Када ћемо достићи крај периодичне табеле?

Учитељи хемије недавно су морали да ажурирају свој декор учионице, уз најаву да су научници потврдили откриће четири нова елемента на периодичној табели. Неименовани елементи 113, 115, 117 и 118 попуњавали су преостале празнине на дну чувене карте - мапу грађевинских блокова материје која хемичари успешно воде скоро век и по.

Сличан садржај

• Четири најновија елемента сада имају имена
• Четири нова елемента су додата у периодичну табелу
• Сперма рибе може бити тајна за рециклирање ријетких земаљских елемената

Званична потврда коју је добила Међународна унија чисте и примењене хемије (ИУПАЦ) била је година у изради, јер су ови супертешки елементи веома нестабилни и тешки за стварање. Али научници су имали јак разлог да верују да постоје, делом и због тога што је периодична табела до сада била изузетно конзистентна. Напори на дочарању елемената 119 и 120, који би започели нови ред, већ су у току.

Али колико је још елемената остало, остаје једна од најотпорнијих мистерија хемије, поготово јер је наше модерно разумевање физике открило аномалије чак и код етаблираних играча.

"Пукотине почињу да се приказују у периодичној табели", каже Валтер Ловеланд, хемичар са Државног универзитета у Орегону.

Савремена инкарнација периодичне табеле организује елементе по редовима на основу атомског броја - броја протона у језгру атома - и по колонама на основу орбита њихових најудаљенијих електрона, које заузврат обично диктирају њихове личности. Мекани метали који имају тенденцију да снажно реагују са другима, попут литијума и калијума, живе у једној колони. Неметални реактивни елементи, као што су флуор и јод, насељавају други.

Француски геолог Алекандре-Емиле Бегуиер де Цханцоуртоис био је први који је препознао да се елементи могу груписати у понављајуће обрасце. Приказао је елементе познате 1862. године, поредане по њиховим тежинама, у облику спирале омотане око цилиндра ( види слику испод ). Елементи вертикално усклађени један са другим на овом цилиндру имали су сличне карактеристике.

Али организациона шема коју је створио Дмитри Менделеев, Руси који је био добро расположен и који је тврдио да је видео групање елемената у сну, стајала је тест времена. Његова периодична табела из 1871. године није била савршена; на пример предвидио је осам елемената који не постоје. Међутим, тачно је предвиђао и галијум (који се сада користи у ласерима), германијум (који се сада користи у транзисторима) и друге све тешке елементе.

Мендељејева периодична табела лако је прихватила потпуно нову колону за племените гасове, попут хелијума, који су избегли откривање до краја 19. века због своје склоности да не реагују са другим елементима.

Савремена периодична табела мање-више је била у складу са квантном физиком, уведена у 20. веку да би објаснила понашање субатомских честица попут протона и електрона. Поред тога, групе су се углавном одржавале јер су потврђени и тежи елементи. Бохријум, име које је елементу 107 додељено после његовог открића 1981. године, толико се лепо уклапа у остале такозване прелазне метале који га окружују, један од истраживача који га је открио проглашавајући „бохријум досадним“.

Али занимљива времена могу да предстоје.

Једно отворено питање тиче се лантана и актинијума, који имају мање заједништва са осталим члановима њихових групација од лутеција и правренцијума. ИУПАЦ је недавно именовао радну групу за разматрање овог питања. Чак ни хелијум, елемент 2, није једноставан - постоји алтернативна верзија периодичне табеле која хелијум поставља берилијумом и магнезијумом уместо својих суседа племенитих гасова, на основу распореда свих његових електрона, а не само најудаљенијих.

„Постоје проблеми на почетку, у средини и на крају периодичне табеле“, каже Ериц Сцерри, историчар са одељења за хемију на Калифорнијском универзитету у Лос Анђелесу.

Аинстеинова специјална теорија релативности, објављена деценијама након Менделеев-ове табеле, такође је унела неке кретње у систем. Релативност налаже да се маса честице повећава брзином. То може узроковати да се негативно наелектрисани електрони у орбити око позитивно наелектрисаног језгра атома понашају чудно, утичући на својства елемента.

Узмите у обзир злато: Језгро је напуњено са 79 позитивних протона, тако да не би ли пали унутра, електрони злата морају да се врте око више од половине светлосне брзине. То их чини масивнијима и повлачи их у чвршћу орбиту ниже енергије. У овој конфигурацији, електрони апсорбују плаву светлост уместо да је рефлектују, што венчаним бендовима даје свој карактеристичан сјај.

