Els empèdocles moderns – Gottfried Münzenberg (1982) i l’element 109 (Mt) – meitneri (unnilenni, Une)

En aquesta sèrie tan sols hem tingut tres protagonistes femenines, Marie Curie, Marguerite Perey i Wu Chieng-Shiung. I en la taula periòdica dels elements, fora dels homenatges a personatges femenins de caràcter mitològic, tan sols una casella és dedicada a una dona de carn i pell, Lise Meitner. Ja vam veure com durant anys, a les conferències Solvay, Curie n’era l’única dona. Fins i tot en els nostres dies, quan les dones són majoria entre l’alumnat de nombroses facultats de química de tot el món, hi ha un garbellament negatiu a mesura que avancen les carreres científiques. Per acabar-ho d’adobar, si una dona rep un reconeixement, una part del món masculí ho atribueix a un exercici compensador immerescut. Meitner, doncs, és vista com una mera ajudant d’Otto Hahn, o les seves aportacions en la descoberta de la fissió nuclear de l’urani són minimitzades. Meitner en la seva carrera no tingué tan sols obstacles de ser dona, sinó també pel fet de ser jueva. Havia nascut a Viena el 7 de novembre del 1878, la tercera de set germans del matrimoni format per Hedwig Skovran i Philipp Meitner (1838-1910). El seu pare havia estat un dels primers advocats jueus d’Àustria. Pel fet de ser dona, Lise Meitner tingué vedat l’accés als centres públics d’educació superior en la Viena de la seva joventut. Això l’obligà a recórrer a la formació privada, gràcies a la qual va poder superar l’exam extern de l’Akademisches Gymnasium, en el 1901. Llavors sí ja va poder començar a estudiar física a la Universitat de Viena i en el 1905 s’hi va doctorar amb una dissertació sobre la “conducció calorífica en un cos inhomogeni” (fou la segona doctora en física de la Universitat). Després de doctorar-se, marxà a Berlín a la Friedrichs-Wilhelms-Universität, on aconseguí que Max Planck admetés per primera vegada una dona en els seus cursos. És com a col•laboradora de Planck que començà a treballar amb Otto Hahn, en el camp naixent de la radioquímica. Quan es creà el Kaiser-Wilhelm-Institut, Hahn hi establí el Departament de Radioquímica: Meitner treballà inicialment sense sou i no hi aconseguí una posició oficial fins el 1913. Quan esclatà la guerra, Hahn fou mobilitzat i integrat en una unitat especial de guerra química. Meitner, en canvi, esdevingué infermera d’un equip de raigs X. En el 1917, Meitner ja encapçalava una secció pròpia de l’Institut de Química del KWI. En el 1926, Meitner esdevenia la primera dona en ocupa una plaça titular com a professora de la física (a la Universitat de Berlín). Hahn i Meitner treballaren en el 1934 en la identificació d’elements transurànics com a producte de l’urani però eventualment s’adonaren que les traces que havien descobert eren en realitat productes de la fissió d’aquest element. Aquesta recerca coincideix amb l’assumpció del poder per part de Hitler. Meitner era ciutadana austríaca i, malgrat que d’origen jueu, s’havia convertit al luteranisme en el 1908. Anys després es retrauria de no haver fet res davant de les primeres depuracions de científics i acadèmics jueus. Un dels desplaçats fou Otto Frisch, fill de la seva germana Auguste, i amb el qual havia fet notables col•laboracions, que passà a Londres ja en el 1933. El març del 1938, amb l’Anschluss, Meitner perdia la ciutadania austríaca. Amb el suport d’Otto Hahn i l’ajut dels col•legues neerlandesos Dirk Coster i Adriaan Fokker, Meitner creuà la frontera cap als Països Baixos de manera clandestina el 13 de juliol del 1938. La publicació sobre la fissió de l’urani d’Otto Hahn i Fritz Strassmann, doncs, tindria lloc amb ella ja fora d’Alemanya. Meitner aconseguí una posició al laboratori de Manne Siegbahn, d’Estocolm. En el 1949 esdevenia ciutadania sueca. Encara que el Premi Nobel per la descoberta de la fissió de nuclis atòmics pesants recaigué exclusivament en Otto Hahn, Meitner va rebre nombrosos reconeixements després de la guerra, començant pel de “Woman of the Year” que li concedí el National Press Club dels Estats Units. En el 1960 es va retirar i es traslladà a Anglaterra, on vivien la major part dels seus familiars. Es va morir a Cambridge el 27 d’octubre del 1968. Fou soterrada a Bramley, amb l’epitafi escrit pel seu nebot Frisch: “Lise Meitner: a physicist who never lost her humanity”. A diferència d’alguns seus col•legues, certament, Meitner refusà activament de participar en la recerca sobre armes químics de la Primera Guerra Mundial o sobre armes nuclears en la Segona Guerra Mundial. Malgrat els retrets que va fer a Otto Hahn en aquest sentit, sempre hi servà una gran amistat.

