fire nye elementer er netop blevet tilføjet til det periodiske system, der afslutter tabellens syvende række. Men på trods af at elementer 113, 115 og 118 alle blev opdaget i begyndelsen af 2000 ‘ erne og 117 i 2010, er der stadig intet tegn på elementer 119 og videre. Hvorfor har ingen hævdet at have skabt en af disse nye superheavyvægte, og hvornår vil kemikere kunne starte en ottende række på det periodiske system?
Joint Institute for Nuclear Research
partikelacceleratorer skaber nye elementer ved at bombardere et tungt elementmål med stærkt accelereret lighter
siden Edvin McMillan og Philip Abelson syntetiserede det første transuraniumelement neptunium i 1940, en stabil strøm af nye elementer, der har fyldt de nederste rækker i det periodiske system. Hver gang en gruppe hævder at have syntetiseret et nyt element, skal International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) veje de fremlagte beviser. Typisk kommer påstanden om den første syntese af et nyt superheavy element mange år, før der indsamles nok beviser for at få nikket til godkendelse fra IUPAC. Dette er, hvad der gør fraværet af ethvert krav om oprettelsen af element 119 eller derover overraskende. Men mens ingen gruppe endnu har hævdet at have skabt et element, der hører til den ottende række i det periodiske system, er det ikke fra manglende forsøg.
for at skabe et nyt element bombarderes et tungt elementmål med stærkt accelererede lettere elementprojektiler. Allerede i 2007 forsøgte forskere ved Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna, Rusland og Helmholts Center for Heavy Ion Research (GSI) i Darmstadt, Tyskland, at syntetisere unbinilium eller element 120 ved at bombardere plutonium med henholdsvis jern og uran med nikkel. Imidlertid observerede begge hold kun et udvalg af lettere kerner og partikler. For at forskere skal være sikre på, at de virkelig har lavet et nyt element, skal de følge det nye elements signaturforfaldskæder, forklarer James Roberto, associeret laboratoriedirektør ved Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA.
målretning mod nye teknologier
fyring af calciumprojektiler ved et meget tungt actinidmål fungerede godt til fremstilling af elementer 114 til 118, men for endnu tungere elementer falder sandsynligheden for at skabe et nyt element på denne måde. En tilsyneladende enkel løsning ville være at bare skyde flere og tungere projektiler mod målet.
Oak Ridge National Laboratory
det tog forskere mere end to år at producere en lille mængde berkelium, der blev brugt til at lave element 117
nuværende acceleratorer ramte målet med omkring 1012 projektiler hvert sekund. Men ‘at ramme målet med et endnu større antal projektiler ville faktisk brænde målet’, forklarer ORNL-fysiker. Du kan også brænde din detektor. Vi har brug for bedre teknologi for at undgå dette. Du kan også gøre målet meget større og sprede projektilstrålen over dets større område,’ tilføjer han – men det er ikke let at lave disse actinidmål. Syntese af 20 mg berkelium, der blev brugt til at producere element 117, tog mere end to år. Den Superheavy Elementfabrik, der bygges på Dubna, vil have forbedrede detekteringsfunktioner og være i stand til at generere bjælker med betydeligt højere intensiteter, men ‘yderligere gennembrud vil være nødvendige for at fortsætte ud over element 120’, siger Roberto.
forskere forbliver dog positive. ‘Inden for en generations levetid vil vi sandsynligvis nå element 124,’ spekulerer Rykactsevski. Eric Scerri, en kemihistoriker ved University of California, Los Angeles, USA, er enig: ‘for femten år siden var det utænkeligt, at nogen nogensinde ville komme så langt som vi kom.- Jagten på nye elementer, tilføjer han, har været og vil være drivkraften bag den teknologiske udvikling.
en ide at overvinde begrænsningerne ved nuværende tunge elementsynteseteknikker er at inducere nukleare overførselsreaktioner. Hvis du affyrede uran mod et uranmål, vil kernerne aldrig smelte sammen, forklarer GSI-forsker Christoph D Larrllmann. Men de kolliderende kerner kan udveksle protoner og neutroner, når de kolliderer. ‘I nogle tilfælde kan det føre til et produkt, der tilfældigvis har for eksempel 120 protoner,’ siger D Larrllmann. ‘Dette kan være en vej til adgang til isotoper, der ikke kan nås ved fusionsreaktioner.’
skubbe grænserne
de fleste superheavy elementer ‘ meget begrænsede levetider forhindrer deres anvendelse i virkelige applikationer. At studere dem tester imidlertid forskernes forståelse af atomkernen. ‘Hvis du gerne vil teste en bil, som du overvejer at købe, skal du ikke bare lave to drejninger på parkeringspladsen, men teste den under hårde forhold. Tilsvarende hjælper test af atommodeller under ekstreme forhold forskere med at vælge dem, der giver de bedste forudsigelser.
Oak Ridge National Laboratory, Enrico Sacchetti
atomreaktorer skaber de udgangsmaterialer, som forskere bruger i deres jagt på nye elementer
beregninger er uklare på nøjagtigt, hvor meget større det periodiske system kan få. Fysiker Richard Feynman forudsagde element 137 at være grænsen. ‘Beregningen er simpelthen baseret på Einsteins relativitetsteori,’ siger Scerri. Når atomkerner bliver større og større, skal elektronerne gå hurtigere og hurtigere. Når du når en vis størrelse beregninger forudsige, at elektronerne nødt til at gå hurtigere end hastigheden et lys – en fysisk umulighed. Andre beregninger forudsiger, at dette vil ske meget senere, dog omkring element 170.mens de fire seneste tilføjelser til det periodiske system er stærkt radioaktive og henfalder på mindre end et minut, forventer forskere at finde en ø med stabilitet centreret omkring elementerne 120, 124 eller 126. Disse elementer ”magiske’ proton-og neutronnumre svarer til fyldte nukleare skaller. Ligesom fuldt fyldte valenselektronskaller gør elementer som ædelgasserne kemisk inerte, fyldte neutron-eller protonskaller øger kernens stabilitet.forskere håber, at unbiniliums eller unbiheksiums (element 126) dobbelt magiske isotoper, der indeholder både et magisk protonnummer og et magisk neutronnummer, ville være endnu længere levet end deres andre isotoper – selvom halveringstidsestimater varierer vildt fra et par mikrosekunder til millioner af år. Forskere har allerede set stigende stabilitet af kendte superheavy elementer, når de er i isotoper med neutronnumre tættere på magic 184. ‘Den hellige gral i superheavy elementsyntese er at nå dette neutronnummer,’ siger D. Men problemet er, at vi i øjeblikket ikke har to kerner, der vil give os et superheavy element, der også har så mange neutroner.’