A kémia tanárainak nemrégiben frissíteniük kellett az osztálytermi dekorációt, azzal a bejelentéssel, hogy a tudósok megerősítették, hogy négy új elemet fedeztek fel a periodikus táblán. A még nem nevezett 113, 115, 117 és 118 elemek kitöltötték a híres ábra alján fennmaradó hiányosságokat - az anyag építőelemeinek ütemtervét, amely közel másfél évszázad óta sikeresen irányítja a vegyészeket.
kapcsolodo tartalom
- A négy legújabb elemnek már van neve
- Négy új elemet adunk a periódusos rendszerhez
- A halak spermája lehet a titka a ritkaföldfémek újrahasznosításának
A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Szövetsége (IUPAC) által kiadott hivatalos visszaigazolás évekig tartott a készítés során, mivel ezek a szuper-nehéz elemek nagyon instabilok és nehéz létrehozni. A tudósoknak azonban oka volt azt hinni, hogy léteznek, részben azért, mert a periódusos rendszer eddig rendkívül következetes volt. Már folyamatban vannak a 119 és a 120 elem felidézésére irányuló erőfeszítések, amelyek új sort indítanának.
De pontosan hány elem van odakint, továbbra is a kémia egyik legtartósabb rejtélye, főleg mivel a fizika modern megértésében a már kialakult szereplőkben is rendellenességeket tártak fel.
„A periodikus táblában repedések jelennek meg” - mondja Walter Loveland, az Oregon Állami Egyetem vegyésze.
A periódusos rendszer modern inkarnációja szerint az elemeket sorok szerint rendezik az atomszám - az atom atommagjában lévő protonok száma - és az oszlopok alapján, a legkülső elektronok keringési jelei alapján, amelyek viszont általában diktálják személyiségüket. Azok az lágyfémek, amelyek hajlamosak másokkal erősen reagálni, például lítium és kálium, egy oszlopban élnek. A nemfémes reakcióképes elemek, például a fluorat és a jódot, máshol élnek.
Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois francia geológus volt az első, aki felismerte, hogy az elemek ismétlődő mintákba csoportosíthatók. Az 1862-ben ismert elemeket súlyuk szerint rendezve egy henger köré tekercselt spirálként jelenítette meg ( lásd az alábbi ábrát ). A hengeren egymással függőlegesen egyenes vonalú elemek hasonló tulajdonságokkal rendelkeztek.
De az Dmitrij Mendelejev, a meleg érzékenységű orosz, aki azt állította, hogy álmainak elemcsoportjait látta, létrehozta az idő próbáját. 1871-es periódusos rendszere nem volt tökéletes; nyolc elemre jósolt, amelyek például nem léteznek. Ugyanakkor helyesen előrejötte a galliumot (ma lézerben használják), germániumot (ma tranzisztorokban használják) és más egyre nehezebb elemeket.
A Mendelejev periódusos rendszere könnyen elfogadta a nemes gázok, például a hélium vadonatúj oszlopát, amely a 19. század végéig nem tudott detektálni, mivel hajlamosak más elemekre nem reagálni.
A modern periódusos rendszer többé-kevésbé összhangban volt a kvantumfizikával, amelyet a 20. században vezettek be, hogy megmagyarázzák az olyan szubatomi részecskék viselkedését, mint a protonok és az elektronok. Ezenkívül a csoportosulások többnyire megtartottak, mivel a nehezebb elemek megerősítésre kerültek. A Bohrium, a 107 elemnek 1981-ben történt felfedezése után kapott elnevezés, annyira jól illeszkedik az azt körülvevő más úgynevezett átmeneti fémekhez. Az egyik kutató, aki felfedezte, hogy „a bohrium unalmas”.
De érdekes idők várhatnak még.
Az egyik nyitott kérdés a lantánra és az aktiniumra vonatkozik, amelyek kevésbé hasonlóak a többi csoportjuk többi tagjával, mint a lutecium és a Lawrencium. Az IUPAC nemrégiben megbízott egy munkacsoportot, hogy vizsgálja meg ezt a kérdést. Még a hélium, a 2. elem sem egyértelmű - létezik a periódusos rendszer alternatív változata, amelyben a hélium berilliummal és magnéziummal helyettesíti nemesgáz-szomszédai helyett, az összes elektron elrendezése alapján, és nem csak a legkülsőek.
