Pred kratkim so morali učitelji kemije posodobiti svoj dekor učilnice, z objavo, da so znanstveniki potrdili odkritje štirih novih elementov na periodični tabeli. Neimenovani elementi 113, 115, 117 in 118 so zapolnili preostale vrzeli na dnu znamenitega grafikona - načrt zemljevidov, ki so kemike uspešno vodili skoraj stoletje in pol.
Sorodne vsebine
- Štirje najnovejši elementi imajo zdaj imena
- V periodično tabelo so dodani štirje novi elementi
- Ribji spermiji so morda skrivnost za recikliranje redkih zemeljskih elementov
Uradna potrditev, ki jo je podelila Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC), je bila v pripravi že leta, saj so ti pretežki elementi zelo nestabilni in težko ustvarljivi. Toda znanstveniki so imeli močan razlog, da verjamejo, da obstajajo, deloma tudi zato, ker je bila periodična tabela doslej izjemno dosledna. Prizadevanja za pričaranje elementov 119 in 120, ki bi začela novo vrsto, že potekajo.
Toda natanko toliko elementov je še vedno ena izmed najbolj obstojnih skrivnosti kemije, še posebej, ker je naše moderno razumevanje fizike pokazalo nepravilnosti tudi pri uveljavljenih igralcih.
"Razpoke se začnejo pojavljati v periodični tabeli, " pravi Walter Loveland, kemik na državni univerzi v Oregonu.
Sodobna inkarnacija periodične tabele organizira elemente po vrsticah, ki temeljijo na atomskem številu - številu protonov v jedru atoma - in po stolpcih, ki temeljijo na orbitah njihovih najbolj oddaljenih elektronov, ki običajno narekujejo njihove osebnosti. Mehke kovine, ki ponavadi močno reagirajo z drugimi, na primer litij in kalij, živijo v enem stolpcu. Nekovinski reaktivni elementi, kot sta fluor in jod, naseljujejo drugo.
Francoski geolog Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois je bil prvi, ki je ugotovil, da se elementi lahko razvrstijo v ponavljajoče se vzorce. Elemente, znane leta 1862, so razvrstili po njihovi uteži, kot spirala, ovita okoli valja ( glej spodnjo ilustracijo ). Elementi, navpično usklajeni med seboj na tej jeklenki, so imeli podobne lastnosti.
Toda organizacijska shema, ki jo je ustvaril Dmitri Mendeleev, vroče Rus, ki je trdil, da je videl skupine elementov v sanjah, je bil preizkus časa. Njegova periodična tabela iz leta 1871 ni bila popolna; na primer je napovedoval osem elementov, ki ne obstajajo. Vendar pa je pravilno napovedal tudi galij (zdaj ga uporabljajo v laserjih), germanij (zdaj se uporablja v tranzistorjih) in druge vse težje elemente.
Mendelejeva periodična tabela je zlahka sprejela povsem nov stolpec za žlahtne pline, kot je helij, ki so odkrivali odkrivanje do konca 19. stoletja, ker niso mogli reagirati z drugimi elementi.
Sodobna periodična tabela je bila bolj ali manj skladna s kvantno fiziko, uvedena v 20. stoletju, da bi pojasnila obnašanje subatomskih delcev, kot so protoni in elektroni. Poleg tega so se skupine združile večinoma, ker so bili potrjeni težji elementi. Bohrij, ki so ga elementu 107 po odkritju leta 1981 podelili, se tako lepo ujema z drugimi tako imenovanimi prehodnimi kovinami, ki ga obdajajo, eden od raziskovalcev, ki so ga odkrili, pa je razglasil, da je bohrij dolgočasen.
Toda zanimivi časi so morda pred nami.
Eno odprto vprašanje se nanaša na lantan in aktinij, ki imata manj skupnega z drugimi člani svojih skupin kot lutecij in zakonrencij. IUPAC je pred kratkim imenoval delovno skupino za preučitev tega vprašanja. Tudi helij, element 2, ni preprost - obstaja alternativna različica periodične tabele, ki namešča helij z berilijem in magnezijem namesto svojih sosedov plemenitih plinov, ki temelji na razporeditvi vseh njegovih elektronov namesto samo najbolj oddaljenih.
"Na začetku, v sredini in na koncu periodične tabele so težave, " pravi Eric Scerri, zgodovinar na oddelku za kemijo na kalifornijski univerzi v Los Angelesu.
Einsteinova posebna teorija relativnosti, objavljena desetletja po Mendelejevi tabeli, je v sistem vnesla tudi nekaj čink. Relativnost narekuje, da se masa delca povečuje s svojo hitrostjo. To lahko povzroči, da se negativno nabiti elektroni, ki krožijo po orbiti pozitivno nabitega jedra, čudno obnašajo, kar vpliva na lastnosti elementa.
Razmislite o zlatu: Jedro je napolnjeno z 79 pozitivnimi protoni, zato da se zlati elektroni ne bi zaletavali okoli več kot polovico svetlobne hitrosti. Zaradi tega so bolj masivni in jih potegnejo v ožjo, nižjo energijsko orbito. V tej konfiguraciji elektroni absorbirajo modro svetlobo, namesto da bi jo odsevali, kar daje poročnim pasom značilen žarek.