Fotografia del 1913, que ens mostra Lise Meitner, a 35 anys, i Otto Hahn, a 34, feta en el laboratori de radioquímica del Kaiser-Wilhelm-Institut, a Berlin-Dahlem

Gottfried Münzenberg i la descoberta del meitneri

Gottfried Münzenberg

El grup de recerca format per Gottfried Münzenberg, Peter Armbruster, Fritz Peter Heßberger, Sigurd Hofmann, Klaus Poppensieker, Willibrord Reisdorf, K. Schneider, Karl-Heinz Schmidt, Christoph-Clemens Sahm i Detlef Vermeulen dissenyaren a la Gesellschaft für Schwerionenforschung de Darmstadt la recerca per a la síntesi i detecció de l’element 109. Amb aquesta finalitat bombardarien dianes de bismut amb àtoms de ferro. Tot just havien reeixit a la síntesi de l’element 107 (en aquell cas bombardant bismut amb àtoms de crom).

Peter Armbruster

L’experiment realitzat el 29 d’agost del 1981, a través de la reacció 209Bi(58Fe,xn)267-x109, resultà positiu, amb la detecció d’un àtom de 266109.

Armbruster, en el centre de la imatge, envoltat d’alguns dels seus col•laboradors a Darmstadt a començament dels 1980. A l’esquerra de la foto apareixen Sigurd Hofmann i Gottfried Münzenberg

Münzenberg et al. comunicaren la detecció amb un article a Zeitschrift für Physik A Atoms and Nuclei (març del 1982). La detecció correlacionava, pel que fa a les alfa-emissions, amb els isòtops fills d’aquest 266109: 262107 i 258105.

La IUPAC/IUPAP guardà prudència sobre aquesta i altres publicacions quant a síntesi i detecció d’elements superpesants. Oficialment, a partir de l’element 104, des del 1979, únicament hi havia denominacions i símbols provisionals. L’element 109 era, doncs, l’unnilennium (símbol, Une). En el cas dels elements 104 i 105 eren difoses, en el bloc occidental, les denominacions de rutherfordium i hahnium, en homenatge respectiu a Ernest Rutherford i Otto Hahn. En el bloc oriental, però, s’utilitzaven respectivament kurchatovium i nielsbohrium, en homenatge respectiu a Igor Kurtxàtov i Niels Bohr. El laboratori de Darmstadt tenia la prioritat virtual en la síntesi dels elements 107-109, i havia pensat també en denominacions. Ja de bell antuvi per a l’element 109 pensaren en un homenatge a Lise Meitner.

En el 1992, la IUPAC concedia al grup de Darmstadt efectiva el dret de proposar noms i símbols per als elements 107-109. Així ho feren: “107, nielsbohrium, Ns; 108, hassium [per l’estat de Hesse], Hs; 109, meitnerium, Mt”.

En el 1994, la Comissió sobre Nomenclatura de Química Inorgànica de la IUPAC feien mans i mànigues sobre la disputa entre californians i russos quant als elements 104-106. Pel que fa a l’element 109, però, s’acceptava sense problemes el nom de “meitneri” i el símbol Mt. Ara bé, pel que fa al nom “hahnium” es traslladà a l’element 108, bo i deixant que l’element 105 rebés el nom de “joliotium” (en homenatge als Joliot-Curie). Semblava una proposta raonable. De fet, a Darmstadt s’havia pensat inicialment en denominar l’element 108 com a “ottohahnium” (Oh), de manera que Hahn i Meitner anessin en caselles annexes en la taula periòdica dels elements. Però a Darmstadt ara pensaven que era millor que “hahnium” continués per a l’element 105, i que la “bella terra hessiana” fos homenatjada en la casella 108. L’American Chemical Society (ACS) es mostrà favorable a aquest parer.

Mentrestant, a Darmstadt, s’aconseguia la síntesi i detecció dels elements 110-112 entre el 1994 i el 1996.

El 1997, a la 39a Assemblea General de la IUPAC s’adoptaren finalment els noms i símbols per als elements 104-109. Les sol•licituds alemanyes sobre els elements 107-109 foren, en general, respectades. Així la denominació de l’element 109 com a “meitnerium”, simbolitzat Mt, fou feta oficial. Les diferents llengües feren les adaptacions fonètiques i gràfiques corresponents.

