Изотопи на радерфордиумот

Радрефордиумот (₁₀₄Rf) — вештачки елемент поради кое нема стабилни изотопи. Не може да се даде стандардна атомска тежина. Првиот изотоп кој бил синтетизиран бил или ²⁵⁹ Rf во 1966 година или ²⁵⁷Rf во 1969 година. Постојат 17 познати радиоизотопи од ²⁵²Rf до ²⁷⁰Rf (од кои три, ²⁶⁶Rf, ²⁶⁸Rf и ²⁷⁰Rf, се непотврдени) и неколку изомери. Најдолговечниот изотоп е ²⁶⁷Rf со полраспад од 48 минути, а најдолготрајниот изомер е ^263mRf со полураспад од 8 секунди.

Радерфордиум  (₁₀₄Rf)

Општи својства
Име и симбол	радерфордиум (Rf)
Радерфордиумот во периодниот систем
Hf ↑ Rf ↓ (Uph) лоренциум ← радерфордиум → дубниум
Атомски број	104
Стандардна атомска тежина (Ar)	[267]
Категорија	преоден метал
Група и блок	група 4, d-блок
Периода	VII периода
Електронска конфигурација	[Rn] 5f14 6d2 7s2[1][2]
по обвивка	2, 8, 18, 32, 32, 10, 2
Физички својства
Фаза	цврста (предвидена)[1][2]
Точка на топење	2.400 K ​(2.100 °C) (предвидена)[1][2]
Точка на вриење	5.800 K ​(5.500 °C) (предвидена)[1][2]
Густина близу с.т.	23,2 г/см3 (предвидена)[1][2][3]
Атомски својства
Оксидациони степени	4,[1] (3), (2)[2][3] ​(предвидувања)
Енергии на јонизација	I: 579,9 kJ/mol II: 1.389,4 kJ/mol II: 2.296,4 kJ/mol (повеќе) (претпоставки)[2]
Атомски полупречник	емпириски: 150 пм (претпоставка)[2]
Ковалентен полупречник	157 пм (претпоставка)[1]
Разни податоци
Кристална структура	​шестаголна збиена (шаз) (предвидена)[4]
CAS-број	53850-36-5
Историја
Наречен по	По Ернест Радерфорд
Откриен	Обединет институт за јадрени истражувања (1964)
Најстабилни изотопи
Главна статија: Изотопи на радерфордиумот
изо ПЗ полураспад РР РЕ (MeV) РП 261Rf веш 70 с[5] >80 % α 8,28 257No <15 % ε 261Lr <10 % СЦ 263Rf веш 15 мин[5] <100 % СЦ ~30 % α 7,90 ? 259No 265Rf веш 2,5 мин[6] 266Rf? веш 10? ч СЦ?/α? 267Rf веш 1,3 ч[5] СЦ 268Rf? веш 6? ч СЦ?/α?
преглед разговор уреди | наводи | Википодатоци

