El mendelevio, elemento atómico n°101 de símbolo Md: su descubrimiento, su síntesis, sus propiedades y sus isótopos.

Este método era de gran importancia, ya que el uso de la captura neutrónica para sintetizar los transuránicos resultó ineficaz. Esto se debe a la ausencia de desintegración beta entre los isótopos del fermio, que normalmente deberían producir el siguiente elemento, el mendelevio. Además, el corto período radiactivo del ²⁵⁸Fm también fue un obstáculo para el éxito de la captura neutrónica.

Para verificar la posibilidad de producir mendelevio, el equipo realizó un cálculo basado en el número de átomos del objetivo, su sección eficaz, la intensidad del haz de iones y la duración del bombardeo. Esta última tiene relación con el período radiactivo del producto. Considerando estos parámetros, se demostró que debería producirse un átomo por experimento. Así, en condiciones óptimas, una sola partícula del elemento 101 se generaría durante el experimento. Estos cálculos demostraron la posibilidad de realizar la síntesis del mendelevio y se emprendieron los experimentos.

El objetivo de einstenio 253 era fácil de producir irradiando plutonio, considerando que después de un año de radiación se obtendrían mil millones de átomos. El período radiactivo del Es es de tres semanas. Así, los experimentos podían comenzar una semana después de haber obtenido un objetivo por separación y purificación de este elemento. Sin embargo, una mejora del ciclotrón resultaba indispensable, ya que la intensidad de las partículas alfa requerida para la síntesis era del orden de 10¹⁴ partículas por segundo.

Para separar los átomos de mendelevio y actínidos más ligeros producidos durante la síntesis, Choppin propuso el uso del ácido α-hidroxiisobutírico. El método de síntesis recurre a una técnica desarrollada por Albert Ghiorso, que explota el retroceso de los átomos de Md formados. El objetivo se enfrenta al haz de partículas alfa y en su opuesto se ha colocado el einstenio. Así, los átomos del mendelevio tienen suficiente impulso para abandonar el objetivo y ser recogidos en una fina hoja de oro colocada justo detrás. Este enfoque es eficaz dada la pequeña cantidad de Es presente en el objetivo.

Aproximadamente 109 átomos de ²⁵³Es fueron depositados por electrodeposición sobre la hoja de oro. El bombardeo se realizó en el ciclotrón de Berkeley con partículas alfa de una energía de 41 MeV, a una intensidad de 6×10¹³ partículas por segundo sobre una superficie de 0,05 cm³. Para mantener una temperatura constante del objetivo, fue enfriado con agua o helio líquido, o bien podía ser reemplazado en caso de necesidad.

En septiembre de 1954, los primeros experimentos realizados no detectaron desintegración alfa de un átomo de mendelevio. Por consiguiente, Ghiorso supuso que el mendelevio formado se habría desintegrado totalmente en fermio por captura electrónica. Entonces sugirió retomar la síntesis, buscando esta vez eventos de fisión espontánea. Así, en febrero de 1955, los trabajos de síntesis fueron retomados.

El 19 de febrero de 1955, día del descubrimiento, la irradiación alfa del objetivo de einstenio se repartió en tres sesiones de tres horas.

Como el ciclotrón estaba situado lejos del Radiation Laboratory, en el campus de la Universidad de California, se estableció un método de trabajo complejo. Ghiorso tomó las hojas del dispositivo receptor del ciclotrón (compuesto por tres objetivos y tres dispositivos receptores) y se las entregó a Harvey. Este último disolvió las hojas en agua regia, y luego las pasó a través de una columna de resina intercambiadora de aniones para disociar los elementos transuránicos del oro y los otros productos. Choppin y Ghiorso vertieron las gotas de solución obtenidas en un tubo de ensayo y las transportaron rápidamente al Radiation Laboratory. A su llegada, Thompson y Choppin emplearon el ácido α-hidroxiisobutírico y una columna de resina intercambiadora de cationes para recoger las gotas de soluciones en discos de platino. Estos fueron secados bajo lámparas calefactoras. Se presumió que los tres discos contenían respectivamente fermio, ningún elemento nuevo y mendelevio. Finalmente, fueron colocados en un dispositivo que registraba los eventos de fisión espontánea y revelaba así el momento y el número de las desintegraciones.

La detección se realizó mediante la observación de cinco eventos de fisión espontánea que ocurrieron en el ²⁵⁶Fm (isótopo hijo del mendelevio), por captura electrónica. Cuatro fueron suficientes para probar la identificación química del elemento 101. Experimentos más avanzados y análisis adicionales revelaron que el isótopo del mendelevio creado tenía un número de masas de 256. Se desintegró en fermio 256 por captura electrónica, con un período radiactivo de aproximadamente 1,5 horas.

Mendeléiev era un químico ruso y el descubrimiento se hizo en un contexto de guerra fría. Seaborg tuvo que usar la persuasión para convencer al gobierno de los Estados Unidos de aceptar el nombre de mendelevio para el nuevo elemento. Este nombre solo fue aprobado en 1955 por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Una asamblea general de la organización se celebró en París en 1957, durante la cual el símbolo original “Mv” fue modificado a “Md”.

