Fire nye elementer har nettopp blitt lagt Til den periodiske tabellen fullføre tabellens syvende rad. Men til tross for elementer 113, 115 og 118 som alle ble oppdaget tidlig på 2000-tallet og 117 i 2010, er det fortsatt ingen tegn på elementer 119 og utover. Hvorfor har ingen hevdet å ha skapt en av disse nye superheavyweights og når vil kjemikere kunne starte en åttende rad på det periodiske bordet?
Joint Institute For Nuclear Research
Partikkelakseleratorer lager nye elementer ved å bombardere et tungt elementmål med svært akselerert lettere
Siden Edwin McMillan og Philip Abelson syntetiserte det første transuranelementet neptunium i 1940, har en jevn strøm av nye elementer fylt de nedre radene i det periodiske bordet. Hver gang en gruppe hevder å ha syntetisert et nytt element, Må International Union Of Pure And Applied Chemistry (Iupac) veie bevisene som presenteres. Vanligvis kravet om den første syntesen av en ny superheavy element kommer mange år før nok bevis er samlet for å få nikk av godkjenning fra Iupac. Dette er det som gjør fraværet av krav på opprettelsen av element 119 eller utover overraskende. Men mens ingen gruppe ennå har hevdet å ha skapt et element som tilhører den åttende rad i det periodiske bordet, er det ikke mangel på å prøve.
for å lage et nytt element blir et tungt elementmål bombardert med svært akselererte lettere elementprosjektiler. Så tidlig som i 2007 forsøkte forskere ved JOINT Institute For Nuclear Research (JINR) I Dubna, Russland, Og Helmholtz Centre For Heavy Ion Research (Gsi) I Darmstadt, Tyskland, å syntetisere unbinilium eller element 120 ved å bombardere plutonium med henholdsvis jern og uran med nikkel. Imidlertid observerte begge lagene bare et utvalg av lettere kjerner og partikler. For at forskere skal være sikre på at de virkelig har laget et nytt element, må de følge det nye elementets signatur forfallskjeder, forklarer James Roberto, assisterende laboratoriedirektør Ved Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA.
Målretting av nye teknologier
Avfyring av kalsiumprosjektiler på et svært tungt aktinidmål fungerte bra for å produsere elementer 114 til 118, men for enda tyngre elementer reduseres sannsynligheten for å skape et nytt element på denne måten. En tilsynelatende enkel løsning ville være å bare brenne flere og tyngre prosjektiler på målet.
Oak Ridge National Laboratory
det tok forskere mer enn to år å produsere en liten mengde berkelium brukes til å lage element 117
Gjeldende akseleratorer treffer målet med ca 1012 prosjektiler hvert sekund. Men ‘treffer målet med et enda høyere antall prosjektiler ville faktisk brenne målet’, forklarer ORNL fysiker Krzysztof Rykaczewski. Du kan også brenne detektoren din. Vi trenger bedre teknologi for å unngå dette. Du kan også gjøre målet mye større og spre prosjektilstrålen over det større området, legger han til – men det er ikke lett å lage disse aktinidmålene. Syntetisere 20 mg berkelium brukes til å produsere element 117 tok mer enn to år. Den Supertunge Elementfabrikken som bygges på Dubna, vil ha forbedrede deteksjonsmuligheter og kunne generere bjelker med betydelig høyere intensiteter, men ‘ytterligere gjennombrudd vil være nødvendig for å fortsette utover element 120’, sier Roberto.
forskerne forblir imidlertid positive. – Innen en generasjons levetid vil vi sannsynligvis nå element 124, spekulerer Rykaczewski. Eric Scerri, en kjemihistoriker ved University Of California, Los Angeles, usa, er enig: ‘For Femten år siden var det utenkelig at noen noen gang ville komme så langt som vi kom.- Jakten på nye elementer, legger han til, har vært og vil være drivkraften bak teknologiutviklingen.En ide å overvinne begrensningene i dagens tunge elementsynteseteknikker er å indusere kjernefysiske overføringsreaksjoner. Hvis du sparket uran på et uranmål, vil kjernene aldri smelte, forklarer Gsi-forsker Christoph Düllmann. Men de kolliderende kjernene kan utveksle protoner og nøytroner når de kolliderer. – I noen tilfeller kan det føre til et produkt som tilfeldigvis har for eksempel 120 protoner, Sier Dü. Dette kan være en vei for å få tilgang til isotoper som ikke kan nås av fusjonsreaksjoner.’
Skyve grensene
De fleste superheavy elementer ‘ svært begrenset levetid hindrer deres bruk i virkelige applikasjoner. Å studere dem tester imidlertid forskernes forståelse av atomkjernen. – Hvis du vil teste en bil du vurderer å kjøpe, bør du ikke bare gjøre to svinger på parkeringsplassen, men teste den under vanskelige forhold, sier Rykaczewski. På samme måte hjelper testing av nukleare modeller under ekstreme forhold forskere til å velge de som gjør de beste spådommene.
Oak Ridge National Laboratory, Enrico Sacchetti
Kjernereaktorer lage utgangsmaterialene forskerne bruker i jakten på nye elementer
Beregninger er uklar på nøyaktig hvor mye større den periodiske tabellen kan få. Fysikeren Richard Feynman forutså at element 137 var grensen. – Beregningen er ganske enkelt Basert På Einsteins relativitetsteori, sier Scerri. Når atomkjerner blir større og større, må elektronene gå raskere og raskere. Når du når en viss størrelse beregninger forutsi at elektronene må gå raskere enn hastigheten et lys-en fysisk umulighet. Andre beregninger spår at dette vil skje mye senere, men rundt element 170.Mens de fire siste tilskuddene til det periodiske bordet er svært radioaktive og forfall på mindre enn et minutt, forventer forskerne å finne en øy av stabilitet sentrert rundt elementene 120, 124 eller 126. Disse elementene »magiske’ proton og nøytron tall tilsvarer fylt kjernefysiske skjell. Akkurat som fullfylte valenselektronskjell gjør elementer som edelgassene kjemisk inerte, fylt nøytron eller protonskjell, øker kjernens stabilitet.Forskere håper at unbiniliums eller unbihexiums (element 126) dobbelt magiske isotoper, som inneholder både et magisk protonnummer og et magisk nøytronnummer, vil bli enda lengre levetid enn deres andre isotoper – selv om halveringstidsestimater varierer vilt fra noen få mikrosekunder til millioner av år. Forskere har allerede sett økende stabilitet av kjente superheavy elementer når i isotoper med nøytron tall nærmere magic 184. ‘Den hellige gral i superheavy elementsyntese er å nå dette nøytronnummeret, sier Dü. Men problemet er at vi for øyeblikket ikke har to kjerner som vil gi oss et superheavy element som også har så mange nøytroner.’