Jaksollinen järjestelmä juhlii tänä vuonna 150-vuotisjuhlaansa ja sisältää tällä hetkellä 118 alkuainetta. Uraanin lisäksi ei kuitenkaan ole luonnossa esiintyviä alkuaineita (alkuaine 92). Sen sijaan nämä synteettiset alkuaineet (tunnetaan myös nimellä transuranium elements) löydettiin ensin laboratorioissa.
tässä viisi oudointa tapaa, joita olemme lisänneet tietämykseemme kemiallisesta maailmankaikkeudesta.
plutonium – alkuaine ullakolla
tunnetuin synteettinen alkuaine löytyi haisevasta ullakosta. Vuonna 1940 Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä hiukkaskiihdyttimellä työskennelleet Edwin McMillan ja Philip Abelson loivat uuden alkuaineen pommittamalla uraaninäytettä atomia pienemmillä hiukkasilla, joita kutsutaan neutroneiksi. Yleensä tämä johti uraaniatomin räjähtämiseen, mutta toisinaan neutroni meni atomin sydämeen – ytimeen – ja muuttui protoniksi. Koska protonien määrä määrää alkuaineen, joka sinulla on, lisäämällä yhden McMillan ja Abelson löysivät alkuaineen 93.
div>
toisen maailmansodan vuoksi kaksikon oli pidettävä löytönsä salaisuutena. McMillan kuitenkin selitti tutkimuksiaan ystävälleen Glenn Seaborgille, joka oli vakuuttunut pystyvänsä luomaan seuraavan alkuaineen järjestyksessä. Vuoden 1941 alussa Seaborgin ryhmä onnistui työskentelemään pienessä laboratoriossa kemian laitoksen katolla. Uraani nimettiin Uranus-planeetan mukaan, joten McMillan ja Seaborg päättivät nimetä alkuaineensa myös aurinkokunnan planeettojen mukaan: neptunium ja plutonium.
läpimurto toi Mcmillanille ja Seaborgille Nobelin palkinnon, ja plutoniumista tehtiin maailman ensimmäinen atomipommi. Seaborg muisti kuitenkin aina pienen työtilansa kaikkien kemikaalien löyhkän – minkä vuoksi plutoniumin symboli on Pu (pee-eew).
Lue lisää erinomaisista tarinoista elementeistä Science Focus-sivustolla:
- It ’ s elemental: how to become a periodic table pub quiz champion
- mitkä elementit ovat vaarassa loppua?
Einsteinium ja fermium – pommin lapset
1950-luvulla Seaborgin ryhmä oli löytänyt vielä neljä alkuainetta: amerikiumin, curiumin, berkeliumin ja kaliforniumin. Valitettavasti jokaisen uuden alkuaineen tekeminen oli yhä vaikeampaa ja vaati suuremman neutronikonsentraation. Itse asiassa ainoa paikka maapallolla, jossa oli tarpeeksi neutroneja lentämässä ympäriinsä, oli lämpöydinräjähdyksen ytimessä. Sieltä joukkue päätti etsiä.
1.marraskuuta 1952 Yhdysvallat räjäytti maailman ensimmäisen vetypommin Enewetakin atollilla Tyynellä valtamerellä aiheuttaen 10,4 megatonnia TNT: tä vastaavan räjähdyksen. Uteliaana siitä, mitä sen sisällä voisi olla, Yhdysvaltain ilmavoimat määräsi sitten hävittäjälentäjät lentämään sienipilveen, jonka siiviin oli kiinnitetty suodattimia, toivoen voivansa kauhoa ydinjätettä koekäyttöön. Tehtävä oli vaarallinen ja yksi lentäjä, Jimmy Robinson, kuoli kesken tehtävän, kun häneltä loppui polttoaine.
suodattimien lähettämisen jälkeen USA: lle Seaborgin joukkue pystyi eristämään kaksi uutta elementtiä. He päättivät nimetä ne Einsteiniumiksi ja fermiumiksi Albert Einsteinin ja Enrico Fermin, kahden 1900-luvun suurimman fyysikon, mukaan.
Mendelevium – auto ja palohälytys
vuonna 1955 Berkeleyn tiimi päätti, että heillä on tarpeeksi einsteiniumia (alkuaine 99), jotta he voisivat yrittää ampua sitä suoraan radioaktiivisilla alfahiukkasilla (joilla on kaksi protonia) kiihdyttimessään. Tämä muodostaisi löytämättömän alkuaineen 101. Ainoa ongelma oli, että uusi alkuaine olisi niin epävakaa, että se hajoaisi minuuteissa – ja heidän hiukkaskiihdyttimensä oli jyrkän mäen pohjalla, kun heidän kemian laboratorionsa oli huipulla. Ei ollut helppoa saada näytteitä ajoissa laboratorioon todistamaan, että uusi alkuaine oli tehty.
yksi Berkeleyn joukkueesta, Albert Ghiorso, tunnettiin erikoisesta tavastaan ratkaista haasteita. Hänen vastauksensa oli napata radioaktiivinen aine kaasupolkimesta niin pian kuin mahdollista, heittää se happopulloon, sitten juosta ahtamattomaan Volkswagen Beetleen ja ajaa mäkeä ylös huippunopeudella. Kemian laitoksella Ghiorso oli sytyttänyt rakennuksen palohälyttimen, jos hänen näytteensä lähetti säteilyä todisteena siitä, että hän oli luonut alkuaineen 101.
Ghiorson keskiyön juoksut Beetle tuli surullisen kuuluisa ympäri kampusta, mutta eräänä yönä palohälytys soi useita kertoja: ryhmä oli luonut alkuaineen Mendelevium. Voitostaan huolimatta Ghiorso joutui seuraavana päivänä vaikeuksiin laboratorion johtajan kanssa. Kiihtyneenä hän oli unohtanut irrottaa palohälyttimen ja se oli lauennut uudelleen aiheuttaen joukkoevakuoinnin.
Lue lisää tiedehistoriaa Science Focus:
- kolme kuuluisaa kemistiä, jotka muuttivat käsitystämme keskustieteestä
- Arthur Eddington: suhteellisuusteorian mestari
nihonium – seitsemän vuoden odotus
kaikki elementit eivät syntyneet Yhdysvalloissa. 2000-luvulle tultaessa sekä venäläiset että saksalaiset olivat myös onnistuneet venyttämään jaksollisen järjestelmän 112 alkuaineeseen. Toinen ryhmä, jota johti Kōsuke Morita Japanin RIKENISSÄ, halusi mukaan. Morita jäljitteli kilpailijoidensa uraauurtavaa tekniikkaa ja ampui sinkki-ioneja (alkuaine 30) vismutin pyörivään pyörään (alkuaine 83) valmistaakseen alkuaineen 113.
aluksi japanilaiset onnistuivat luomaan alkuaineesta kaksi atomia vuosina 2004 ja 2005. Kansainvälinen yhteisö ei kuitenkaan ollut vakuuttunut ja halusi Japanilaisten tuottavan toisen atomin. Täällä Moritan onni loppui – vaikka hän kuinka teki kokeensa, hän ei pystynyt luomaan lopullista atomia.
Japanin joukkue oli lähellä luovuttaa, mutta vuonna 2011 Fukushiman ydinkatastrofi nosti sähkön hinnat pilviin ympäri maata. Morita määrättiin keskeyttämään kaikki kokeet yhtä lukuun ottamatta, ja hän päätti pitää alkuaine 113: n jahtinsa elossa. Se oli hyvä valinta: yli seitsemän vuoden odotuksen ja 553 yhtäjaksoisen päivän kiihdyttämön jälkeen Japanin joukkue tuotti kolmannen atomin. Ryhmä päätti nimetä alkuaineen nihoniumiksi Nihonin mukaan, joka on heidän kotimaataan tarkoittava japaninkielinen sana.
Tennessine – Back and forth
nykyään alkuaineiden löytämisen johtoryhmä on Dubnassa, Venäjällä, johtajanaan fyysikko Juri Oganessian. Vuodesta 1989 ryhmä on tehnyt yhteistyötä Lawrence Livermore National Laboratoryn kanssa Kaliforniassa, Yhdysvalloissa, mikä johti viiden elementin luomiseen. Näihin kuuluu raskain tähän mennessä löydetty alkuaine 118, joka nimettiin oganessoniksi joukkueen johtajan kunniaksi. Mutta juuri alkuaine 117 aiheutti eniten ongelmia.
oganessianin ryhmä teki löytönsä ampumalla neutronirikkaan muodon kalsium (alkuaine 20) valikoimaan erilaisia radioaktiivisia kohteita. Valitettavasti alkuaineen 117 tekemiseen tarvittiin kohde, joka oli tehty berkeliumista (alkuaine 97), alkuaineesta, jonka voi luoda vain kaksi ydinreaktoria maailmassa. Mikä pahinta, berkeliumilla ei ole tunnettua käyttöä, joten kukaan ei valmistanut sitä – maan päällä ei yksinkertaisesti ollut berkeliumia Oganessianin ostettavaksi.
vuonna 2008 Oganessian sai tietää, että yksi reaktoreista, joka sijaitsee Oak Ridge National Laboratoryssa Tennesseessä Yhdysvalloissa, valmisti kaliforniumia: prosessi, jossa syntyisi myös vähän berkeliumia jätetuotteena. Oak Ridgen tiimi (mukaan lukien Clarice Phelps, ensimmäinen alkuaineen löytänyt musta amerikkalainen nainen) suostui eristämään ja puhdistamaan berkeliumin ja lähettämään sen Venäjälle kaupallisella lentoyhtiöllä ennen kuin se lahosi pois. Asiat eivät sujuneet ongelmitta. Joukkueen paperit eivät olleet kunnossa ja tulli hylkäsi näytteen kahdesti – eli sen piti lentää Atlantin valtameren yli viisi kertaa ennen kuin Oganessian sai sen käsiinsä.
venäläisillä oli vielä juuri tarpeeksi berkeliumia kokeensa suorittamiseen ja alkuaine 117: n luomiseen. Juhlan kunniaksi joukkue päätti nimetä sen tennessineksi sen kunniaksi, että valtio oli mukana jaksollisessa järjestelmässä.
Superheavy: Making and Breaking the Periodic Table by Kit Chapman is available now (£16,99, Bloomsbury Sigma)
seuraa tiedekeskusta Twitterissä, Facebook, Instagram ja fläppitaulu