En el 2002, el Laboratori Nacional Lawrence de Berkeley inicià uns intents de síntesi de meitneri-271 a partir del bombardament de dianes d’urani-238 amb clor-37. El meitneri-271 tindria una semivida teòrica de 5 segons (degut al fet que 162 és un nombre neutrònic màgic per a la nuclis deformats), de manera que hom podia acoblar la síntesi i la detecció a un experiment químic. Malauradament, l’experiment no reeixí en no detectar-se formació de 271Mt.

El meitneri: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del meitneri es considera de 278 uma, corresponents a l’isòtops conegut de semivida més llarga (278Mt; 7,6 segons). Un llistat complet dels isòtops coneguts fa:
– meitneri-266 (266Mt; 266,13737 uma). Nucli format per 109 protons i 157 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0012 s. Decau a bohri-262, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Fou sintetitzat originàriament en el 1982, i és l’únic isòtop que hom ha pogut sintetitzar de manera directa.
– meitneri-268 (268Mt; 268,13865 uma). Nucli format per 109 protons i 158 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,021 s. Decau a bohri-264, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseiria un estat metastable (268mMt), que tindria una semivida de 0,07 s, i que decauria a bohri-264. El 268Mt no ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament per Hofmann et al. (1994) com a isòtop fill del roentgeni-272.
– meitneri-270 (270Mt; 270,14033 uma). Nucli format per 109 protons i 161 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,57 s. Decau a bohri-266, amb emissió d’un nucli d’heli-4. Posseiria un estat metastable (270mMt), que tindria una semivida de 1,1 s, i que decauria a bohri-266. El 270Mt no ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament per Morita et al. (2004) en la cadena de desintegració de l’ununtri-278.
– meitneri-274 (274Mt; 274,14725 uma). Nucli format per 109 protons i 165 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,45 s. Decau a bohri-270, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament en el 2006 en la cadena de desintegració de l’ununtri-282.
– meitneri-275 (275Mt; 275,14882 uma). Nucli format per 109 protons i 165 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0097 s. Decau a bohri-271, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament en el 2003 en la cadena de desintegració de l’ununpenti-287.
– meitneri-276 (276Mt; 276,15159 uma). Nucli format per 109 protons i 167 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,72 s. Decau a bohri-272, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó detectat originàriament en el 2003 en la cadena de desintegració de l’ununpenti-288.
– meitneri-277 (277Mt; 277,15327 uma). Nucli format per 109 protons i 168 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,005 s. Decau per fissió espontània, amb emissió de diversos productes. No ha estat sintetitzat directament, sinó que fou detectat originàriament per Oganessian et al. (2013) en la cadena de desintegració de l’ununsepti-293.
– meitneri-278 (278Mt; 278,15631 uma). Nucli format per 109 protons i 169 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,6 s. Decau a bohri-274, amb emissió d’un nucli d’heli-4. No ha estat sintetitzat directament, sinó que fou detectat originàriament per Oganessian et al. (2010) en la cadena de desintegració de l’ununsepti-294.

Pel que fa als altres isòtops podem esmentar:
– meitneri-265, que tindria una semivida de 2 minuts, i que decauria per alfa-desintegració.
– meitneri-267, que tindria una semivida de 0,01 s, i que decauria per alfa-desintegració.
– meitneri-269, que tindria una semivida de 0,2 s, i que decauria per alfa-desintegració.
– meitneri-271, que tindria una semivida de 5 s, i que decauria per alfa-desintegració.
– meitneri-272, que tindria una semivida de 10 s, i que decauria bé per alfa-desintegració o per fissió espontània.
– meitneri-273, que tindria una semivida de 20 s, i que decauria bé per alfa-desintegració o per fissió espontània.
– meitneri-279, que tindria una semivida de 6 minuts, i que decauria bé per alfa-desintegració o per fissió espontània.

L’àtom neutre de meitneri conté 109 electrons, amb una configuració basal d’escorça teòrica de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d105f146s26p66d77s2. El meitneri és un transactínid, concretament l’element per al període 7 del grup 9 (el grup del cobalt), és a dir l’eka-iridi. Faria, doncs, part del bloc d (metalls de transició). Com a element radioactiu purament artificial, de síntesi directa tan difícil, el coneixement empíric és limitat. Els estats d’oxidació més habituals serien +6 i +1, encara també podria adoptar +9, +8, +4 i +3. El radi atòmic seria de 1,28•10-10 m.