Список на изотопи

Нуклид [б 1]	Z	N	Изотопна маса (Da) [б 2][б 3]	Полураспад [б 4]	Распаден облик	Изведен изотоп	Спин и парност [б 5][б 4]
	Енергија на возбуда[б 4]
252Rf[7]	104	148		60+90 30 ns	СЦ	(различен)	0+
252mRf[7]				13+4 3 us	СЦ (≤90%)	(различен)	(6+)
					IT (≥10%)	252Rf
253Rf[8]	104	149	253.10044(44)#	9.9(12) ms	СЦ (83%)	(различен)	(1/2+)
					α (17%)	249No
253m1Rf	200(150)# keV			52.8(44) μs	СЦ	(различен)	(7/2+)
253m2Rf	>1020 keV			660+400 180 us	ИП	253m1Rf
254Rf[9]	104	150	254.10005(30)#	23.2(11) μs	СЦ (100%)	(различен)	0+
					α (<1.5%)[10]	250No
254m1Rf	>1350 keV			4.7(11) μs	IT	254Rf	(8−)
254m2Rf				247(73) μs	IT	254m1Rf	(16+)
255Rf[11]	104	151	255.10127(12)#	1.69(3) s	СЦ (50.9%)	(различен)	(9/2−)
					α (49.1%)	251No
					β+ (<6%)	255Lr
255m1Rf	150 keV			50(17) μs	IT	255Rf	(5/2+)
255m2Rf	1103 keV			29+7 5 μs	IT	255Rf	(19/2+)
255m3Rf	1303 keV			49+13 10 μs	IT	255Rf	(25/2+)
256Rf[12]	104	152	256.101152(19)	6.67(9) ms	СЦ (99.68%)	(различен)	0+
					α (0.32%)[13]	252No
256m1Rf	~1120 keV			25(2) μs	IT	256Rf
256m2Rf	~1400 keV			17(2) μs	IT	256m1Rf
256m3Rf	>2200 keV			27(5) μs	IT	256m2Rf
257Rf	104	153	257.102917(12)[14]	6,2+1,2 1,0 s[15]	α (89.3%)	253No	(1/2+)
					β+ (9.4%)[16]	257mLr
					СЦ (1.3%)[17]	(различен)
257m1Rf[15]	74 keV			4.37(5) s	α (80.54%)	253No	(11/2−)
					IT (14.2%)	257Rf
					β+ (4.86%)	257Lr
					СЦ (0.4%)	(различен)
257m2Rf[18]	~1125 keV			134.9(77) μs	IT	257m1Rf	(21/2, 23/2)
258Rf[19]	104	154	258.10343(3)	12.5(5) ms	СЦ (95.1%)	(различен)	0+
					α (4.9%)	254No
258m1Rf	1200(300)# keV			2,4+2,4 0,8 ms[20]	IT	258Rf
258m2Rf	1500(500)# keV			15(10) μs	IT	258m1Rf
259Rf[19]	104	155	259.10560(8)#	2.63(26) s	α (85%)	255No	3/2+#
					β+ (15%)	259Lr
260Rf	104	156	260.10644(22)#	21(1) ms	СЦ	(различен)	0+
					α (<20%)[21]	256No
261Rf	104	157	261.10877(5)	75(7) s[22]	α	257No	9/2+#
					β+ (<14%)[23]	261Lr
					СЦ (<11%)[24]	(различен)
261mRf	70(100)# keV			1.9(4) s[25]	СЦ (73%)	(различен)	3/2+#
					α (27%)	257No
262Rf	104	158	262.10993(24)#	210+128 58 ms[26]	СЦ	(различен)	0+
262mRf	600(400)# keV			47(5) ms	СЦ	(различен)	high
263Rf	104	159	263.1125(2)#	11(3) min	СЦ (77%)	(различен)	3/2+#
					α (23%)[27]	259No
263mRf[n 1]				5,1+4,6 1,7 s[28]	СЦ	(различен)	1/2#
265Rf[n 2]	104	161	265.11668(39)#	1,1+0,8 0,3 min	СЦ	(различен)
266Rf[n 3][n 4]	104	162	266.11817(50)#	23 s#[29][30]	СЦ	(различен)	0+
267Rf[n 5]	104	163	267.12179(62)#	48+23 12 min	СЦ	(различен)	13/2−#
268Rf[n 3][n 6]	104	164	268.12397(77)#	1.4 s#[30][31]	СЦ	(различен)	0+
270Rf[32][n 3][n 7]	104	166		20 ms#[30][33]	СЦ	(различен)	0+
прегледај

1. ^mRf – Возбуден јадрен изомер.
2. ( ) – Неизвесноста (1σ) е дадена во концизен облик во загради по соодветните последни цифри.
3. # – Атомска маса означена со #: вредноста и неизвесноста не се само изведени само од опитни податоци, туку барем делумно од трендови од масената површина (TMS).
4. # – Вредностите означени со # не се само изведени од опитни податоци, туку барем делумно и од трендови во соседните нуклиди (TNN).
5. ( ) спинова вредност – Означува спин со слаби зададени аргументи.

Нуклеосинтеза

Супер-тешките елементи како што е радерфордиумот се произведуваат со бомбардирање на полесни елементи во забрзувачите на честички што предизвикуваат јадрено соединување. Додека повеќето од изотопи на радерфордиумот може да се синтетизираат директно на овој начин, некои потешки се забележани само како производи на распаѓање на елементи со поголем атомски број.

Во зависност од вклучените енергии, првите се поделени на „жешки“ и „ладни“. Во реакциите на топло соединување, многу лесни проектили со висока енергија се забрзуваат кон многу тешки цели (актиноиди), предизвикувајќи сложени јадра при висока енергија на возбудување (~ 40-50 MeV) што може или да јадрено цепење или да испарување на неколку (3 до 5) неутрони. ^[34] Во реакциите на ладно соединување, произведените споени јадра имаат релативно ниска енергија на возбудување (~ 10-20 MeV), што ја намалува веројатноста овие производи да подлежат на јадрено цепење. Како што споените јадра се ладат до основната состојба, тие бараат емисија на само еден или два неутрони, и на тој начин овозможува генерирање на повеќе производи богати со неутрони. ^[35] Вториот е различен концепт од оној каде што се тврди дека јадреното соединување се постигнува во услови на собна температура (погледни ладно соединување). ^[36]

Топло соединување

Синтезата на радерфордиумот првпат била испробана во 1964 година од страна на тимот во Дубна користејќи ја реакцијата на топло соединување на проектили неон -22 со цели плутониум -242:

242
94Pu
+ 22
10Ne
→ 264−x
104Rf
+ 3 or 5
n
.

