Wyspa stabilności — odkrywanie nowych superciężkich pierwiastków
Zrozumienie wyspy stabilności w chemii
Wyspa stabilności pierwiastków (zakreślona) jest przewidywana na podstawie okresów półtrwania izotopów. Zmierzone okresy półtrwania podano w ramkach, natomiast przewidywane okresy półtrwania są zacieniowane.
Wyspa stabilności to cudowne miejsce, w którym ciężka izotopy z elementy trzymaj się wystarczająco długo, aby można było je zbadać i wykorzystać. 'Wyspa' znajduje się w morzu radioizotopów, które tak szybko rozpadają się na jądra potomne, że naukowcom trudno jest udowodnić istnienie pierwiastka, a tym bardziej wykorzystać izotop do praktycznego zastosowania.
Kluczowe dania na wynos: wyspa stabilności
- The wyspa stabilności odnosi się do obszaru układu okresowego składającego się z superciężkich pierwiastków promieniotwórczych, które mają co najmniej jeden izotop o stosunkowo długim okresie półtrwania.
- The model powłoki jądrowej służy do przewidywania położenia 'wysp' w oparciu o maksymalizację energii wiązania między protonami i neutronami.
- Uważa się, że izotopy na „wyspie” mają „magiczne liczby” protonów i neutronów, które pozwalają im zachować pewną stabilność.
Historia wyspy
Glenn T. Seaborgukuli frazę „wyspa stabilności” pod koniec lat sześćdziesiątych. Wykorzystując model powłoki jądrowej zaproponował wypełnienie poziomów energetycznych danej powłoki optymalną liczbą protony oraz neutrony zmaksymalizowałby energia wiązania na nukleon, dzięki czemu ten konkretny izotop ma dłuższy pół życia niż inne izotopy, które nie mają wypełnionych otoczek. Izotopy wypełniające powłoki jądrowe posiadają tak zwane „magiczne liczby” protonów i neutronów.
Znalezienie wyspy stabilności
Położenie wyspy stabilności jest przewidywane na podstawie znanych okresów połowicznego rozpadu izotopów i przewidywanych okresów połowicznego rozpadu pierwiastków, których nie zaobserwowano, na podstawie obliczeń opartych na zachowaniach pierwiastków jak te powyżej w układzie okresowym ( kongenerów ) i przestrzeganie równań, które wyjaśniają efekty relatywistyczne.
Dowód na to, że koncepcja „wyspy stabilności” jest słuszna, pojawił się, gdy fizycy syntetyzowali pierwiastek 117. Chociaż izotop 117 rozpadał się bardzo szybko, jednym z produktów jego łańcucha rozpadu był izotop lawrencjum, którego nigdy wcześniej nie zaobserwowano. Ten izotop, lawrencjum-266, wykazywał okres półtrwania 11 godzin, co jest niezwykle długim jak na atom tak ciężkiego pierwiastka. Wcześniej znane izotopy lawrencjum miały mniej neutronów i były znacznie mniej stabilne. Lawrencium-266 ma 103 protony i 163 neutrony, co wskazuje na nieodkryte jeszcze liczby magiczne, które można wykorzystać do tworzenia nowych pierwiastków.
Które konfiguracje mogą posiadać magiczne liczby? Odpowiedź zależy od tego, kogo zapytasz, ponieważ to kwestia kalkulacji i nie ma standardowego zestawu równań. Niektórzy naukowcy sugerują, że wokół 108, 110 lub 114 protonów i 184 neutronów może istnieć wyspa stabilności. Inni sugerują sferyczne jądro ze 184 neutronami, ale 114, 120 lub 126 protonów może działać najlepiej. Unbihexium-310 (pierwiastek 126) jest „podwójnie magiczny”, ponieważ jego liczba protonowa (126) i liczba neutronowa (184) są liczbami magicznymi. Jakkolwiek rzucasz magicznymi kostkami, dane uzyskane z syntezy pierwiastków 116, 117 i 118 wskazują na wydłużenie okresu półtrwania w miarę zbliżania się liczby neutronów do 184.
Niektórzy badacze uważają, że najlepsza wyspa stabilności może istnieć przy znacznie większej liczbie atomowej, na przykład wokół pierwiastka o numerze 164 (164 protony). Teoretycy badają obszar, w którym Z = 106 do 108, a N wynosi około 160-164, który wydaje się wystarczająco stabilny w odniesieniu do rozpadu beta i rozszczepienia.
Tworzenie nowych elementów z wyspy stabilności
Chociaż naukowcy mogą być w stanie stworzyć nowe stabilne izotopy znanych pierwiastków, nie mamy technologii, która mogłaby przekroczyć 120 (prace, które są obecnie w toku). Prawdopodobnie trzeba będzie zbudować nowy akcelerator cząstek, który byłby w stanie skupić się na celu z większą energią. Musimy również nauczyć się wytwarzać większe ilości znanych ciężkich nuklidy służyć jako cele do wytwarzania tych nowych elementów.
Nowe kształty jądra atomowego
Zwykły jądro atomowe przypomina solidną kulę protonów i neutronów, ale atomy pierwiastków na wyspie stabilności mogą przybierać nowe kształty. Jedną z możliwości byłoby jądro w kształcie bańki lub puste w środku, z protonami i neutronami tworzącymi rodzaj powłoki. Trudno sobie nawet wyobrazić, jak taka konfiguracja może wpłynąć na właściwości izotopu. Jedno jest jednak pewne... są jeszcze nowe pierwiastki do odkrycia, więc układ okresowy pierwiastków przyszłości będzie wyglądał zupełnie inaczej niż ten, którego używamy dzisiaj.