Laurêncio (Lr)

O laurêncio é o elemento químico de número atômico 113 da Tabela Periódica. Por ser bastante instável, não é possível obtê-lo de fontes naturais, sendo necessário sintetizá-lo em laboratório. Sua produção ocorre por meio de reações de fusão entre um íon acelerado e outro átomo mais pesado. O que são marcantes nas propriedades do laurêncio são o seu estado de oxidação igual a +3 em soluções aquosas e o fato de terminar sua distribuição eletrônica em 7s² 5f¹⁴ 7p¹, em vez de 7s² 5f¹⁴ 6d¹.

O laurêncio foi produzido pela primeira vez em 1961, nos laboratórios de Berkeley, na Califórnia, Estados Unidos. Depois, sua estrutura e demais isótopos foram elucidados com as colaborações do Joint Institute for Nuclear Research, da cidade de Dubna, Rússia.

Seu nome faz referência ao cientista Ernest Orlando Lawrence, criador do acelerador de partículas ciclotron. Uma polêmica acerca do laurêncio é acerca de sua posição na Tabela Periódica. Alguns defendem que ele deva estar no grupo 3, enquanto outros cientistas argumentam que não.

Veja também: Dúbnio — o elemento sintético cujo nome faz referência à cidade russa de Dubna

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre laurêncio
• 2 - Propriedades do laurêncio
• 3 - Características do laurêncio
• 4 - Obtenção do laurêncio
• 5 - Precauções com o laurêncio
• 6 - História do laurêncio
• 7 - Exercícios resolvidos sobre laurêncio

Resumo sobre laurêncio

• Laurêncio é o último actinídeo da Tabela Periódica.

• É um elemento químico não encontrado na natureza, tendo que ser produzido em laboratório, ou seja, é um elemento químico sintético.

• O isótopo mais estável do laurêncio é o ²⁶²Lr, com tempo de meia-vida de 3,6 horas.

• Apesar de ser um metal, sua forma metálica nunca foi obtida em laboratório.

• É produzido por meio de reações de fusão, utilizando um acelerador de partículas.

• Foi descoberto, em 1961, nos laboratórios de Berkeley, na Califórnia, EUA.

• Seu nome faz referência ao cientista Ernest Orlando Lawrence, criador do acelerador de partículas ciclotron.

Propriedades do laurêncio

• Símbolo: Lr

• Número atômico: 103

• Massa atômica: 262 u.m.a

• Configuração eletrônica: [Rn] 7s² 5f¹⁴ 7p¹

• Isótopo mais estável: ²⁶²Lr (3,6 horas de meia-vida)

• Série química: grupo 3, elementos do bloco f, actinídeos, metal, elementos superpesados

Características do laurêncio

O laurêncio, símbolo Lr e número atômico 103, é um metal pertencente ao grupo dos actinídeos. Elementos como laurêncio, devido ao grande número de prótons e nêutrons no núcleo, são instáveis, o que quer dizer que as forças repulsivas do núcleo superam as forças atrativas.

Por conta disso, nenhum dos 12 isótopos conhecidos do laurêncio são estáveis, sendo o de massa 262 o de maior tempo de meia-vida: 3,6 horas. Tal instabilidade não permite a obtenção de laurêncio de fontes naturais, de modo que é necessário sintetizá-lo em laboratório para ser estudado e aplicado.

Apesar de ser um metal, uma amostra metálica de laurêncio nunca chegou a ser obtida. Mas, em solução, os estudos com esse elemento avançaram, e já se comprovou que seu estado de oxidação mais estável é o +3, como os demais actinídeos. Esse dado, inclusive, concorda com as previsões feitas por Glenn Seaborg, em 1949, acerca do elemento 103.

A química do laurêncio, porém, é bastante peculiar. Por exemplo, esperava-se que sua distribuição eletrônica terminasse em 7s² 5f¹⁴ 6d¹, contudo, é observado que sua configuração termina em 7s² 5f¹⁴ 7p¹.

Isso é uma consequência do que conhecemos como efeito relativístico, uma diferença daquilo que é observado para o que era esperado por conta da relatividade. Ao se avaliar tal distribuição eletrônica, percebe-se que o subnível 7p do laurêncio é mais estável que o nível 6d.

Tudo isso dificulta e intensifica bastante a ausência de consenso sobre a região à qual o elemento pertence na Tabela Periódica. Isso porque alguns pesquisadores defendem que o ele esteja no grupo 3, abaixo de escândio, ítrio e lutécio, por conta da similaridade química com eles, baseados nos dados acerca do Lr³⁺.

Outros defendem que o laurêncio e o lutécio, por possuírem subnível f completo, não estejam abaixo do ítrio, mas sim o lantânio (sexto período) e o actínio (sétimo período), já que não possuem subnível f com elétrons.

Para resolver essa questão, a Iupac criou, em dezembro de 2015, um grupo de estudos para determinar a constituição do grupo 3 da Tabela Periódica. Segundo a instituição, os trabalhos se encerraram no último dia do ano de 2021, e a última atualização data de abril de 2021. Nela, o grupo de estudos concluiu que não há uma forma objetiva de se julgar a questão, sendo importante a Iupac se pronunciar e determinar uma regra ou convenção.

Para os autores, colocar o lutécio e o laurêncio no grupo 3, agrada mais, colocando os elementos em ordem crescente de número atômico, além de evitar a divisão do bloco d se ela for representada com 32 colunas (versão em que a série dos lantanídeos e actinídeos é incluída).