Каже се да је злогласни физичар бонго игра, Ричард Фејнман, позвао релативност да предвиди крај периодичне табеле у елементу 137. Феинману је 137 био „магични број“ - искрснуо је без икаквог очигледног разлога другде у физици. Његова калкулација показала је да ће се електрони у елементима који прелазе 137 морати кретати брже од светлосне брзине, и тако кршити правила релативности, да не би пропали у језгро.

Последњи израчуни су од тада прешли ту границу. Феинман је језгро третирао као јединствену тачку. Дозволите да то буде куглица од честица, а елементи могу да наставе до око 173. Тада ће се сав пакао отпустити. Атоми изван ове границе могу постојати, али само као необична бића способна да позивају електроне из празног простора.

Релативност није једини проблем. Позитивно наелектрисани протони се одбијају један према другом, тако да што више пакујете у језгро, то је мање стабилно. Уранијум, са атомским бројем 92, последњи је елемент довољно стабилан да се природно појављује на Земљи. Сваки елемент изван њега има језгро које се брзо распада, а њихов полуживот - време потребно да пропадне половина материјала - може бити неколико минута, секунди или чак делиће секунде.

Тежи, нестабилни елементи могу постојати другде у свемиру, попут унутрашњих густих неутронских звезда, али научници их овде могу проучавати само разбијањем лакших атома да би постали тежи и потом просијавањем кроз распадајући ланац.

„Ми стварно не знамо који је најтежи елемент који би могао постојати“, каже нуклеарни физичар Витолд Назаревицз са Државног универзитета у Мичигену.

Теорија предвиђа да ће доћи до тачке у којој наша језгра направљена од лабораторија неће живети довољно дуго да би формирала правилан атом. Радиоактивно језгро које се распада за мање од десет трилијуна у секунди не би имало времена да сакупи електроне око себе и направи нови елемент.

Ипак, многи научници очекују да ће острва стабилности постојати и даље низ пут, где супертешки елементи имају релативно дугоживе језгре. Убацивање одређених супер-тешких атома с пуно додатних неутрона може пружити стабилност спречавањем деформирања језгара богатих протоном. Очекује се да ће, на пример, елемент 114 имати магично стабилан број неутрона на 184. Такође се предвиђа да ће за елементе 120 и 126 постојати трајнији.

Али неке тврдње о супер-тешкој стабилности су се већ распадале. Крајем 1960-их, хемичар Едвард Андерс предложио је да ксенон у метеориту који је пао на мексичко тло настане распадом мистериозног елемента између 112 и 119 који би био довољно стабилан да се може догодити у природи. Након што је годинама сужавао потрагу, коначно је повукао своју хипотезу 1980-их.

Предвиђање потенцијалне стабилности тешких елемената није лако. Прорачуни, који захтевају огромну рачунарску снагу, нису учињени за многе од познатих играча. А чак и када је имају, ово је сасвим нова територија за нуклеарну физику, где чак и мале промене улаза могу имати дубок утицај на очекиване резултате.

Једно је сигурно: Стварање сваког новог елемента ће постати теже, не само зато што је атрибуте краћег века теже детектирати, већ и због тога што ће за прављење суперхејева бити потребно зраке атома који су и сами радиоактивни. Без обзира да ли постоји крај периодичне табеле или не, можда постоји крај нашој способности стварања нових.

"Мислим да смо далеко од краја периодичне табеле", каже Сцерри. „Чини се да је ограничавајући фактор у овом тренутку људска генијалност.“

Напомена уредника: Припадност Витолда Назаревича исправљена је.

Препоручена листа за читање периодичне табеле

Прича о седам елемената

Веродостојан приказ ране историје периодичне табеле може се наћи у Ери Сцерри-јевој Причи о седам елемената, која се дубоко заронила у контроверзе око открића седам елемената.

Периодна табела

Читаоци који су заинтересовани за холокауст требало би да покупе копију покретног мемоара Примо Левија, „Периодиц Табле“. Такође, за убедљиву аутобиографију која користи периодичну табелу за уоквиривање живота једног од најомиљенијих неуролога на свету, погледајте Оливер Сацкс ' Нев Иорк Тимес ' под називом "Моја периодична табела ."

Спој који нестаје: и друге истините приче о лудилу, љубави и историји света из периодичне табеле елемената

Сам Кеан води своје читаоце у живахну и хаотичну гужву кроз елементе у „Дисаппеаринг Споон“.

Изгубљени елементи: Сјена стране периодичне табеле

Љубитељи науке који су заинтересовани за инсајдерски бејзбол иза елемената који никада нису ушли у периодичну табелу могу да провере добро истражене Изгубљене елементе Марка Фонтанија, Мариагразиа Цоста и Мари Виргиниа Орна.