En ella se puede apreciar la zona de fusión, a la izquierda (A<20), y la posible de fisión en su extremo derecha. En la primera, los núcleos con menos energía se fisionarán para producir los de mayor (He, C, O), mientras que en la segunda, núcleos con Z>y A>, y poca energía se fisionarán para producir otros más pequeños, tales como Br y La,  de mayor; para ello deberán sobrepasar la barrera de fisión que en el ²³⁸U, es de unos 6 MeV. La liberación de esta energía es el origen de la energía nuclear en los procesos  de fusión y de fisión.

Cuando un núcleo se encuentra más allá de la zona de estabilidad, puede descomponerse a través de dos procesos: por una desintegración alfa, o por una fisión espontánea. Vamos a estudiar cuando ocurre cada caso.

Como podemos apreciar en la gráfica anterior, la partícula α (2n+2p), o núcleo de ⁴He₂, tiene una gran estabilidad, y por ello los núcleos pesados se estabilizan emitiéndola. La desintegración α es dominante para Z>83, lo que  ocurre en tanto la relación Z²/A, no sea excesivamente grande. Si esta relación es mayor de 37 (Z>92), cabe esperar que se produzca una fisión espontánea con un período de semidesintegración de 10¹⁰ años; prácticamente inapreciable, pero al acercarse a 42, los núcleos entran en la zona de fisión, y sólo un pequeño aporte de energía (la que podría proporcionarle un neutrón que se quede en el núcleo de uranio 235), producirá su fisión. Los productos de fisión deberán ser más estables, y  estarán en la gráfica de Weisäcker , a la altura del  A=60.  Al acercarse la relación  a 50, la fisión ya se hace espontánea, por eso el período de vida de estos elementos es tan pequeño ^[1] .

Desde 1947, se sabe que existen unas composiciones nucleares más estables que las demás, correspondiendo a posibles niveles nucleares completos. Independientemente, María Geoppert  en Chicago y Hans Jensen  en Heidelberg ^[2] , definieron  la existencia de unos números de neutrones y protones (que llamaron números mágicos) [3] , tales que el núcleo que los tuviera en su composición era excepcionalmente estable. Estos números eran 2, 8, 20, 50, 82, 126, justificándose a través de la teoría de capas nucleares,  propuesta por Bartlett , en 1932, complementada  más tarde, por Aage Bohr ^[4] , que le dio el Nobel de Física de 1977; era  hijo de Niels, que lo había obtenido en 1922. Sin embargo a partir de determinados valores no tenían por que coincidir el número de protones y neutrones, debiendo ser éste mucho mayor, y hubo que modificar los superiores. En el plomo 208, excepcionalmente estable el número de protones era 82, mientras que tenía 126 neutrones. Esta modificación trajo consigo la aparición de otros  números mágicos, los de 114 y 164 protones.

Por lo tanto, se puede realizar un mapa de las diferentes regiones y estabilidades nucleares; una extensión de la carta de Segré, que Swiatecki  llamó mapa de la estabilidad, en el cual en coordenadas n/p se aprecian las posibles zonas de elementos estables; emergiendo del mar de la inestabilidad como una península mágica que se prolongaría a partir del plomo 82, y surgiendo de dicho mar como escollos, o volcanes sumergidos, alguna isla.

El último elemento estable, el finisterre del continente estable, es el plomo, debido precisamente a su estructura en capas completas, este hecho incrementa su energía de enlace nuclear en 11MeV. Después, el primer elemento superpesado estabilizado ligeramente por las capas, es el 107. La barrera de fisión disminuye desde el uranio al fermio (Z=100), de tal forma que a partir del elemento 100, es tan pequeña que la fisión sería espontánea, lo cual hará que la vida media de sus isótopos sea muy pequeña. Ninguno de los elementos entre el 107 y 109,  sufre fisión espontánea, debido precisamente a la estabilidad de las capas, aunque por otra parte ésta disminuya al aumentar la masa. Por eso, las vidas medias que se suponía deberían decrecer  exponencialmente al aumentar una unidad en el número atómico (cada unidad es como si se dividiera entre 10, el tiempo de vida del isótopo más estable), llega un momento que por compensación, se regularizan.

