa:
– oxihalurs: SgO2F2, SgO2Cl2.
– òxids/hidròxids: SgO2(OH)2.

En resum, el seaborgi és sintetitzat en experiments deliberats que són possibles únicament en un grapat de laboratoris (Berkeley, Darmstadt, Dubna, Caen), i sempre en quantitats atòmiques.

La síntesi de seaborgi

Ja hem vist com a Dubna inicialment perseguiren la síntesi de l’element 106 amb reaccions nuclears de fusió en fred, amb energies d’excitació de 10-20 MeV. Les reaccions que s’han fet servir en aquest sentit per a la síntesi de seaborgi són:
208Pb(54Cr,xn)262-xSg. Aquesta reacció fou estudiada originàriament pel grup de Flerov el setembre del 1974 i la repetiren en el 1983. En el 1985 fou practicada al GSI de Darmstadt. En el desembre del 2000 fou practicada en el GANIL de Caen, amb l’obtenció de 10 àtoms de 261Sg i 2 àtoms de 260Sg. En el 2003-2006, a Darsmtadt la practicaren amb dianes més resistents, fetes de PbS. En el 2010 fou practicada a Berkeley per Berryman et al.
207Pb(54Cr,xn)261-xSg. Aquesta reacció fou estudiada originàriament a Dubna en el 1974, i repetida en 1983-1984. A Darsmtadt la practicaren per primera vegada en el 1985, i en el 2005 la feren amb dianes de PbS.
206Pb(54Cr,xn)260-xSg. Aquesta reacció fou estudiada originàriament a Dubna en el 1974.
208Pb(52Cr,xn)260-xSg. Aquesta reacció fou estudiada originàriament a Dubna en el 1974. Fou practicada a Berkeley per Folden et al (2006).
209Bi(51V,xn)260-xSg. Fou estudiada originàriament a Dubna en el 1974. En el 1994 fou practicada a Darmstadt, amb la detecció de 10 àtoms de 258Sg.

A Berkeley, ja des de 1974, practicaren reaccions de fusió en calent (energies de 40-50 MeV). Entre les reaccions que s’han utilitzat per a la síntesi de seaborgi:
238U(30Si,xn)268-xSg. Aquesta reacció fou estudiada originàriament per Ikezoe et al. en l’Institut Japonès de Recerca sobre l’Energia Atòmica (Genken) en el 1988. En el 2006 fou practicada a Darmstadt i a Berkeley.
248Cm(22Ne,xn)270-xSg. Aquesta reacció fou estudiada originàriament el 1993 per Yuri Lazarev et al. a Dubna. En el 1997 fou practicada a Darmstadt. Ha estat utilitzada especialment en experiments sobre la química del seaborgi.
249Cf(18O,xn)267-xSg. Aquesta reacció fou estudiada per Ghiorso et al. en el 1974. En el 1975 fou reproduïda en l’Oak Ridge National Laboratory, i en el 1979 a Dubna.

Tota una sèrie d’isòtops de seaborgi, particularment els més pesants coneguts, que també són els de més llarga semivida, s’han pogut obtindre únicament o principalment com a productes de la síntesi d’elements més pesants:
– seaborgi-260: com a producte de hassi-264.
– seaborgi-261: com a producte de hassi-265 o darmstadti-269.
– seaborgi-262: com a producte de darmastadti-270.
– seaborgi-263: com a producte de hassi-267 o de darmstadti-271.
– seaborgi-265: com a producte de hassi-269, darmstadti-273 o copernici-277.
– seaborgi-266: com a producte de hassi-270.
– seaborgi-267: com a producte de hassi-271.
– seaborgi-269: com a producte de flerovi-285.
– seaborgi-271: com a producte de copernici-283, flerovi-287 o livermori-291.

Tota la síntesi de seaborgi s’orienta, doncs, a la recerca bàsica, tant pel que fa a la propietats físiques i de desintegració dels diferents isòtops com pel que fa a la química del seaborgi. Alhora la síntesi del seaborgi també serveix per a l’obtenció d’isòtops d’elements com el ruterfordi o el nobeli.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: