Le tableau périodique fête cette année son 150e anniversaire et comprend actuellement 118 éléments chimiques. Cependant, il n’y a pas d’éléments naturels au-delà de l’uranium (élément 92). Au lieu de cela, ces éléments synthétiques (également appelés éléments transuraniens) ont été découverts pour la première fois en laboratoire.
Voici cinq des moyens les plus étranges que nous ayons ajoutés à notre connaissance de l’univers chimique.
Plutonium – l’élément dans le grenier
L’élément synthétique le plus célèbre a été trouvé dans un grenier malodorant. En 1940, Edwin McMillan et Philip Abelson, deux scientifiques travaillant avec un accélérateur de particules à l’Université de Californie à Berkeley, ont créé un nouvel élément en bombardant un échantillon d’uranium avec des particules subatomiques appelées neutrons. Habituellement, cela entraînait l’explosion de l’atome d’uranium, mais parfois un neutron entrait dans le cœur de l’atome – le noyau – et se transformait en proton. Comme le nombre de protons détermine l’élément que vous avez, en ajoutant un élément découvert par McMillan et Abelson 93.
La seconde guerre mondiale a obligé le duo à garder leur découverte secrète. Cependant, McMillan a expliqué ses recherches à un ami, Glenn Seaborg, qui était convaincu qu’il pouvait créer le prochain élément en séquence. Au début de 1941, travaillant dans un petit laboratoire niché dans le toit du département de chimie, l’équipe de Seaborg réussit. L’uranium a été nommé d’après la planète Uranus, alors McMillan et Seaborg ont décidé de nommer leurs éléments d’après les planètes du système solaire: le neptunium et le plutonium.
Cette percée a valu à McMillan et à Seaborg le prix Nobel, et le plutonium a été utilisé pour fabriquer la première bombe atomique au monde. Cependant, Seaborg s’est toujours souvenu de la puanteur de tous les produits chimiques de son minuscule espace de travail – c’est pourquoi le symbole du plutonium est Pu (pee-eew).
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Einsteinium et fermium – Enfants de la bombe
Dans les années 1950, l’équipe de Seaborg avait découvert quatre autres éléments : l’américium, le curium, le berkélium et le californium. Malheureusement, la fabrication de chaque nouvel élément était de plus en plus difficile et nécessitait une plus grande concentration de neutrons. En fait, le seul endroit sur Terre avec suffisamment de neutrons volant autour était au cœur d’une explosion thermonucléaire. C’est donc là que l’équipe a décidé de regarder.
Le 1er novembre 1952, les États-Unis ont fait exploser la première bombe à hydrogène au monde sur l’atoll d’Enewetak dans l’océan Pacifique, provoquant une explosion équivalente à 10,4 mégatonnes de TNT. Curieuse de ce qui pourrait se trouver à l’intérieur, l’US Air Force a ensuite ordonné aux pilotes de chasse de voler dans le nuage de champignons avec des filtres attachés aux ailes de leurs avions, dans l’espoir de ramasser des débris nucléaires pour les tester. C’était une tâche dangereuse et un pilote, Jimmy Robinson, est décédé pendant la mission lorsqu’il a manqué de carburant.
Après que les filtres ont été expédiés NOUS, l’équipe de Seaborg a pu isoler deux nouveaux éléments. Ils ont décidé de les nommer einsteinium et fermium d’après Albert Einstein et Enrico Fermi, deux des plus grands physiciens du 20ème siècle.
Mendelevium – Une voiture et une alarme incendie
En 1955, l’équipe de Berkeley a décidé qu’elle avait assez d’einsteinium (élément 99) pour essayer de le filmer directement avec des particules alpha radioactives (qui ont deux protons) dans leur accélérateur. Cela formerait l’élément non découvert 101. Le seul problème était que le nouvel élément serait si instable qu’il se désintégrerait en quelques minutes – et leur accélérateur de particules était au bas d’une colline escarpée tandis que leur laboratoire de chimie était au sommet. Il n’y avait pas de moyen facile d’amener les échantillons au laboratoire à temps pour prouver qu’un nouvel élément avait été fabriqué.
