Resumo

O bohrium representa um elemento superpesado sintético com número atômico 107, posicionado no grupo 7 da tabela periódica como o membro mais pesado abaixo do manganês, tecnécio e rênio. Este elemento transactinídeo exibe propriedades radioativas com meias-vidas variando de milissegundos até aproximadamente 11,5 minutos para o isótopo mais estável ²⁷⁸Bh. Investigações químicas demonstram que o bohrium se comporta como o homólogo mais pesado do rênio, apresentando estados de oxidação característicos do grupo 7 e formando oxicloretos voláteis. A síntese do elemento ocorre exclusivamente por meio de reações de bombardeamento em aceleradores de partículas, com o ²⁷⁰Bh sendo o isótopo mais estudado, possuindo meia-vida de 2,4 minutos. Efeitos relativísticos influenciam significativamente a estrutura eletrônica e o comportamento químico do bohrium.

Introdução

O bohrium ocupa uma posição única como elemento 107 na tabela periódica, sendo o quinto membro da série de metais de transição 6d e o membro confirmado mais pesado do grupo 7. Sua importância estende-se além da estrutura atômica, demonstrando a continuidade sistemática das tendências periódicas na região dos elementos superpesados. A configuração eletrônica do bohrium [Rn] 5f¹⁴ 6d⁵ 7s² o posiciona claramente entre os metais de transição do bloco d, onde os efeitos relativísticos tornam-se mais pronunciados. Nomeado em homenagem ao físico dinamarquês Niels Bohr por suas contribuições fundamentais à teoria atômica, o bohrium representa a culminação de décadas de previsões teóricas e verificações experimentais na síntese de elementos superpesados. Sua descoberta resultou de colaborações entre grupos de pesquisa soviéticos e alemães, com confirmação definitiva alcançada por meio de cadeias de decaimento α e estudos químicos.

Propriedades Físicas e Estrutura Atômica

Parâmetros Atômicos Fundamentais

O bohrium apresenta número atômico Z = 107 e configuração eletrônica [Rn] 5f¹⁴ 6d⁵ 7s², característica dos metais de transição do grupo 7. Seu raio atômico mede aproximadamente 128 pm, refletindo a contração relativística significativa do orbital 7s comparado às expectativas clássicas. Cálculos de carga nuclear efetiva indicam blindagem substancial pela camada completa 5f¹⁴, resultando em comportamento eletrônico distinto em comparação aos congêneres mais leves do grupo 7. A primeira energia de ionização atinge aproximadamente 742 kJ/mol, consideravelmente menor que os 760 kJ/mol do rênio devido ao aumento do tamanho atômico e estabilização relativística dos elétrons 7s. As energias de ionização subsequentes seguem tendências esperadas, com valores de segunda a sétima energias de ionização de aproximadamente 1690, 2570, 3710, 5210, 7040 e 10200 kJ/mol, respectivamente.

Características Físicas Macroscópicas

O bohrium adota uma estrutura cristalina hexagonal compacta com parâmetros de rede c/a = 1,62, consistente com sua posição como homólogo mais pesado do rênio. Cálculos de densidade indicam valores entre 26-27 g/cm³, superando significativamente a densidade do rênio (21,02 g/cm³) devido ao aumento da massa atômica e efeitos relativísticos. O ponto de fusão é estimado em aproximadamente 2400°C com base em extrapolações das tendências do grupo 7, enquanto o ponto de ebulição provavelmente se aproxima de 5500°C. Cálculos de entalpia de fusão sugerem aproximadamente 38 kJ/mol, com entalpia de vaporização estimada em 715 kJ/mol. A capacidade térmica específica em condições padrão atinge aproximadamente 0,13 J/(g·K), seguindo previsões da lei de Dulong-Petit para metais pesados. O elemento exibe características de ligação metálica com condutividade elétrica prevista comparável a outros metais de transição.

Propriedades Químicas e Reatividade

Estrutura Eletrônica e Comportamento de Ligação

A reatividade química do bohrium origina-se de sua configuração de valência 6d⁵ 7s², permitindo estados de oxidação de +3 a +7. O estado +7 demonstra estabilidade excepcional por utilizar todos os sete elétrons de valência, manifestando-se em compostos como o heptóxido de bohrium Bh₂O₇ e ânions perbohrio BhO₄^-. Estados inferiores +4 e +5 exibem estabilidade moderada em solução aquosa, enquanto o +6 é intermediário, observado em alguns oxicloreto. A ligação covalente predomina em estados de oxidação elevados, com comprimento de ligação Bh-O estimado em 1,68 Å em BhO₄^-, comparado a 1,72 Å no perrenato. A química de coordenação envolve geometrias octaédricas para espécies Bh(IV) e tetraédricas para Bh(VII). Os padrões de hibridização seguem d²sp³ para complexos hexacoordenados e sp³ para compostos com coordenação tetraédrica em altos estados de oxidação.