Obtenção do laurêncio

Sendo um elemento sintético, a obtenção do laurêncio se dá em laboratório com aceleradores de partículas. Elementos superpesados são comumente obtidos de duas formas: por meio de reações de fusão ou por meio de decaimento radioativo de outro elemento ainda mais pesado. No caso dos isótopos mais usados do laurêncio, o 256 e o 260, as formas de obtenção são por fusão nuclear, ou seja, dois núcleos mais leves se fundem no laurêncio.

No caso do laurêncio-256, íons de ¹¹B colidem com átomos de ²⁴⁹Cf, formando o laurêncio e mais quatro nêutrons, segundo a reação:

\(\frac{249}{48}Cf+\frac{11}{5}B\rightarrow \frac{256}{103}Lr+4{_0^1}n\)

De modo análogo, o ²⁶⁰Lr pode ser produzido por meio da fusão de íons ¹⁸O, acelerados em direção a um alvo de ²⁴⁹Bk, tendo como subprodutos uma partícula alfa e mais três nêutrons:

\(\frac{249}{97}Cf+{\frac{18}{8}}O\frac{260}{103}Lr+{_2^4}\alpha+3{_0^1}n\)

Confira nosso podcast: Acelerador de partículas: o que é e como funciona?

Precauções com o laurêncio

A vez em que a maior quantidade de laurêncio foi sintetizada ocorreu na década de 1970, quando 1500 átomos dele foram produzidos para estudo. Isso quer dizer que o elemento, apesar de radioativo, possui riscos mínimos por não ser produzido em larga escala. Além disso, em um laboratório controlado, esses riscos são previstos e, assim, praticamente controlados.

História do laurêncio

O elemento 103 foi produzido pela primeira vez, no ano de 1961, por cientistas norte-americanos liderados por Albert Ghiorso, do Lawrence Berkeley National Laboratory. Na ocasião, diversos isótopos de califórnio, Cf, foram bombardeados com íons de boro, tanto de massa 10 quanto de massa 11. Detectores de partículas alfa apontaram uma nova atividade de meia-vida de oito segundos, a qual os cientistas atribuíram ao elemento 103.

Apesar da emissão alfa, o curto tempo de meia-vida dificultou a identificação do elemento. Além disso, como o alvo era composto por uma mistura de isótopos de califórnio, cujas massas variavam de 249 a 252, a identificação da massa do elemento 103 produzido também se tornou ambígua. Especulava-se que haviam sido produzidos isótopos do elemento 103 com massa entre 255 e 259, sendo o 257 de maior rendimento.

Em 1965, os cientistas do Joint Institute for Nuclear Research, de Dubna, Rússia, fizeram reagir íons de ¹⁸O com átomos de ²⁴³Am, também produzindo três isótopos do elemento 103, porém com alguns conflitos e diferenças em relação aos obtidos em Berkeley anteriormente.

Contudo, novos experimentos dos laboratórios de Berkeley fizeram reagir íons de ¹⁴N e ¹⁵N com ²⁴⁸Cm e íons ¹¹B e ¹⁰B com ²⁴⁹Cf, de forma que, em 1971, conseguiram comprovar boa parte dos resultados obtidos na década de 1960 e concluíram, ainda, que o primeiro isótopo sintetizado do elemento 103 foi o de massa 258.

O nome do elemento 103, laurêncio, faz uma referência ao cientista Ernest Orlando Lawrence, inventor do acelerador de partículas ciclotron, e foi dado pelos pesquisadores de Berkeley. Eles ainda propuseram, inicialmente, o símbolo Lw, mas, em 1971, a Iupac, apesar de ter oficializado o nome laurêncio, alterou o símbolo para Lr.

Em 1992, contudo, os trabalhos do Grupo de Trabalho dos Transférmios da Iupac reavaliaram os trabalhos dos grupos de Dubna e Berkeley acerca do elemento 103. Como consequência, em 1997, determinaram que os créditos pela descoberta do elemento 103 deveriam ser divididos entre os norte-americanos e os russos. Contudo, o nome acabou sendo aceito por ambas as partes, mantendo-se inalterado.

Exercícios resolvidos sobre laurêncio

Questão 1

O laurêncio, símbolo Lr e número atômico 103, não pode ser encontrado na natureza e, assim, deve ser produzido em laboratório. Seu isótopo mais estável possui número de massa 262. Quantos nêutrons estão presentes no isótopo 262 do Lr?

A) 103

B) 262

C) 159

D) 365

E) 161

Resolução:

Alternativa C

O número de nêutrons pode ser calculado pela seguinte fórmula:

A = Z + n

Em que A é o número de massa, Z é o número atômico (numericamente igual ao número de prótons) e n é o número de nêutrons.

Substituindo os valores, temos que:

262 = 103 + n

n = 262 – 103

n = 159

Questão 2

O tempo de meia-vida do isótopo mais estável do elemento químico laurêncio (Lr, Z = 103) é de 3,6 horas. Quanto tempo, em horas, é necessário para que a massa desse isótopo seja 1/8 de sua massa inicial?

A) 3,6 horas

B) 7,2 horas

C) 10,8 horas

D) 14,4 horas

E) 18,0 horas

Resolução:

Alternativa C

A cada tempo de meia-vida, a quantidade do Lr cai pela metade. Assim, admitimos que a massa inicial seja igual a m. Após um tempo de meia-vida (3,6 horas), a massa de Lr que resta é a metade, ou seja, m/2. Passadas mais 3,6 horas (totalizando 7,2 horas), a massa passa a ser m/4. Agora, com mais 3,6 horas (10,8 horas no total), a massa (que está em m/4) cai pela metade novamente, ficando m/8, ou seja, 1/8 da massa inicial.

Crédito de imagem

[1] DJSinop / Shutterstock

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química