Првото проучување дало докази за спонтано цепење со 0,3секунди полураспад и уште еден на 8 секунди. Додека првото набљудување на крајот било повлечено, второто на крајот се поврзало со изотопот ²⁵⁹Rf. Во 1966 година, советскиот тим го повторил експериментот користејќи хемиско проучување на испарливи производи од хлорид. Тие идентификувале испарлив хлорид со својства на ека-хафниум кој брзо се распаѓал преку спонтано цепење. Ова дало силни докази за формирање на RfCl₄, и иако полураспадот не бил точно измерен, подоцнежните докази сугерирале дека производот најверојатно е ²⁵⁹Rf. Тимот го повторил експериментот неколку пати во текот на следните неколку години, а во 1971 година го ревидирал полураспад на спонтано цепење за изотопот на 4,5 секунди.^[37]

Во 1969 година, истражувачите од Универзитетот во Калифорнија, предводени од Алберт Гиорсо, се обиделе да ги потврдат оригиналните резултати пријавени во Дубна. Во реакцијата на куриум -248 со кислород-16, тие не биле во можност да го потврдат резултатот на советскиот тим, но успеале да го набљудуваат спонтаното цепење на ²⁶⁰Rf со многу краток полураспад од 10-30 ms:

248
96Cm
+ 16
8O
→ 260
104Rf
+ 4
n
.

Во 1970 година, американскиот тим исто така ја проучувал истата реакција со кислород-18 и идентификувал ²⁶¹Rf со полураспад од 65 секунди (подоцна променето на 75 секунди). ^{[38] [39]} Подоцнежните експерименти во Националната лабораторија Лоренс Беркли во Калифорнија, исто така, откриле формирање на краткотраен изомер од ²⁶²Rf (кој се подложува на спонтано цепење со полураспад од 47 ms), ^[40] и спонтани активности на цепење со долг животен век, привремено доделени на ²⁶³Rf. ^[41]

Дијаграм на експерименталната поставеност користена при откривањето на изотопи ²⁵⁷Rf и ²⁵⁹Rf

Реакцијата на калифорниум -249 со јаглерод-13, исто така, беше испитана од тимот на Гиорсо, кој укажал на формирање на краткотрајниот ²⁵⁸Rf (кој претрпел спонтано цепење во 11 г. ms):

249
98Cf
+ 13
6C
→ 258
104Rf
+ 4
n
.

Во обидот да ги потврдат овие резултати со користење на јаглерод-12 наместо тоа, тие ги забележале и првите алфа-распади од ²⁵⁷Rf. ^[42]

Реакцијата на беркелиум -249 со азот -14 за прв пат била проучувана во Дубна во 1977 година, а во 1985 година, тамошните истражувачи го потврдиле формирањето на изотоп ²⁶⁰Rf кој брзо се подложува на спонтано цепење за 28 ms:

249
97Bk
+ 14
7N
→ 260
104Rf
+ 3
n
.

Во 1996 година, изотопот ²⁶²Rf бил забележан во Националната лабораторија Лоренс Беркли (НБЛБ) од соединување на плутониум-244 со неон-22:

244
94Pu
+ 22
10Ne
→ 266−x
104Rf
+ 4 or 5
n
.

Тимот одредил полураспад од 2,1 секунди, за разлика од претходните извештаи за 47 ms и сугерирал дека двата полураспади може да се должат на различни изомерни состојби од ²⁶²Rf. ^[43] Проучувањата за истата реакција од страна на тим во Дубна, довеле до набљудување во 2000 година на алфа-распад од ²⁶¹Rf и спонтано цепење од ^261mRf. ^[44]

Реакцијата на топло соединување со употреба на ураниумска цел за прв пат била пријавена во Дубна во 2000 година:

238
92U
+ 26
12Mg
→ 264−x
104Rf
+ x
n
(x = 3, 4, 5, 6).