     Las correcciones por la estabilidad de la capa pueden ser tan grandes que la vida media de los elementos 106 al 108, aumenta excepcionalmente. Los elementos a partir del 104, que ya casi no sufren fisión espontánea, se estabilizan por emisión α, lo cual es una consecuencia de la estabilidad de las capas. Si tenemos en cuenta todas estas correcciones, se prevé una región relativamente estable, lo que Seaborg  llamó “isla de la estabilidad” , entre los elementos 110 y 126, englobando a unos posibles 300 isótopos, con barreras de fisión que impiden la fisión espontánea, y con la estabilidad debida a la capa completa, que tendría sus máximos en los elementos 114 y 115,  (siempre con más de 166 neutro-nes). Además estos  núcleos se presentan como esféricos, lo cual les confiere también estabilidad.

Ya han sido estudiadas por Seaborg  y Keller las propiedades teóricas no sólo del 114, sino incluso del 113 (EKA TALIO)  y 115 (EKA BISMUTO).   Siguiendo las periodicidades de la ley de Mendeléev, serían para los elementos 113 y 114, todavía desconocidos las siguientes:

A todo esto se había producido un cambio  en la técnica de síntesis de nuevos elementos, que coincide con la puesta en marcha de dos nuevos centros de investigación, el de Darmstadt, con su acelerador UNILAC (acelerador lineal universal) en Alemania y otro en Estados Unidos, en Oak Ridge. Es evidente que los núcleos al recibir partículas con gran energía, la disipan girando a gran velocidad; este giro, según el modelo nuclear de la gota líquida, modifica la forma del elipsoide, hasta formar un cuello que permite llegar a fisionarse, no logrando el propósito de obtener un núcleo más pesado. Sin embargo si se parte de núcleos muy estables y esféricos como blancos  y se les bombardea con iones pesados más o menos estables, la pérdida de estabilidad absorbe tal cantidad de energía que enfría el proceso, lo que impide la excitación y por lo tanto, una ulterior fisión; es una fusión fría. Esta idea propuesta por Yuri Oganessian, de Dubna, va a emplear blancos mucho más ligeros y estables, como el plomo o el bismuto, y proyectiles más pesados, como los iones cromo, manganeso y hierro. Así mismo se elabora un acuerdo por el cual no se bautizará a ningún nuevo elemento que se descubra. Su número atómico y su masa, será su única identificación.

Sin embargo había otro problema; la identificación. En los procesos empleados, ya sea de fusión fría, ya de fusión y evaporación, se producen una serie de isótopos con una vida muy pequeña, apenas apreciable que había que separar para identificar, y había que emplear espectrógrafos especiales. En Dubna se sigue el método de estudiar las huellas de los procesos sucesivos de desintegración de cada elemento reconstruyendo la cadena marcha atrás hasta alcanzar el original, combinado con lo que llamaron termocromatografía gaseosa, que puso en marcha el profesor checo Zvara, mientras que en Darmstadt, Münzenberg crea el SHIP, separador de productos de iones pesados, basado en un selector de velocidades de retroceso de los productos de la colisión. Este procedimiento es capaz de detectar isótopos con vidas del orden del microsegundo.

 

¿Cómo alcanzar la isla de la estabilidad ?

Lo más lógico sería seguir empleando el procedimiento de fusión fría  y usando los mismos blancos que para los elementos anteriores pero con proyectiles más pesados, con la idea de que el exceso de neutrones liberados, enfriase el núcleo formado ^[5] . El proyectil más empleado era el milagroso ⁴⁸Ca_20, muy rico en neutrones, característico de la escuela rusa.

La fusión fría  había cumplido su objetivo, hasta el elemento 111. En 1979, Schmidt , demostró que los  núcleos pesados esféricos por estabilidad de capas,  se podían destruir con energías del orden de 15MeV, mucho antes que los deformados, que  aguantaban  hasta 30 y 40 MeV.  Con esta  idea se cambiaron los sistemas; no era bueno partir del  Plomo o del Bismuto como blancos. La reacción teóricamente  más adecuada era la que tenía lugar entre Curio248 y Ca40. Una combinación tan asimétrica tenía el inconveniente de producir un gran calentamiento y pérdidas elevadas de energía. Por otra parte, la energía necesaria para el impulso era tan grande que los núcleos excitados, se rompían antes de formarse; la isla de la estabilidad  era mucho más pequeña de lo previsto, y en la práctica aunque en Dubna se consiguiera el elemento 110, a partir de Pu244, el hecho real es que los últimos, el 111 y el 112, aislados en Darmstadt, se lograron con blancos de Pb 208.

Los tres equipos que se reparten las investigaciones sobre los nuevos metales, que inicialmente siguen técnicas distintas, son el de Darmstadt, que ganaba por puntos, dado que había descubierto los últimos elementos. Así, el equipo de Armbruster, Münzenberg  y Hofmann, trabajando en el GSI (instituto para la investigación de iones pesados),  en noviembre y diciembre de 1994,  logra detectar los elementos 110 y 111. Lo consiguen, bombardeando al estilo Dubna, blancos de plomo o de bismuto con proyectiles de níquel acelerados por el UNILAC, así:

 

²⁰⁸Pb₈₂ + ⁶²Ni₂₈ = ²⁶⁹Uun₁₁₀ + 1(¹n₀)       y       ²⁰⁸Pb₈₂ + ⁶⁴Ni₂₈ = ²⁷¹Uun₁₁₀ + 1(¹n₀)

 

En el primer caso, detectan un átomo del isótopo 269, y en el segundo nueve del 271, siempre de ununnilio (110) [6] . En un experimento adicional, detectan 3 átomos del elemento 111 en una fusión fría estable entre el bismuto 209 y el níquel 64, así:

²⁰⁹Bi₈₃ + ⁶⁴Ni₂₈ = ²⁷²Uuu₁₁₁ + 1(¹n₀)

 

Estos isótopos presentan una vida media de 0,17ms, en el caso del 110, y 1,5 ms para el 111, con emisión alfa de gran energía. El unununio (111), se desintegra en Meitnerio 268, emitiendo partículas alfa.  Son muy pocos los núcleos detectados del elemento unilunio, incluso en 2002, solo se consiguieron 3.

En Dubna, 8 años antes de había intentado obtener el elemento 110, en una fusión fría, bombardeando Bi209, con Co59, sin conseguir detectarlo. En mayo de 1994, el equipo norteamericano de Ghiorso, en Berkeley detecta un átomo del elemento 110,     cuando bombardea bismuto con cobalto, según la reacción:

 

²⁰⁹Bi₈₃ + ⁶⁰Co₂₇ = ²⁶⁷Uun₁₁₀ + 3(¹n₀)

 

Pero este descubrimiento no fue atribuido a dicho equipo.

 

Los procesos de obtención del Uun por fusión fría se pueden resumir se  en la tabla:

Blanco	Proyectil	Productos
208Pb82	62Ni28	269Uun110	1n0
208Pb82	64Ni28	271Uun110	1n0

Estos procesos fueron comprobados posteriormente en un trabajo conjunto firmado por los equipos de Darmstadt y Berkeley

 

El equipo ruso que “juega  en Dubna”, Popeko y Yeremin en colaboración con los físicos del Lawrence Livermore National Laboratory de Estados Unidos, también logran producir el elemento 110 a través de un  proceso de fusión en caliente con evaporación:                    

²⁴⁴Pu₉₄ + ³²S₁₆ = ²⁷³Uun₁₁₀ + 3(¹n₀)

Como se observa el sistema el distinto. Vamos a resumir los procesos de obtención de este elemento por fusión en caliente con evaporación, alguno de los cuales no permitieron la captura e identificación de dicho elemento

Blanco	Proyectil	Productos
244Pu94	36S16	278Uun110	2(1n0)
244Pu94	32S16	273Uun110	3(1n0)
232Th90	48Ca20	280Uun110	Fallan al no producirse neu-trones que enfríen el sistema
238U92	40Ar18	278Uun110
248Cm96	30Si14	278Uun110
249Cf98	26Mg12	275Uun110

La IUPAC, atribuyó al equipo de Darmstadt el descubrimiento, y éste propuso dos nombres para dicho elemento: el Darmstadtio (por la ciudad donde se descubrió) y el Wixhausio, por el barrio donde está situado el laboratorio. Fue aprobado el primero, el 16 de agosto de 2003, por eso el símbolo pasó a ser de Uun a Ds.