Propriedades Eletroquímicas e Termodinâmicas

Valores de eletronegatividade posicionam o bohrium em 2,2 na escala de Pauling, ligeiramente acima do rênio (1,9) devido ao aumento da carga nuclear efetiva. Potenciais eletroquímicos padrão indicam BhO₄^-/BhO₂ = +0,45 V e Bh⁴⁺/Bh = -0,15 V em solução ácida, sugerindo poder moderado de oxidação para espécies em altos estados de oxidação. Medidas de afinidade eletrônica resultam em 151 kJ/mol, comparável aos 146 kJ/mol do rênio, mas refletindo efeitos relativísticos mais acentuados. Cálculos termodinâmicos demonstram que compostos de Bh(VII) mantêm estabilidade sob condições oxidantes fortes, mas reduzem facilmente a Bh(IV) em ambientes neutros ou redutores. Entalpias padrão de formação atingem -842 kJ/mol para Bh₂O₇ e -724 kJ/mol para BhO₃Cl, indicando fortes forças termodinâmicas para formação de óxidos e oxicloretos.

Compostos Químicos e Formação de Complexos

Compostos Binários e Ternários

O heptóxido de bohrium Bh₂O₇ representa o composto binário mais termodinamicamente estável, exibindo volatilidade comparável ao heptóxido de rênio, porém com pressão de vapor reduzida devido ao maior peso molecular. O composto cristaliza em estrutura ortorrômbica com distâncias Bh-O de 1,68 Å e ângulos O-Bh-O de 109,5°. O tetrafluoreto BhF₄ e o hexafluoreto BhF₆ demonstram química característica de fluoretos, com o hexafluoreto apresentando geometria octaédrica e volatilidade moderada. A cloração forma principalmente BhO₃Cl, com coordenação tetraédrica ao redor do átomo de bohrium. Entre os sulfetos, BhS₂ apresenta estrutura lamelar análoga ao dissulfeto de rênio, enquanto o nitreto BhN forma estrutura tipo sal-gema com condutividade metálica.

Química de Coordenação e Compostos Organometálicos

Complexos de coordenação do bohrium geralmente envolvem ligantes doadores duros como íons óxido, fluoreto e cloreto, devido à alta densidade de carga dos centros Bh(IV) e Bh(VII). Complexos hexacoordenados [BhCl₆]^3- exibem geometria octaédrica com distâncias Bh-Cl de 2,35 Å, enquanto [BhO₄]^- tetracoordenados mostram simetria tetraédrica. As configurações eletrônicas seguem previsões da teoria do campo cristalino, com configuração d³ para Bh(IV) resultando em momentos magnéticos de 3,87 μB. Propriedades espectroscópicas incluem transições d-d características na região visível para complexos Bh(IV) e bandas de transferência de carga no ultravioleta para espécies Bh(VII). A química organometálica é limitada devido aos altos estados de oxidação preferidos, embora cálculos teóricos sugiram possíveis complexos carbonilas Bh(CO)₆⁺ sob condições redutoras intensas.

Ocorrência Natural e Análise Isotópica

Distribuição Geoquímica e Abundância

O bohrium ocorre exclusivamente como elemento sintético, sem abundância terrestre natural, devido à sua meia-vida curta e posição além da região de isótopos estáveis. Processos de nucleossíntese primordial não geraram isótopos de bohrium por conta da instabilidade nuclear e decaimento β⁺ rápido. Reações de espalhamento de raios cósmicos poderiam teoricamente produzir traços de isótopos em ambientes estelares, mas sua detecção permanece além das capacidades analíticas atuais. Taxas de produção em laboratório atingem aproximadamente 10³ átomos por hora sob condições otimizadas, com estoque global estimado em menos de 10¹² átomos em qualquer momento. Sua distribuição ambiental é insignificante devido ao decaimento radioativo completo dentro de horas após a síntese.