L’un des membres de l’équipe de Berkeley, Albert Ghiorso, était connu pour sa façon inhabituelle de résoudre les défis. Sa réponse a été de saisir la substance radioactive de l’accélérateur dès que possible, de la jeter dans une fiole d’acide, puis de courir vers une Volkswagen Beetle suralimentée et de monter la colline à une vitesse vertigineuse. Au département de chimie, Ghiorso avait câblé à chaud l’alarme incendie du bâtiment pour qu’elle se déclenche si son échantillon émettait des radiations comme preuve qu’il avait créé l’élément 101.
Les courses de minuit de Ghiorso dans le Scarabée sont devenues notoires autour du campus, mais une nuit, l’alarme incendie s’est déclenchée à plusieurs reprises: l’équipe avait créé l’élément mendelevium. Malgré sa victoire, le lendemain, Ghiorso s’est retrouvé en difficulté avec le directeur du laboratoire. Dans son excitation, il avait oublié de décrocher l’alarme incendie et celle-ci s’était à nouveau déclenchée, provoquant une évacuation massive.
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Nihonium – L’attente de sept ans
Tous les éléments n’ont pas été créés aux États-Unis. Au 21e siècle, les Russes et les Allemands avaient également réussi, étirant le tableau périodique à 112 éléments. Une autre équipe, dirigée par Kōsuke Morita à RIKEN au Japon, a voulu s’impliquer. En copiant une technique mise au point par ses rivaux, Morita a mis des ions zinc (élément 30) dans une roue rotative de bismuth (élément 83) pour fabriquer l’élément 113.
Au début, l’équipe japonaise a réussi, créant deux atomes de l’élément en 2004 et 2005. Cependant, la communauté internationale n’était pas convaincue et voulait que les Japonais produisent un autre atome. Ici, la chance de Morita s’est épuisée – peu importe à quel point il a mené son expérience, il n’a pas pu créer l’atome final.
L’équipe japonaise était sur le point d’abandonner, mais en 2011, la catastrophe nucléaire de Fukushima a fait flamber les prix de l’électricité dans tout le pays. Morita a reçu l’ordre d’arrêter toutes les expériences sauf une, et a décidé de maintenir sa chasse à l’élément 113 en vie. C’était un bon choix : après une attente de plus de sept ans et l’équivalent de 553 jours continus de fonctionnement de leur accélérateur, l’équipe japonaise a produit un troisième atome. L’équipe a décidé de nommer l’élément nihonium, d’après nihon, le mot japonais pour leur patrie.
Tennessine – Va-et-vient
Aujourd’hui, l’équipe principale pour la découverte des éléments se trouve à Dubna, en Russie, dirigée par le physicien Yuri Oganessian. Depuis 1989, le groupe s’est associé au Laboratoire national Lawrence Livermore en Californie, aux États-Unis, ce qui a conduit à la création de cinq éléments. Il s’agit notamment du plus lourd découvert à ce jour, l’élément 118, qui a été nommé oganesson en l’honneur du chef de l’équipe. Mais c’est l’élément 117 qui a causé le plus de problèmes.
L’équipe d’Oganessian a fait ses découvertes en tirant une forme riche en neutrons de calcium (élément 20) dans une sélection de cibles radioactives différentes. Malheureusement, pour fabriquer l’élément 117, l’équipe avait besoin d’une cible en berkélium (élément 97), un élément qui ne peut être créé que par deux réacteurs nucléaires dans le monde. Pire, le berkélium n’a pas d’utilisation connue, donc personne ne le fabriquait – il n’y avait tout simplement pas de berkélium sur Terre à acheter pour Oganessian.
En 2008, Oganessian a appris que l’un des réacteurs, situé au Laboratoire national d’Oak Ridge dans le Tennessee, aux États-Unis, fabriquait du californium : un procédé qui créerait également un peu de berkélium comme déchet. L’équipe d’Oak Ridge (dont Clarice Phelps, la première femme noire américaine à découvrir un élément) a accepté d’isoler et de purifier le berkélium et de l’envoyer en Russie sur une compagnie aérienne commerciale avant qu’il ne se désintègre. Les choses ne se sont pas bien passées. Les documents de l’équipe n’étaient pas en ordre et l’échantillon a été rejeté par les douanes à deux reprises – ce qui signifie qu’il a dû survoler l’océan Atlantique cinq fois avant qu’Oganessian ne puisse s’en emparer.
Les Russes avaient encore juste assez de berkelium pour mener leur expérience et créer l’élément 117. Pour célébrer, l’équipe a décidé de le nommer tennessine, en l’honneur de la contribution de l’État au tableau périodique.
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