Beyond element 118: the next row of the periodic table

Four new elements have just been added to the periodic table completing the table’s seventh row. Mas apesar dos elementos 113, 115 e 118 terem sido descobertos no início dos anos 2000 e 117 em 2010, ainda não há sinal dos elementos 119 e mais além. Porque é que ninguém afirmou ter criado um destes novos pesos-pesados e quando é que os químicos poderão começar uma oitava linha na tabela periódica?

Desde Edwin McMillan e Philip Abelson sintetizado o primeiro transurânianos elemento de neptúnio, em 1940, um fluxo constante de novos elementos encheu as linhas inferiores da tabela periódica. Cada vez que um grupo afirma ter sintetizado um novo elemento, a União Internacional de Química Pura e aplicada (Iupac) deve pesar as evidências apresentadas. Tipicamente, a alegação da primeira síntese de um novo elemento super-pesado vem muitos anos antes de evidências suficientes serem reunidas para obter a aprovação da Iupac. É isso que torna surpreendente a ausência de qualquer reivindicação sobre a criação do elemento 119 ou para além dele. Mas enquanto nenhum grupo ainda alegou ter criado um elemento que pertence à oitava linha da tabela periódica, não é por falta de tentativa.

para criar um novo elemento, um alvo de elementos pesados é bombardeado com projéteis de elementos mais leves altamente acelerados. Já em 2007, pesquisadores do Instituto conjunto de Pesquisa Nuclear (JINR) em Dubna, Rússia, e do centro Helmholtz de pesquisa de íons pesados (GSI) em Darmstadt, Alemanha, tentaram sintetizar o unbinílio ou elemento 120 bombardeando plutônio com ferro e urânio com níquel, respectivamente. No entanto, ambas as equipes apenas observaram uma variedade de núcleos e partículas mais leves. Para que os cientistas estejam confiantes de que realmente fizeram um novo elemento, eles devem seguir as cadeias de decaimento do novo elemento, explica James Roberto, diretor de Laboratório Associado do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) nos EUA.o disparo de projéteis de cálcio num alvo actinídeo muito pesado funcionou bem para produzir elementos 114 a 118, mas para elementos ainda mais pesados a probabilidade de criar um novo elemento diminui desta forma. Uma solução aparentemente simples seria disparar projéteis cada vez mais pesados no alvo.

Atuais aceleradores de acertar o alvo com cerca de 1012 projéteis cada segundo. Mas “atingir o alvo com um número ainda maior de projéteis queimaria o alvo”, explica o físico ORNL Krzysztof Rykaczewski. E também podes queimar o teu detector. Precisamos de melhores tecnologias para evitar isso. Você também poderia fazer o alvo muito maior e espalhar o feixe de projéctil sobre sua área maior”, acrescenta – mas fazer esses alvos actinídeos não é fácil. A síntese dos 20 mg de berquélio utilizados para produzir o elemento 117 demorou mais de dois anos. O Superheavy Elemento de Fábrica que está sendo construída em Dubna terá melhorado a capacidade de detecção e ser capaz de gerar feixes significativamente com intensidades maiores, mas os avanços serão necessários para continuar além do elemento 120′, diz Roberto.no entanto, os investigadores continuam a ser positivos. “Dentro da vida de uma geração, provavelmente atingiremos o elemento 124”, especula Rykaczewski. Eric Scerri, um historiador de química da Universidade da Califórnia, Los Angeles, EUA, concorda: “há quinze anos era inconcebível que alguém chegasse tão longe quanto nós.”A caça a novos elementos, acrescenta, tem sido e será o motor do desenvolvimento da tecnologia.

uma ideia para superar as limitações das actuais técnicas de síntese de elementos pesados é induzir reacções de transferência nuclear. Se você disparou urânio para um alvo de urânio, os núcleos nunca se fundirão, explica Christoph Düllmann, pesquisador da GSI. Mas os núcleos de colisão podem trocar protões e neutrões quando colidem. “Em alguns casos, isso pode levar a um produto que por acaso tem, por exemplo, 120 protões”, diz Düllmann. “Este pode ser um caminho para acessar isótopos que não são alcançáveis por reações de fusão.’

ultrapassando os limites

a maioria dos elementos super-pesados’ vidas muito limitadas impede a sua utilização em aplicações do mundo real. Estudá-los, no entanto, testa a compreensão dos cientistas sobre o núcleo atômico. ‘Se você gostaria de testar um carro que você está pensando em comprar, você não deve apenas fazer duas voltas no estacionamento, mas testá-lo em condições difíceis”, diz Rykaczewski. Da mesma forma, testar modelos nucleares em condições extremas ajuda os pesquisadores a escolher aqueles que fazem as melhores previsões.

os Cálculos são difusa em exatamente quanto maior a tabela periódica pode obter. O físico Richard Feynman previu que o elemento 137 fosse o limite. “O cálculo é simplesmente baseado na teoria da relatividade de Einstein”, diz Scerri. Quando os núcleos atômicos ficam cada vez maiores, os elétrons têm que ir cada vez mais rápido. Uma vez que você atinge um certo tamanho cálculos predizem que os elétrons têm que ir mais rápido do que a velocidade uma luz – uma impossibilidade física. Outros cálculos prevêem que isso acontecerá muito mais tarde, no entanto, em torno do elemento 170.enquanto as quatro últimas adições à tabela periódica são altamente radioativas e decaem em menos de um minuto, os cientistas esperam encontrar uma ilha de estabilidade centrada em torno dos elementos 120, 124 ou 126. Estes elementos’ magic ‘ proton e números de nêutrons correspondem a projéteis nucleares cheios. Assim como conchas de elétrons de Valência completamente cheias, elementos como os gases nobres quimicamente inertes, nêutrons cheios ou projéteis de prótons aumentam a estabilidade do núcleo.os pesquisadores esperam que os isótopos de unbinílio ou unbihexium (elemento 126) duplamente mágicos, contendo um número de prótons mágico e um número de nêutrons mágico, sejam ainda mais vividos do que os outros isótopos – embora as estimativas da meia-vida variem de alguns microssegundos a milhões de anos. Os pesquisadores já viram a crescente estabilidade dos elementos super-pesados conhecidos quando em isótopos com números de nêutrons mais perto da magia 184. “O Santo Graal na síntese de elementos super-pesados é alcançar este número de neutrões”, diz Düllmann. Mas o problema é que atualmente não temos dois núcleos que nos darão um elemento super-pesado que também tem tantos nêutrons.’