Propriedades Nucleares e Composição Isotópica

Doze isótopos confirmados de bohrium abrangem números de massa 260-267 e 270-274, com o não confirmado ²⁷⁸Bh possivelmente representando a maior estabilidade. O isótopo mais estável ²⁷⁰Bh possui meia-vida de 2,4 minutos por decaimento α para ²⁶⁶Db com energia Q_α = 8,93 MeV. Atribuições de spin nuclear incluem I = 5/2 para ²⁶⁷Bh e I = 0 para isótopos de massa par, seguindo tendências sistemáticas em núcleos superpesados. Barreiras de fissão atingem aproximadamente 6-8 MeV para isótopos ricos em nêutrons, enquanto o decaimento α domina em espécies deficientes em nêutrons. Seções transversais de reações nucleares para síntese via ²⁰⁹Bi + ⁵⁴Cr resultam em aproximadamente 15 pb para ²⁶²Bh, enquanto isótopos mais pesados requerem cadeias de decaimento em múltiplas etapas a partir de precursores como moscovium ou nihonium. Efeitos de números mágicos próximos a N = 162 sugerem maior estabilidade para isótopos que se aproximam da "ilha de estabilidade" teórica.

Produção Industrial e Aplicações Tecnológicas

Métodos de Extração e Purificação

A síntese do bohrium emprega reações de fusão quente usando alvos de actinídeos bombardeados com núcleos leves acelerados, tipicamente ²⁴⁹Bk + ²²Ne → ²⁶⁷Bh + 4n com seções transversais de 2,5 pb. Rotas alternativas de fusão fria utilizam ²⁰⁹Bi + ⁵⁴Cr → ²⁶²Bh + n com seções transversais mais altas, mas meias-vidas mais curtas. A eficiência de produção requer intensidades de feixe de 10¹³ partículas/cm²·s e espessura de alvo de 0,5 mg/cm² para maximizar o rendimento. Técnicas de separação envolvem processamento químico rápido dentro de segundos da síntese, utilizando cromatografia gasosa para separar oxicloretos voláteis de contaminantes actinídeos não voláteis. A purificação emprega separação termocromatográfica a temperaturas de 350-400°C, onde BhO₃Cl deposita-se em posições distintas de seus análogos tecnécio e rênio.

Aplicações Tecnológicas e Perspectivas Futuras

Aplicações atuais limitam-se à pesquisa nuclear e química fundamental devido à meia-vida extremamente curta e quantidades mínimas produzidas. Estudos concentram-se em testar previsões teóricas da química de elementos superpesados e validar tendências da tabela periódica na região transactinídea. Perspectivas futuras incluem uso potencial como traçador para investigar química do grupo 7 sob condições extremas, embora aplicações práticas dependam da descoberta de isótopos mais estáveis próximos à ilha prevista de estabilidade. Instalações avançadas de aceleração podem permitir produção de isótopos ricos em nêutrons com meias-vidas potencialmente na escala de horas a dias para massas 275-285. Custos de produção excedem economicamente viabilidade, ultrapassando $10⁹ por micrograma, restringindo pesquisas a laboratórios nucleares especializados com capacidade de aceleração de íons pesados.

Desenvolvimento Histórico e Descoberta

Relatos iniciais do elemento 107 surgiram em 1976 de pesquisadores soviéticos no JINR Dubna, que bombardearam alvos de bismuto e chumbo com projéteis de cromo e manganês, observando atividades α-decaimento atribuídas a isótopos de bohrium. Contudo, caracterização insuficiente dos produtos impediu confirmação definitiva. A descoberta concreta ocorreu em 1981 no GSI Darmstadt sob liderança de Peter Armbruster e Gottfried Münzenberg, produzindo cinco átomos de ²⁶²Bh através da reação ²⁰⁹Bi + ⁵⁴Cr e confirmando sua identidade por meio de cadeias de correlação α com núcleos filhos conhecidos. A polêmica do nome envolveu propostas iniciais para "nielsbohrium" (símbolo Ns) em homenagem ao nome completo de Niels Bohr, mas a IUPAC optou por "bohrium" (símbolo Bh) em 1997 seguindo convenções padrão. Caracterização química avançou significativamente com experimentos de 2000 no PSI demonstrando formação de oxicloretos voláteis consistentes com o grupo 7, estabelecendo a posição do bohrium como homólogo do rênio com evidência direta.

Conclusão

O bohrium exemplifica a extensão bem-sucedida da sistemática periódica para a região dos elementos superpesados, demonstrando comportamento químico previsto para o grupo 7 apesar de perturbações relativísticas significativas. Sua síntese e caracterização representam conquistas máximas da química nuclear moderna, exigindo tecnologia sofisticada de aceleração e técnicas rápidas de separação química. Investigações futuras concentrar-se-ão em isótopos ricos em nêutrons com maior estabilidade, potencialmente permitindo análises espectroscópicas e termodinâmicas mais detalhadas. O papel do bohrium na validação de modelos teóricos da química superpesada continua fornecendo dados cruciais para previsões computacionais de elementos ainda mais pesados e desconhecidos.