alkuaineen 118 ulkopuolella: jaksollisen järjestelmän seuraava rivi

jaksolliseen järjestelmään on juuri lisätty neljä uutta alkuainetta täydentäen taulukon seitsemännen rivin. Mutta vaikka alkuaineet 113, 115 ja 118 löydettiin 2000-luvun alussa ja 117 vuonna 2010, alkuaineista 119 ja sen jälkeen ei ole vielä jälkeäkään. Miksi kukaan ei ole väittänyt luoneensa yhtä näistä uusista superheavyweighteista ja milloin kemistit voivat aloittaa kahdeksannen rivin jaksollisessa järjestelmässä?

sen jälkeen kun Edwin McMillan ja Philip Abelson syntetisoivat ensimmäisen transuranium-alkuaineen neptuniumin vuonna 1940, tasaisena virtana uusia alkuaineita on täyttänyt jaksollisen järjestelmän alemmat rivit. Aina kun ryhmä väittää syntetisoineensa uuden alkuaineen, kansainvälisen puhtaan ja sovelletun kemian liiton (IUPAC) on punnittava esitettyjä todisteita. Tyypillisesti väite uuden superheavy-alkuaineen ensimmäisestä synteesistä tulee monta vuotta ennen kuin tarpeeksi todisteita on kerätty, jotta IUPAC: n hyväksyntä saadaan. Tämän vuoksi on yllättävää, ettei väitettä alkuaine 119: n luomisesta tai siitä eteenpäin ole. Mutta vaikka mikään ryhmä ei ole vielä väittänyt luoneensa alkuainetta, joka kuuluu jaksollisen järjestelmän kahdeksannelle riville, se ei johdu yrittämisen puutteesta.

uuden alkuaineen luomiseksi raskasta elementtikohdetta pommitetaan voimakkaasti kiihdytetyillä kevyempien alkuaineiden ammuksilla. Jo vuonna 2007 Dubnassa Venäjällä sijaitsevan JINR-Ydintutkimusinstituutin (Joint Institute for Nuclear Research) ja Darmstadtissa Saksassa sijaitsevan Helmholtz Centre for Heavy Ion Research-Keskuksen (GSI) tutkijat yrittivät syntetisoida unbiniliumia eli alkuainetta 120 pommittamalla plutoniumia raudalla ja uraania nikkelillä. Molemmat ryhmät havaitsivat kuitenkin vain joukon kevyempiä ytimiä ja hiukkasia. Jotta tutkijat voivat luottaa siihen, että he todella ovat tehneet uuden alkuaineen, heidän täytyy seurata uuden alkuaineen tunnusomaisia hajoamisketjuja, selittää James Roberto, Oak Ridge National Laboratoryn (ORNL) apulaislaboratorion johtaja Yhdysvalloissa.

uusien teknologioiden kohdistaminen

kalsiumammusten ampuminen erittäin raskaaseen aktinidikohteeseen toimi hyvin alkuaineiden 114-118 tuottamiseksi, mutta vielä raskaampien alkuaineiden kohdalla todennäköisyys uuden alkuaineen syntymiselle tällä tavalla pienenee. Näennäisesti yksinkertainen ratkaisu olisi vain ampua enemmän ja raskaampia ammuksia kohti kohdetta.

Virtakiihdyttimet osuivat maaliin noin 1012 ammuksella joka sekunti. Mutta’ osuminen kohteeseen vielä suuremmalla ammusmäärällä itse asiassa polttaisi kohteen’, selittää ORNL: n fyysikko Krzysztof Rykaczewski. Voit polttaa myös ilmaisimesi. Tarvitsemme parempaa teknologiaa tämän välttämiseksi. Voit myös tehdä kohteesta paljon suuremman ja levittää ammuksen sädettä sen suuremmalle alueelle, ” hän lisää – mutta näiden aktinidikohteiden tekeminen ei ole helppoa. Alkuaine 117: n valmistamiseen käytetyn 20 mg: n berkeliumin syntetisointi kesti yli kaksi vuotta. Dubnaan rakennettavalla Superheavy-Elementtitehtaalla on paremmat havaintokyvyt ja se pystyy tuottamaan säteitä huomattavasti suuremmilla intensiteeteillä, mutta ”tarvitaan lisää läpimurtoja, jotta alkuaine 120: n jälkeen voidaan jatkaa”, Roberto sanoo.

