Más allá del elemento 118: la siguiente fila de la tabla periódica

Se acaban de agregar cuatro nuevos elementos a la tabla periódica completando la séptima fila de la tabla. Pero a pesar de que los elementos 113, 115 y 118 fueron descubiertos a principios de la década de 2000 y el 117 en 2010, todavía no hay señales de los elementos 119 y más allá. ¿Por qué nadie ha afirmado haber creado uno de estos nuevos super pesos pesados y cuándo los químicos podrán comenzar una octava fila en la tabla periódica?

Desde que Edwin McMillan y Philip Abelson sintetizaron el primer elemento transuránico neptunio en 1940, un flujo constante de nuevos elementos ha las filas inferiores de la tabla periódica. Cada vez que un grupo afirma haber sintetizado un nuevo elemento, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (Iupac) debe sopesar las pruebas presentadas. Normalmente, la reclamación de la primera síntesis de un nuevo superheavy elemento viene de muchos años antes de tener suficientes pruebas para obtener la aprobación de la Iupac. Esto es lo que hace sorprendente la ausencia de cualquier reclamo sobre la creación del elemento 119 o más allá. Pero aunque ningún grupo ha afirmado haber creado un elemento que pertenezca a la octava fila de la tabla periódica, no es por falta de intentos.

Para crear un nuevo elemento, un objetivo de elemento pesado es bombardeado con proyectiles de elemento ligero altamente acelerados. Ya en 2007, investigadores del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna, Rusia, y del Centro Helmholtz de Investigación de Iones Pesados (GSI) en Darmstadt, Alemania, intentaron sintetizar el unbinilio o el elemento 120 bombardeando plutonio con hierro y uranio con níquel, respectivamente. Sin embargo, ambos equipos solo observaron una variedad de núcleos y partículas más ligeros. Para que los científicos confíen en que realmente han creado un nuevo elemento, deben seguir las cadenas de descomposición distintivas del nuevo elemento, explica James Roberto, director asociado del laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) en los Estados Unidos.

Apuntar a nuevas tecnologías

Disparar proyectiles de calcio a un objetivo de actínido muy pesado funcionó bien para producir elementos 114 a 118, pero para elementos aún más pesados, la probabilidad de crear un nuevo elemento de esta manera disminuye. Una solución aparentemente simple sería disparar proyectiles más pesados al objetivo.

Los aceleradores actuales alcanzaron el objetivo con aproximadamente 1012 proyectiles cada segundo. Pero «golpear el objetivo con un número aún mayor de proyectiles en realidad lo quemaría», explica el físico de ORNL Krzysztof Rykaczewski. Y también puedes quemar tu detector. Necesitamos una mejor tecnología para evitar esto. También puedes hacer que el objetivo sea mucho más grande y extender el haz del proyectil sobre su área más grande», agrega, pero hacer estos objetivos de actínidos no es fácil. Sintetizar los 20 mg de berkelio utilizados para producir el elemento 117 llevó más de dos años. La Fábrica de Elementos Superpesados que se está construyendo en Dubna tendrá capacidades de detección mejoradas y podrá generar haces con intensidades significativamente más altas, pero «se necesitarán avances adicionales para continuar más allá del elemento 120», dice Roberto.

Sin embargo, los investigadores siguen siendo positivos. «Dentro de la vida de una generación, probablemente alcanzaremos el elemento 124», especula Rykaczewski. Eric Scerri, historiador de química de la Universidad de California, Los Ángeles, Estados Unidos, está de acuerdo: «Hace quince años era inconcebible que alguien llegara tan lejos como nosotros.»La búsqueda de nuevos elementos, añade, ha impulsado y seguirá impulsando el desarrollo tecnológico.

Una idea para superar las limitaciones de las técnicas actuales de síntesis de elementos pesados es inducir reacciones de transferencia nuclear. Si se dispara uranio a un objetivo de uranio, los núcleos nunca se fusionarán, explica el investigador del GSI Christoph Düllmann. Pero los núcleos que chocan pueden intercambiar protones y neutrones cuando chocan. «En algunos casos, esto puede dar lugar a un producto que tenga, por ejemplo, 120 protones», dice Düllmann. «Este puede ser un camino para acceder a isótopos que no son alcanzables por reacciones de fusión.’

Empujando los límites

la Mayoría de superheavy elementos muy limitada vidas impide su uso en aplicaciones del mundo real. Estudiarlos, sin embargo, pone a prueba la comprensión de los científicos del núcleo atómico. «Si desea probar un automóvil que está considerando comprar, no solo debe hacer dos giros en el estacionamiento, sino probarlo en condiciones difíciles», dice Rykaczewski. De manera similar, probar modelos nucleares en condiciones extremas ayuda a los investigadores a elegir aquellos que hacen las mejores predicciones.

Los cálculos son difusos sobre cuánto puede aumentar exactamente la tabla periódica. El físico Richard Feynman predijo que el elemento 137 sería el límite. «El cálculo se basa simplemente en la teoría de la relatividad de Einstein», dice Scerri. Cuando los núcleos atómicos se hacen más y más grandes, los electrones tienen que ir más y más rápido. Una vez que alcanzas un cierto tamaño, los cálculos predicen que los electrones tienen que ir más rápido que la velocidad de una luz, una imposibilidad física. Otros cálculos predicen que esto sucederá mucho más tarde, sin embargo, alrededor del elemento 170.

Mientras que las cuatro últimas adiciones a la tabla periódica son altamente radiactivas y se desintegran en menos de un minuto, los científicos esperan encontrar una isla de estabilidad centrada alrededor de los elementos 120, 124 o 126. Los números’ mágicos ‘de protones y neutrones de estos elementos corresponden a proyectiles nucleares llenos. Del mismo modo que las capas de electrones de valencia completamente llenas hacen que elementos como los gases nobles sean químicamente inertes, las capas de neutrones o protones llenas aumentan la estabilidad del núcleo.

Los investigadores esperan que los isótopos doblemente mágicos de unbinilio o unbihexio (elemento 126), que contienen tanto un número de protones mágicos como un número de neutrones mágicos, tengan una vida aún más larga que sus otros isótopos, aunque las estimaciones de vida media varían enormemente de unos pocos microsegundos a millones de años. Los investigadores ya han visto aumentar la estabilidad de elementos super pesados conocidos cuando se encuentran en isótopos con números de neutrones más cercanos al magic 184. «El santo grial en la síntesis de elementos superpesados es alcanzar este número de neutrones», dice Düllmann. «Pero el problema es que actualmente no tenemos dos núcleos que nos den un elemento superpesado que también tenga tantos neutrones.’