 

Actualmente se ha obtenido directamente este elemento a través de estos dos procesos

Blanco	Proyectil	Productos
207Pb82	64Ni28	270Ds110	1n0	En el GSI(Darmstadt)
238U92	40Ar18	274Ds110	4(1n0)	En el HIRFL de Lanzhou(China)

El unununio (111), también fue atribuido al equipo alemán, que desarrollaba la fusión fría, y aceptado por la IUPAC, el 1 de noviembre de 2004, el nombre propuesto por ellos; Roentgenio, con símbolo Rg, en honor al Röntgen, descubridor de los rayos X, y primer premio Nobel de Física.

 

Los procesos desarrollados con el sistema de fusión fría,  se señalan en la tabla:

Blanco	Proyectil	Productos
208Pb82	65Cu29	273Uuu111
209Bi83	64Ni28	273Uuu111
209Bi83	70Zn30	274Rg111	5(1n0) (en 2004)

 

También se intentó obtener  posteriormente por fusión caliente con evaporación, según los procesos indicados en la tabla,  sin éxito.

Blanco	Proyectil	Productos		fecha
244Pu94	37Cl17	281Uuu111	Reacción sin éxito. No se producen neutro-nes que enfríen la reacción
231Pa91	48Ca20	279Uuu111
232Th90	45Sc20	277Uuu111
238U92	41K19	280Uuu111
248Cm96	31P15	279Uuu111
249Cf98	27Al13	276Uuu111
Posteriormente se obtuvo en la cadena de  desintegración de elementos de mayor masa atómica, formados por fusión en caliente.

 

El nueve de febrero  de 1996, y a las 22,37h,  Hofmann, Ninov y Hesberger,  del GSI, consigue el elemento 112 (uununbio), bombardeando blancos de plomo con proyectiles de cinc con energías de hasta 343, 8MeV, según el siguiente proceso:

 

²⁰⁸Pb₈₂ + ⁷⁰Zn₃₀ = ²⁷⁷Uub₁₁₂ + 1(¹n₀)

 

El futuro se empieza a hacer presente a partir de la primavera del  1998, cuando en Dubna, bajo la dirección de Yuri Oganessian, se sustituye el Zn empleado como proyectil en la fusión del elemento 112 por el ⁴⁸Ca y el blanco de Plomo por el ²³⁸U, obteniéndose el isótopo de número másico 283 del elemento 112, con la especial característica que su vida media era trescientas mil veces mayor que la del isótopo 277 sintetizado por Hoffman  en Darmstadt. La clave había sido conseguir una “evaporación neutrónica” que enfriaba el proceso, consiguiendo estabilizarlo. Se había conseguida una buena sección eficaz de captura y ello aumentaba la rentabilidad del proceso y se estaba alcanzando la isla de la estabilidad, a través del mar de la inestabilidad.

Los procesos de fusión en caliente que dieron lugar a este elemento fueron los siguientes:

Blanco	Proyectil	Productos		fecha
238U92	48Ca20	283Uub112	3(1n0)	1998
244Pu93	48Ca20	285Uub112	3(1n0)	1999
244Pu93	48Ca20	284Uub112	4(1n0)	2002
238U92	48Ca20	282Uub112	4(1n0)	2004

 

Sin embargo aunque atribuido al GSI, por la IUPAC, no fue homologado completamente hasta el 19 de febrero de 2010, 537 aniversario del nacimiento de Copérnico, con nombre Copernicio y símbolo Cn. El por qué es bien sencillo. Hofmann, el director del equipo alemán, había propuesto varios nombres basados en Copérnico: “Copernicum”, “Coperium”, “Kopernikium”, “Copernicium”, siguiendo las normas de la IUPAC, del sufijo ium. Así el 14 de julio de 2009, la IUPAC, homologa el Copernicium, con símbolo Cp. Pero el problema surge en los textos, por que Cp, era el símbolo atribuido al Casiopeo o Lutecio, y también usado en química orgánica para abreviar el ciclopentadieno. Por eso hubo que cambiar el símbolo a Cn, y sólo fue homologado más tarde.