tutkijat ovat kuitenkin edelleen positiivisia. ”Yhden sukupolven elinaikana saavutamme luultavasti elementin 124”, arvelee Rykaczewski. Eric Scerri, kemian historioitsija Kalifornian yliopistosta Los Angelesista Yhdysvalloista, on samaa mieltä: ”viisitoista vuotta sitten oli käsittämätöntä, että kukaan pääsisi koskaan niin pitkälle kuin me.”Uusien elementtien metsästys, hän lisää, on ollut ja tulee olemaan teknologian kehityksen veturina.

yksi ajatus nykyisten raskaiden alkuaineiden synteesitekniikoiden rajoitusten ylittämiseksi on aiheuttaa ydinreaktioita. Jos ammut uraania uraanikohteeseen, ytimet eivät koskaan sulaudu, selittää GSI: n tutkija Christoph Düllmann. Törmäävät ytimet voivat kuitenkin törmätessään vaihtaa protoneja ja neutroneja. ”Joissakin tapauksissa se voi johtaa tuotteeseen, jossa sattuu olemaan esimerkiksi 120 protonia”, Düllmann sanoo. ”Tämä voi olla väylä päästä käsiksi isotooppeihin, joita fuusioreaktiot eivät tavoita.”

rajojen työntäminen

useimmat superheavy-elementit ” hyvin rajoitettu elinikä estää niiden käytön reaalimaailman sovelluksissa. Niiden tutkiminen kuitenkin koettelee tiedemiesten käsitystä atomiytimestä. ”Jos haluaa testata ostoa harkitsevaa autoa, sitä ei kannata tehdä vain kahta kierrosta parkkipaikalla vaan testata kovissa olosuhteissa”, Rykaczewski sanoo. Samoin ydinmallien testaaminen ääriolosuhteissa auttaa tutkijoita valitsemaan ne, jotka tekevät parhaat ennusteet.

laskelmat ovat epäselviä siitä, kuinka paljon suuremmaksi Jaksollinen järjestelmä voi tulla. Fyysikko Richard Feynman ennusti rajaksi alkuaineen 137. ”Laskelma perustuu yksinkertaisesti Einsteinin suhteellisuusteoriaan”, Scerri sanoo. Kun atomiytimet kasvavat ja suurenevat, elektronien on kuljettava yhä nopeammin. Kun saavutat tietyn koon laskelmat ennustavat, että elektronien on mentävä nopeammin kuin valon nopeus-fyysinen mahdottomuus. Toiset laskelmat ennustavat tämän tapahtuvan kuitenkin paljon myöhemmin alkuaineen 170 tienoilla.

vaikka jaksollisen järjestelmän neljä viimeisintä lisäystä ovat erittäin radioaktiivisia ja hajoavat alle minuutissa, tutkijat odottavat löytävänsä stabiilisuuden saaren, jonka keskiössä ovat alkuaineet 120, 124 tai 126. Nämä alkuaineiden ”’maagiset’ protoni-ja neutroniluvut vastaavat täytettyjä ydinkuoria. Aivan kuten täysin täytetyt valenssielektronikuoret tekevät alkuaineista, kuten jalokaasuista kemiallisesti inerttejä, täytetyt neutroni-tai protonikuoret lisäävät ytimen vakautta.

tutkijat toivovat, että unbiniliumin tai unbihexiumin (alkuaine 126) kaksinkertaisesti maagiset isotoopit, jotka sisältävät sekä maagisen protoniluvun että maagisen neutroniluvun, olisivat vielä pitkäikäisempiä kuin niiden Muut isotoopit – joskin puoliintumisaikojen arviot vaihtelevat hurjasti muutamasta mikrosekunnista miljooniin vuosiin. Tutkijat ovat jo nähneet tunnettujen superhienojen alkuaineiden säilyvyyden kasvavan, kun isotoopeissa neutroniluku on lähempänä maagista 184: ää. ”Graalin malja superhehkuisessa alkuainesynteesissä on saavuttaa tämä neutroniluku”, düllmann sanoo. Mutta ongelmana on, että meillä ei ole tällä hetkellä kahta ydintä, jotka antaisivat meille superhehkuisen alkuaineen, jolla on myös niin monta neutronia.’