Тие забележале распаѓање од ²⁶⁰Rf и ²⁵⁹Rf, а подоцна и за ²⁵⁹Rf. Во 2006 година, како дел од нивната програма за проучување на ураниумски цели во реакциите на топло соединување, тимот од НБЛБ, исто така, забележале ²⁶¹Rf. ^{[45] [46]}

Ладно соединување

Првите експерименти со ладно соединување со елементот 104 биле направени во 1974 година во Дубна, со користење на лесни јадра на титаниум-50 насочени кон цели на изотоп олово-208:

208
82Pb
+ 50
22Ti
→ 258−x
104Rf
+ x
n
(x = 1, 2, or 3).

Мерењето на активноста на спонтаното цепење било доделено на ²⁵⁶Rf, ^[47] додека подоцнежните проучувања направени во Институтот за тешки јони (ИТЈ), исто така, ги измериле својствата на распаѓање за изотопите ²⁵⁷Rf и ²⁵⁵Rf. ^[48] Во 1974 година, истражувачите од Дубна ја истражувале реакцијата на оловото-207 со титаниум-50 за да се произведе изотоп ²⁵⁵Rf. ^[49] Во едно проучување од 1994 година во ИТЈ користејќи го изотопот олово-206, биле откриени ²⁵⁵Rf како и ²⁵⁴Rf. ²⁵³Rf бил на сличен начин откриен таа година кога наместо тоа се користело олово-204. ^[50]

Распад

Повеќето изотопи со атомска маса под 262, исто така, забележале како производи на распаѓање на елементи со поголем атомски број, што овозможува префинетост на нивните претходно измерени својства. Потешките изотопи на радерфордиум биле забележани единствено како производи на распаѓање. На пример, неколку настани на алфа-распади кои завршуваат со ²⁶⁷Rf биле забележани во ланецот на распаѓање на дармштатиум -279 од 2004 година:

279
110Ds
→ 275
108Hs
+ α → 271
106Sg
+ α → 267
104Rf
+ α.

Ова дополнително претрпело спонтано соединување со полураспад од околу 1,3 часа. ^{[51] [52] [53]}

Испитувањата за синтезата на изотопот дубниум -263 во 1999 година на Универзитетот во Берн откриле настани кои се во согласност со електронско зафаќање за да се формира ²⁶³Rf. Била одвоена фракција на радерфордиум и биле забележани неколку спонтани настани на цепење со долг полураспад од околу 15 минути, како и алфа-распад со полураспад од околу 10 минути. Извештаите за ланецот на распаѓање на флеровиум -285 во 2010 година покажале пет последователни алфа-распади кои завршуваат со ²⁶⁵Rf, што дополнително се подложува на спонтано цепење со полураспад од 152 секунди. ^[6]

Некои експериментални докази биле добиени во 2004 година за потежок изотоп, ²⁶⁸Rf, во ланецот на распаѓање на изотоп на московиум:

288
115Mc
→ Елементот Нихониум не постои. + α → 280
111Rg
+ α → 276
109Mt
+ α → 272
107Bh
+ α → 268
105Db
+ α  ? → 268
104Rf
+
ν
e.

Сепак, последниот чекор во овој ланец останал непознат. По набљудувањето на петте настани на алфа-распаѓање кои генерираат дубниум -268, спонтани настани на цепење биле забележани со долг полураспад. Не е познато дали овие настани се должат на директно спонтано цепење од ²⁶⁸Db, или ²⁶⁸Db произведени настани за електронски зафат со долг полураспад за да генерираат ²⁶⁸Rf. Доколку второто се произведува и се распаѓа со краток полураспад, двете можности не можат да се разликуваат. ^[54] Со оглед на тоа што електронскиот зафат од ²⁶⁸Db не може да се открие, овие спонтани настани на цепење може да се должат на ²⁶⁸Rf, во кој случај не може да се извлече полураспад на овој изотоп. ^[55] Сличен механизам е предложен за формирање на уште потешкиот изотоп ²⁷⁰Rf како краткотрајна ќерка од ²⁷⁰Db (во ланецот на распаѓање од ²⁹⁴Ts, за прв пат синтетизиран во 2010 година) кој потоа се подложува на спонтано цепење:

294
117Ts
→ 290
115Mc
+ α → Елементот нихониум не постои. + α → 282
111Rg
+ α → 278
109Mt
+ α → 274
107Bh
+ α → 270
105Db
+ α  ? → 270
104Rf
+
ν
e.