Zloglasni bongo igrajoči se fizik Richard Feynman je skliceval na relativnost, da je napovedal konec periodične tabele v elementu 137. Feynmanu je bilo 137 "magično število" - brez jasnega razloga se je pojavilo drugje v fiziki. Njegovi izračuni so pokazali, da bi se morali elektroni v elementih, ki presegajo 137, premikati hitreje od svetlobne hitrosti in s tem kršiti pravila relativnosti, da ne bi padli v jedro.
Novejši izračuni so od takrat presegli to mejo. Feynman je jedro obravnaval kot eno samo točko. Pustite, da je to delček kroglice, in elementi lahko nadaljujejo do približno 173. Potem se ves pekel razbije. Atomi, ki presegajo to mejo, lahko obstajajo, vendar le kot čudna bitja, ki lahko prikličejo elektrone iz praznega prostora.
Relativnost ni edini problem. Pozitivno nabiti protoni se odbijajo med seboj, zato bolj ko se spakirate v jedro, manj stabilna je. Uran z atomsko številko 92 je zadnji element, ki je dovolj stabilen, da se lahko naravno pojavi na Zemlji. Vsak element zunaj njega ima jedro, ki se hitro razpade, njihova razpolovna doba - čas, ki traja, da polovica materiala razpade - je lahko nekaj minut, sekund ali celo delnih sekund.
Težji in nestabilni elementi lahko obstajajo drugje v vesolju, kot znotraj gostih nevtronskih zvezd, toda znanstveniki jih lahko tukaj preučujejo le tako, da razbijejo lažje atome, da postanejo težji, in nato presejejo skozi razkrojno verigo.
"Resnično ne vemo, kaj je najtežji element, ki bi lahko obstajal, " pravi jedrski fizik Witold Nazarewicz z državne zvezne države Michigan.
Teorija napoveduje, da bo prišlo do točke, ko naša laboratorijska jedra ne bodo živela dovolj dolgo, da bi oblikovala pravi atom. Radioaktivno jedro, ki se razpade v manj kot desetih trilijonskih sekundah, ne bi imelo časa, da bi zbralo okoli sebe elektrone in naredilo nov element.
Kljub temu mnogi znanstveniki pričakujejo, da bodo otoki stabilnosti obstajali dlje po cesti, kjer imajo presežki elementi razmeroma dolgoživa jedra. Nalaganje nekaterih super-težkih atomov z veliko dodatnih nevtronov bi lahko dalo stabilnost, saj prepreči, da bi se jedra, bogata s protoni, deformirala. Pričakuje se, da bo na primer element 114 imel čarobno stabilno število nevtronov pri 184. Predvideva se, da bosta elementa 120 in 126 tudi trajnejša.
Toda nekatere trditve o pretežki stabilnosti so že razpadle. Kemik Edward Anders je v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja predlagal, da bi ksenon v meteoritu, ki je padel na mehiška tla, prišel zaradi razpada skrivnostnega elementa med 112 in 119, ki bi bil dovolj stabilen, da se lahko pojavlja v naravi. Potem ko je več let zožil iskanje, je v 80. letih na koncu svojo hipotezo umaknil.
Napovedovanje potencialne stabilnosti težkih elementov ni enostavno. Izračuni, ki zahtevajo ogromno računalniško moč, pri mnogih znanih igralcih niso bili narejeni. In tudi kadar je to, je to povsem novo ozemlje za jedrsko fiziko, kjer lahko že majhne spremembe vnosov močno vplivajo na pričakovane rezultate.
Ena stvar je zagotovo: Vsak nov element bo težji, ne le zato, ker je krajše žive atome težje zaznati, ampak tudi zato, ker za izdelavo superpresede lahko zahtevajo žarke atomov, ki so tudi radioaktivni. Ne glede na to, ali je občasni tabeli konec ali ne, je morda naša sposobnost ustvarjanja novih.
"Mislim, da smo daleč stran od konca periodične tabele, " pravi Scerri. "Omejevalni dejavnik se trenutno zdi človeška iznajdljivost."
Opomba urednika: Pripadnost Witolda Nazarewicza je bila popravljena.
Periodična tabela Priporočen seznam za branje
Zgodba o sedmih elementih
NakupVerodostojen prikaz zgodnje zgodovine periodične tabele najdete v pripovedi Erika Scerrija "Zgodba o sedmih elementih", ki se je globoko potopil v polemike, ki so se nanašale na odkritja sedmih elementov.
Periodična tabela
NakupBralci, ki jih zanima holokavst, bi morali pobrati kopijo ganljivega spominskega zapisa Primo Levija, Periodična tabela. Tudi za prepričljivo avtobiografijo, ki uporablja periodično tabelo za okvir življenja enega najbolj priljubljenih nevrologov na svetu, glejte Oliver Sacks v New York Timesu z naslovom "Moja periodična tabela ."
Izginjajoča žlica: in druge resnične zgodbe o norosti, ljubezni in zgodovini sveta iz periodične tabele elementov
NakupSam Kean svoje bralce popelje na živahno in kaotično potepanje skozi elemente v filmu The Disappearing Spoon.
Izgubljeni elementi: senčna stran periodične tabele
NakupLjubitelji znanosti, ki jih zanima notranji baseball za elementi, ki nikoli niso prišli v periodično tabelo, lahko preverijo dobro raziskane The Lost Elements Marca Fontanija, Mariagrazia Costa in Mary Virginia Orna.