Se puede explotar el retroceso de los átomos de mendelevio 256 para alejarlos del objetivo de einstenio. Luego, son depositados en una hoja metálica fina, como berilio, aluminio, platino u oro, que se coloca directamente detrás del objetivo. Con este método, ya no es necesaria una separación química a partir del objetivo, y se puede reutilizar el objetivo de einstenio.

Para separar el mendelevio de los productos de fisión, es posible disolver la hoja con ácido y precipitarla después con fluoruro de lantano. Luego, se utiliza una columna de resina intercambiadora de cationes con una solución acuosa que contiene 10% de etanol saturada en ácido clorhídrico. Sin embargo, si la hoja de oro es bastante fina, es más práctico disolver el oro en agua regia. Posteriormente, se procede a la separación de los actínidos trivalentes del oro mediante cromatografía de intercambio aniónico, con ácido clorhídrico como eluyente.

Otra opción consiste en ralentizar directamente los átomos de mendelevio formados en un gas (generalmente helio). Este gas es evacuado fuera de la cámara de reacción y permite la conducción de los átomos a través de un tubo capilar para ser analizados. Para largas distancias, se añade cloruro de potasio al gas de transporte.

Propiedades del mendelevio

En estado ordinario, el mendelevio es un cuerpo simple sólido. Su sistema cristalino se presenta bajo una estructura cúbica centrada en las caras. Su punto de fusión, idéntico al del nobelio, se estima en 827 °C y su densidad evaluada en aproximadamente 10.3 ± 0.7 g·cm⁻³¹⁶. Este elemento químico tiene una masa atómica de 258 u y una electronegatividad de 1,3 en la escala de Pauling. La energía de primera ionización del átomo del Md es de 6,58 eV y su N° CAS es 7440-11-1.

El mendelevio en solución constituye los principales datos sobre la química de este elemento. Puede adoptar los estados de oxidación +3 o +2. Aunque el grado de oxidación +1 ha sido señalado, no ha sido confirmado.

Antes del descubrimiento del mendelevio, Katz y Seaborg emitieron la hipótesis de su predominancia en forma trivalente en solución acuosa. Supusieron que el elemento 101 tendría propiedades similares a las de los lantánidos y actínidos trivalentes. Después del descubrimiento por síntesis del Md, estas suposiciones resultaron exactas. En primer lugar, por su elución justo después del fermio en el proceso de extracción de los actínidos trivalentes, y luego en 1967 cuando el fluoruro de mendelevio y el hidróxido fueron coprecipitados con sales de lantánidos trivalentes.

El mendelevio III puede ser reducido a mendelevio II, que es una forma estable en solución acuosa. En 1967, el potencial estándar de reducción del par E°(Md3+→Md2+) fue evaluado en −0,10 V o −0,20 V. En 2013, este valor se estableció en −0,16 ± 0,05 V. A título comparativo, E°(Md3+→Md0) se estima en aproximadamente −1,74 V y E°(Md2+→Md0) en aproximadamente −2,5 V.

En 1973, investigadores rusos anunciaron la síntesis del mendelevio I, realizada por reducción de los estados de oxidación superiores del elemento mediante samario II. Esta forma era reconocida como estable en solución neutra en una mezcla de agua y etanol. El Md I presentaba una similitud con el cesio I, sin embargo, los experimentos posteriores no permitieron confirmar su existencia. Demostraron que el mendelevio desoxidado no se comporta como los metales alcalinos monovalentes, sino más bien como elementos divalentes. No obstante, el equipo ruso llevó a cabo estudios exhaustivos sobre la co-cristalización del mendelevio con cloruros de metales alcalinos. Concluyó que se forma mendelevio I y que es capaz de engendrar cristales mixtos con elementos divalentes.

La predicción en 1975 decía que E°(Md4+→Md3+) era de aproximadamente +5,4 V, lo que implicaba que el mendelevio III podría ser fácilmente oxidado a mendelevio IV. Sin embargo, experimentos realizados en 1967 con bismutato de sodio, como agente oxidante, no lograron realizar esta oxidación.

Isótopos

Cinco isómeros nucleares y dieciséis radioisótopos del mendelevio, de ²⁴⁵Md a ²⁶⁰Md, han sido identificados.

Los isótopos ²⁵⁷Md, ²⁵⁸Md, ²⁵⁹Md y ²⁶⁰Md son los más estables. Todos son sintéticos y su período es respectivamente de 5,52 horas, 51,5 días, 1,60 horas y 27,8 días.

El ²⁵⁷Md se desintegra por captura electrónica y sufre una fisión espontánea. Genera ²⁵⁷Fm, ²⁵³Es y otros productos.

Los modos de desintegración del ²⁵⁸Md son α, β, y β⁺ y produce respectivamente ²⁵⁴Es, ²⁵⁸No y ²⁵⁸Fm.

El ²⁵⁹Md sufre una desintegración α así como una fisión espontánea y engendra ²⁵⁵Es y otros cuerpos químicos.

Durante su desintegración α, el ²⁶⁰Md emite partículas. La desintegración β- se hace por captura electrónica y sufre una fisión espontánea. Sus productos de desintegración son el ²⁵⁶Es, el ²⁶⁰Fm, el ²⁶⁰No, así como productos de fisión.