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el meitneri elemental es presentaria en forma de sòlid metàl•lic, amb una estructura cristal•lina cúbica centrada en les cares. La densitat seria de 37400 kg•m-3 (només superada per l’hassi).

Químicament, hom suposa que el meitneri es comportaria com un metall noble (un platinoid). En solucions aquoses, l’estat d’oxidació més estable seria el de +3.

Dels elements que hem vist fins ara, el meitneri és el de síntesi més difícil. Per tant, també és el menys caracteritzat químicament. Fins i tot, tenim més dades d’alguns elements més pesants (copernici i livermori) que no pas del meitneri.

La síntesi del meitneri

La síntesi i detecció del meitneri és restringida a un grapat de laboratoris.

De manera directa, hom ha pogut sintetitzar únicament 266Mt. Entre les reaccions emprades hi ha:
209Bi(58Fe,xn)267-x109. Aquesta reacció fou assajada originàriament a Darmstadt en el 1982, amb la detecció d’un àtom de 266Mt. En el 1985, fou practicada a Dubna, amb detecció de 246Cf, indici de la producció de 266Mt. En el 1988, a Darmstadt detectaren dos àtoms de 266Mt (Münzenberg, 1988). En el 1997, a Darmstadt detectaren 12 àtoms de 266Mt (Hofmann et al., 1997).
208Pb(59Co,xn)267-xMt. Aquesta reacció fou assajada originàriament a Dubna en el 1985, amb detecció de 246Cf, indici de la formació de 266Mt. En el 2007, la reacció fou estudiada a Berkeley (Nelson et al., 2009).

A banda d’aquestes reacció de fusió en fred, hom ha pensat en reaccions de fusió en calent (40-50 MeV), que permetrien la síntesi d’alguns isòtops més pesants i de semivida més llarga:
238U(37Cl,xn)275-xMt. Aquesta reacció fou assajada sense èxit a Berkeley en el 2002-2003.
249Bk(26Mg,xn)275-xMt.
254Es(22Ne,xn)276-xMt. Aquesta reacció fou assajada sense èxit a Livermore en el 1998.

D’altres reaccions han estat considerades, si bé no practicades:
243Am(30Si,xn)273-xMt.
243Am(28Si,xn)271-xMt.
254Es(20Ne,xn)274-xMt.

La majoria d’isòtops coneguts de meitneri, doncs, ho són pel fet d’haver-se detectat en les cadenes de desintegració d’elements més pesants, de síntesi més assequible. Així doncs:
– el meitneri-268 ha estat detectat com a producte del roentgeni-272. En diversos experiments fets a Darmstadt, s’han observat alfa-emissions associades a aquest isòtop a tres nivells (10,10 MeV; 10,22 MeV; 10,28 MeV), que caldria atribuir potser a diferents isòmers.
– el meitneri-270 ha estat detectat com a producte de l’ununtri-278 i del roentgeni-274. Morita et al. (2004) identificaren així dos àtoms de 270Mt, cadascun d’ells amb diferències en l’energia d’emissió de la partícula alfa, que caldria atribuir a dos isòmers.
– el meitneri-274 ha estat detectat com a producte de l’ununtri-282 i del roentgeni-278.
– el meitneri-275 ha estat detectat com a producte de l’ununpenti-287, de l’ununtri-283 i del roentgeni-279.
– el meitneri-276 ha estat detectat com a producte de l’ununpenti-288, de l’ununtri-284 i del roentgeni-280.
– el meitneri-277 ha estat detectat com a producte de l’ununsepti-293, de l’ununpenti-289, de l’ununtri-285 i del roentgeni-281.
– el meitneri-278 ha estat detectat com a producte de l’ununsepti-294, de l’ununpenti-290, l’ununtri-286 i del roentgeni-282.

Les quantitats obtingudes en els experiments de síntesi d’aquests elements transmeitnèrics és insuficient per plantejar experiments químics, però sí per determinar algunes característiques bàsiques (semivida, mode de desintegració) i la identificació d’isòmers.

Objectiu cabdal en la recerca del meitneri és la síntesi directa d’alguns dels isòtops que tenen semivides superiors a 1 segon, i acoblar-la a un experiment químic en fase gasosa. Així hom podria generar fluorur de meitneri (MtF6 o MtF8), i n’hi hauria prou amb una taxa de producció d’1 àtom per setmana i d’un total de 4 àtoms per fer una primera caracterització. Més difícil semblaria treballar a òxid de meitneri, car les temperatures de volatilització són superiors a les del fluorur (800 K vs. 330 K).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: