Dubnio

El dubnio es un elemento químico que pertenece a la serie química de los metales de transición. Se encuentra en la tabla periódica entre el rutherfordio y el seaborgio. Tiene una masa atómica igual a 268, se representa por el símbolo Db y su número atómico es 105.

El dubnio es un metal superpesado y radiactivo que no se origina naturalmente en el planeta, es decir, es un elemento sintético, obtenido generalmente mediante procesos nucleares en laboratorios. Muchas de sus propiedades no han podido ser exhaustivamente estudiadas.

Por consenso científico el crédito por el descubrimiento del dubnio, ocurrido entre 1968 y 1970, es compartido por el equipo ruso del Instituto Central de Investigaciones Nucleares y por el equipo estadounidense del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley.

Características y propiedades

El dubnio es un metal de origen exclusivamente sintético, que se caracteriza por su inestabilidad nuclear y radiactividad, razón por la que no se conocen muchas con exactitud muchas de sus propiedades, siendo algunas de ellas meras predicciones teóricas.

Actualmente solamente se conocen 7 radioisótopos del dubnio. El radioisótopo más estable es el dubnio-268 tiene una vida media de alrededor de 28 horas. Por estimaciones teóricas, se cree que la vida media de los demás isótopos del dubnio no excede las 24 horas.

Por investigaciones teóricas se ha establecido que el dubnio pertenece a la serie de los metales de transición, al grupo 5 de la tabla periódica y al bloque 6d.

Limitados experimentos químicos con dubnio han mostrado que este metal superpesado se comporta químicamente mucho más como el niobio que como el tantalio, un metal más semejante en lo que respecta a grupo químico.

Las propiedades reales del dubnio pueden diferir de las teóricas convencionales (dadas por la física cuántica no relativista) por efectos relativistas a escalas atómicas y nucleares.

El dubnio se produce generalmente en laboratorios de radioquímica y física de partículas mediante colisiones de núcleos atómicos de diferentes elementos. Alternativamente, se ha desarrollado  varias técnicas de captura neutrónica rápida y reacciones de transferencia.

Propiedades físicas

  • Se teoriza que en condiciones ambientales promedio se encuentra en estado sólido.
  • Se estima que posee una densidad de 29300 kg/m3.
  • Un efecto relativista directo que puede influir en las propiedades de los isótopos del dubnio es el incremento de la velocidad de revolución de los electrones más exteriores por atracción electromagnética, a medida que la masa atómica crece.
  • Igualmente, un efecto relativista indirecto que puede participar es la contracción de los orbitales s y p1/2, lo cual provoca que los electrones del suborbitales 7s sean más difíciles de extraer que aquellos del suborbital 6d, lo cual lo distingue de los demás metales del grupo 5.
  • Un efecto relativista adicional es la interacción espín-orbital que provoca que la subcapa 6d se divida en dos subcapas.
  • Se predice que en estado sólido tiene una estructura cristalina cubica centrada en el cuerpo.

Propiedades químicas

  • El estado de oxidación máximo del dubnio es el +5. Se predice que también posee los estados de oxidación +3 y +4.
  • El pentacloruro de dubnio se comporta como los otros compuestos de los metales del grupo 5, lo cual es consistente con las predicciones químicas.
  • Cálculos teóricos han mostrado que el dubnio tiene una tendencia mayor a la formación y su extracción de compuestos que los otros metales del grupo 5.
  • El bromuro de dubnio es igual de volátil que el bromuro de hafnio, y menos volátil que el bromuro de niobio.
  • Su estructura atómica está compuesta por 105 electrones, 163 neutrones y 105 protones.
  • Su enjambre de electrones oscila en 7 niveles de energía.

    Configuración electrónica del dubnio
    Configuración electrónica del dubnio

Usos

Por poseer tantos radioisótopos tan inestables, el dubnio no tiene aplicaciones comerciales de ningún tipo. Por dificultades técnicas es extremadamente complicado producirlo en apreciables cantidades.

Actualmente, este elemento superpesado es objeto  de intensa investigación y estudio, para llegar a conocer todo su espectro de propiedades con la mayor exactitud posible.

Dónde se encuentra

Todo el dubnio que se ha sintetizado en el planeta se ha encontrado confinado en las instalaciones científicas donde se ha llevado a cabo colisiones nucleares en aceleradores de partículas, generalmente.

Las cantidades producidas de dubnio son microscópicamente escasas y solamente existen por relativamente pocas horas, desintegrándose en otros elementos menos pesados y liberando energía.

En concreto, los radioisótopos más estables del dubnio son 268Db y 270Db, este último con una vida media de 15 horas.

Obtención

El dubnio se puede obtener haciendo bombardear californio-249 con iones de nitrógeno-15, tal como lo experimentaron en el Laboratorio Berkeley en 1970, produciendo una notablemente escasa cantidad de dubnio-260.

Hoy en día se emplean haces de calcio-48 para producir isótopos del dubnio, por ser un isótopo con un gran exceso de neutrones. Incluso, este procedimiento muy útil para sintetizar otros elementos superpesados.

Si bien las colisiones nucleares son la manera preferida para producir radioisótopos de dubnio en el área investigativa, los radioisótopos más estables y pesados de este metal, el 268Db y el 270Db, se han sintetizado del decaimiento del moscovio-288 y el tenesio-294, respectivamente.

Quién lo descubrió

Durante la década de 1960 se produjo una feroz competencia entre el Instituto Central de Investigaciones Nucleares de Dubna (ICIN) y el Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (LNLB) de California por el crédito del descubrimiento y nombramiento de los elementos del 104 al 106.

Esta competencia científica fue conocida como la Guerra de los Transférmicos, en el marco de las tensiones de la Guerra Fría, la cual desató una gran controversia en torno al descubrimiento y nombramiento del dubnio o elemento 105, como era referido neutralmente en aquella época.

Gueorgui Fliórov
Gueorgui Fliórov

En 1968 se dio el primer anuncio del descubrimiento del elemento 105 y provino del equipo del ICIN, dirigido por el físico nuclear soviético Georgii Flerov. Este equipo bombardeó un objetivo de americio-243 con iones de neón-22, afirmando haber producido 260Db y 261Db.

En 1970, el equipo del ICIN logró separar los productos de la reacción nuclear anterior por medio de cromatografía de gradiente térmico, observando una fisión espontanea en una muestra probable de pentacloruro de dubnio-261.

En abril de 1970 un equipo del LNLB, dirigido por el científico nuclear Albert Ghiorso, sintetizó 260Db bombardeando un objetivo de 249Cf con 15N. Los resultados finales de este experimento no confirmaron el descubrimiento del equipo del ICIN.

No obstante, en años posteriores científicos del ICIN pudieron reproducir los resultados obtenidos por el equipo soviético de 1968-1970, logrando identificar pentabromuro de dubnio-260 en 1976.

El equipo de ICIN propuso el nombre de Nielsbohrium para el elemento 105, mientras que el equipo del LNLB propuso el nombre Hahnium.

En 1997, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) acabó definitivamente la disputa por la denominación del elemento 105 dándole el nombre de Dubnium, en honor a la ciudad rusa de Dubna, hogar del ICIN.