Jak odkrywane są nowe elementy?

Nowe pierwiastki i układ okresowy

Można znaleźć nowe pierwiastki, które wypełnią luki i uzupełnią układ okresowy. Jaap Hart, Getty Images

Dymitr Mendelejew przypisuje się stworzeniu pierwszego układu okresowego, który przypomina nowoczesny układ okresowy . Jego stół uporządkował elementy, zwiększając masa atomowa (Używamy liczba atomowa dzisiaj ). On mógł zobaczyć powtarzające się trendy lub okresowość we właściwościach elementów. Jego tabeli można było użyć do przewidywania istnienia i cech nieodkrytych pierwiastków.

Kiedy patrzysz na nowoczesny układ okresowy , nie zobaczysz przerw i spacji w kolejności elementów. Nowe elementy nie są już dokładnie odkrywane. Można je jednak wykonać za pomocą akceleratorów cząstek i reakcji jądrowych. A nowy element jest zrobione dodając proton (lub więcej niż jeden) lub neutron do wcześniej istniejącego pierwiastka. Można to zrobić rozbijając protony lub neutrony na atomy lub przez zderzenia atomów ze sobą. Ostatnie kilka elementów w tabeli będzie miało numery lub nazwy, w zależności od używanej tabeli. Wszystkie z tych nowe elementy są wysoce radioaktywne. Trudno udowodnić, że zrobiłeś nowy element, ponieważ tak szybko się rozpada.

Kluczowe wnioski: jak odkrywane są nowe elementy

• Chociaż naukowcy znaleźli lub zsyntetyzowali pierwiastki o liczbie atomowej od 1 do 118, a układ okresowy pierwiastków wydaje się pełny, prawdopodobnie powstaną dodatkowe pierwiastki.
• Pierwiastki superciężkie powstają poprzez uderzanie protonów, neutronów lub innych jąder atomowych w istniejące wcześniej pierwiastki. Wykorzystywane są procesy transmutacji i fuzji.
• Niektóre cięższe pierwiastki prawdopodobnie powstają w gwiazdach, ale ponieważ mają tak krótki okres półtrwania, nie przetrwały do ​​dziś, aby znaleźć się na Ziemi.
• W tym momencie problem polega nie tyle na wytwarzaniu nowych elementów, ile na ich wykrywaniu. Powstające atomy często rozpadają się zbyt szybko, aby można je było znaleźć. W niektórych przypadkach weryfikacja może pochodzić z obserwacji jąder potomnych, które uległy rozkładowi, ale nie mogły wynikać z żadnej innej reakcji poza użyciem pożądanego elementu jako jądra macierzystego.

Procesy tworzące nowe elementy

Pierwiastki znalezione dzisiaj na Ziemi powstały w gwiazdach poprzez nukleosyntezę lub powstały jako produkty rozpadu. Wszystkie pierwiastki od 1 (wodór) do 92 (uran) występują w przyrodzie, chociaż pierwiastki 43, 61, 85 i 87 wynikają z radioaktywnego rozpadu toru i uranu. Neptun i pluton odkryto również w naturze, w skale bogatej w uran. Te dwa pierwiastki powstały w wyniku wychwytywania neutronów przez uran:

²³⁸U + n →²³⁹W →²³⁹Np →²³⁹Mógłby

Kluczowym wnioskiem jest to, że bombardowanie pierwiastka neutronami może wytworzyć nowe pierwiastki, ponieważ neutrony mogą przekształcić się w protony w procesie zwanym rozpadem neutronów beta. Neutron rozpada się na proton i uwalnia elektron i antyneutrino. Dodanie protonu do jądra atomowego zmienia jego tożsamość elementu.

Reaktory jądrowe i akceleratory cząstek mogą bombardować cele neutronami, protonami lub jądrami atomowymi. Aby utworzyć pierwiastki o liczbie atomowej większej niż 118, nie wystarczy dodać proton lub neutron do wcześniej istniejącego pierwiastka. Powodem jest to, że superciężkie jądra, które znajdują się daleko w układzie okresowym, po prostu nie są dostępne w żadnej ilości i nie wystarczają na ich wykorzystanie w syntezie pierwiastków. Tak więc naukowcy starają się połączyć lżejsze jądra, które mają protony, które sumują się do pożądanej liczby atomowej, lub starają się sprawić, by jądra rozpadły się na nowy pierwiastek. Niestety ze względu na krótki okres półtrwania i małą liczbę atomów bardzo trudno jest wykryć nowy pierwiastek, a tym bardziej zweryfikować wynik. Najbardziej prawdopodobnymi kandydatami na nowe pierwiastki będą liczba atomowa 120 i 126, ponieważ uważa się, że mają one izotopy, które mogą trwać wystarczająco długo, aby mogły zostać wykryte.

Superciężkie elementy w gwiazdach

Jeśli naukowcy wykorzystują fuzję do tworzenia superciężkich pierwiastków, czy gwiazdy też je tworzą? Nikt nie zna odpowiedzi na pewno, ale prawdopodobnie gwiazdy również wytwarzają pierwiastki transuranowe. Jednakże, ponieważ izotopy są tak krótkotrwałe, tylko lżejsze produkty rozpadu przetrwają wystarczająco długo, aby mogły zostać wykryte.

Źródła

• Fowlera, Williama Alfreda; Burbidge, Margaret; Burbidge, Geoffrey; Hoyle, Fred (1957). „Synteza pierwiastków w gwiazdach”. Recenzje fizyki współczesnej . Tom. 29, wydanie 4, s. 547–650.
• Greenwood, Norman N. (1997). „Ostatnie osiągnięcia dotyczące odkrycia pierwiastków 100–111”. Chemia czysta i stosowana. 69 (1): 179–184. doi:10.1351/pac199769010179
• Heenen, Paul-Henri; Nazarewicz, Witold (2002). „Poszukiwanie superciężkich jąder”. Aktualności Eurofizyki . 33 (1): 5-9. doi:10.1051/epn:2002102
• Lougheed, R.W.; i in. (1985). 'Wyszukaj superciężkie elementy za pomocą⁴⁸Jako +²⁵⁴Reakcja Esg. Przegląd fizyczny C . 32 (5): 1760-1763. doi: 10.1103/PhysRevC.32.1760
• Silva, Robert J. (2006). „Ferm, Mendelew, Nobel i Lawrencium”. W Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (wyd.). Chemia pierwiastków aktynowych i transaktynowych (3rd ed.). Dordrecht, Holandia: Springer Science+Business Media. ISBN 978-1-4020-3555-5.