Според извештајот од 2007 година за синтезата на нихониум, изотопот ²⁸²Nh двапати бил забележан како подложен на слично распаѓање формирајќи ²⁶⁶Db. Во еден случај ова претрпело спонтано цепење со полураспад од 22 минути. Со оглед на тоа дека електронскиот зафат од ²⁶⁶Db не може да се открие, овие спонтани настани на цепење може да се должат на ²⁶⁶Rf, во кој случај не може да се извлече полураспадот на овој изотоп. Во другиот случај, не бил забележан спонтан настан на цепење; можело да се пропушти, или ²⁶⁶Db можеби претрпел уште две алфа-распади до долготрајни ²⁵⁸Md, со полраспад (51,5 г) подолго од вкупното време на експериментот. ^[56]

Хронологија на откривање на изотопи

Јадрен изомеризам

Моментално предложен модел на ниво на распаѓање за ²⁵⁷Rf ^g,m од студиите пријавени во 2007 година од Хесбергер и сор. во Институтот за тешки јони (ИТЈ)

Неколку рани проучувања за синтезата на ²⁶³Rf покажале дека овој нуклид се распаѓа првенствено со спонтан распад со полураспад од 10-20 минути. Неодамна, проучувањето на изотопи на хасиум овозможило синтеза на атоми од ²⁶³Rf кои се распаѓаат со пократок полураспад од 8 секунди. Овие два различни начини на распаѓање мора да бидат поврзани со две изомерни состојби, но специфичните задачи се тешки поради малиот број на набљудувани настани.

За време на истражувањето на синтезата на изотопи на радерфордиумот користејќи ја реакцијата ²⁴⁴Pu(²²Ne,5n) ²⁶¹ Rf, било откриено дека производот е подложен на ексклузивни алфа-распади 8,28 MeV со полураспад од 78 секунди. Подоцнежните проучувања на ИТЈ за синтезата на изотопи на копернициум и хасиум произвеле спротивставени податоци, бидејќи било откриено дека ²⁶¹Rf произведен во ланецот на распаѓање е подложен на 8,52 MeV алфа распаѓање со полураспад од 4 секунди. Подоцнежните резултати укажале на доминантна соединувачка гранка. Овие противречности довеле до одредено сомневање за откривањето на копернициум. Првиот изомер моментално се означува ^261aRf (или едноставно ²⁶¹Rf), додека вториот е означен ^261bRf (или ^261mRf). Сепак, се смета дека првото јадро припаѓа на основна состојба со високо вртење, а второто на метастабилна состојба со низок спин. ^[57] Откривањето и потврдата на ^261bRf обезбедиле доказ за откривањето на копернициум во 1996 година. ^[58]

Детално спектроскопско проучување за производство на ²⁵⁷Rf јадра користејќи ја реакцијата ²⁰⁸Pb( ⁵⁰ Ti,n) ²⁵⁷ Rf овозможило идентификација на изомерно ниво во ²⁵⁷Rf. Работата потврдила дека ^257gRf има комплексен спектар со 15 алфа линии. Бил пресметан дијаграм на структура на нивоа за двата изомери. ^[59] Слични изомери биле пријавени и за ²⁵⁶Rf. ^[60]

Хемиски приноси на изотопи

Ладно соединување

Табелата подолу дава пресеци и енергии на возбуда за реакции на ладно соединување кои директно произведуваат изотопи на радерфордиум. Податоците со задебелени букви ги претставуваат максимумите добиени од мерењата на функцијата на возбудување. + претставува набљудуван излезен канал.

Проектил	Цел	CN	1n	2n	3n
50 Ti	208Pb	258Rf	38.0 nb, 17.0 MeV	12.3 nb, 21.5 MeV	660 pb, 29,0 MeV
50 Ti	207Pb	257Rf	4.8 nb
50 Ti	206Pb	256Rf	800 pb, 21.5 MeV	2.4 nb, 21.5 MeV
50 Ti	204Pb	254Rf	190 pb, 15.6 MeV
48 Ti	208Pb	256Rf	380 pb, 17.0 MeV

Топло соединување

Табелата подолу дава пресеци и енергии на возбуда за реакции на топло соединување кои директно произведуваат изотопи на радерфордиумот. Податоците со задебелени букви ги претставуваат максималните добиени од мерењата на функцијата на возбудување. + претставува набљудуван излезен канал.

Проектил	Цел	CN	3n	4n	5n
26Mg	238U	264Rf		240 pb	1.1 nb
22Ne	244Pu	266Rf		+	4.0 nb
18O	248Cm	266Rf		+	13.0 nb