"Baj van a periódusos rendszer elején, közepén és végén" - mondja Eric Scerri, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem kémiai osztályának történésze.
Einstein speciális relativitáselmélete, amelyet Mendelejev táblázata után évtizedek óta tettek közzé, néhány rést is bevezetett a rendszerbe. A relativitás azt diktálja, hogy egy részecske tömege növekszik a sebességével. Ez okozhatja az atom pozitív töltésű magját keringő negatív töltésű elektronok furcsa viselkedését, befolyásolva egy elem tulajdonságait.
Vegye figyelembe az aranyat: a mag 79 pozitív protonnal van tele, tehát ahhoz, hogy ne essen befelé, az arany elektronoknak a fénysebesség több mint felének körül kell forogniuk. Ez tömegesé teszi őket, és egy szűkebb, alacsonyabb energiájú pályára húzza őket. Ebben a konfigurációban az elektronok abszorbeálják a kék fényt, ahelyett, hogy visszatükröződnének, és így az esküvői zenekarok megkülönböztető ragyogást kapnának.
A hírhedt bongójátékos fizikus, Richard Feynman állítólag relativitáselméletre hivatkozik, hogy megjósolja a periódusos rendszer végét a 137. elemnél. Feynman számára a 137 „mágikus szám” volt - nyilvánvaló ok nélkül felbukkant a fizikában. Számításai azt mutatták, hogy a 137-nél nagyobb elemekben lévő elektronoknak a fénysebességnél gyorsabban kell mozogniuk, és így megsértik a relativitás szabályait, hogy elkerüljék a magba történő összeomlást.
Az újabb számítások azóta meghaladták ezt a határértéket. Feynman a magot egyetlen pontként kezeli. Hagyja, hogy ez egy részecskegolyó legyen, és az elemek kb. 173-ig folytatódhatnak. Ezután minden pokol eltörik. Az ezen határon túli atomok létezhetnek, de csak furcsa lényekként, amelyek képesek elektronokat kihívni az üres térből.
A relativitás nem az egyetlen probléma. A pozitív töltésű protonok taszítják egymást, így minél többet csomagolsz egy magba, annál kevésbé stabil. Az urán, amelynek atomszáma 92, az utolsó olyan elem, amely elég stabil ahhoz, hogy természetesen előforduljon a Földön. Minden rajta kívüli elemnek van egy atommag, amely gyorsan szétesik, és a felezési idejük - az anyag felének bomlásához szükséges idő - perc, másodperc vagy akár másodperc osztva is lehet.
Nehezebb, instabil elemek létezhetnek másutt az univerzumban, például a sűrű neutroncsillagok belsejében, ám a tudósok itt csak akkor tanulmányozhatják őket, ha összegyűjtik egy könnyebb atomokat, hogy nehezebbek legyenek, majd átszitálják a bomlási láncon.
"Valójában nem tudjuk, mi lehet a legnehezebb elem" - mondja Witold Nazarewicz nukleáris fizikus, a Michigan State University.
Az elmélet azt jósolja, hogy lesz egy olyan pont, ahol a laboratóriumban létrehozott atommagunk nem él elég hosszú ideig ahhoz, hogy megfelelő atomot képezzen. Egy olyan radioaktív atommagnak, amely kevesebb mint tíz milliárd másodperc alatt szétesik, nem lenne ideje összegyűjteni az elektronokat maga körül, és új elemet készíteni.
Ennek ellenére sok tudós úgy vélte, hogy a stabilitási szigetek tovább léteznek az úton, ahol a szuper-nehéz elemeknek viszonylag hosszú élettartamúak vannak. Bizonyos szuper-nehéz atomok feltöltése sok extra neutronnal stabilitást eredményezhet, mivel megakadályozza a protonban gazdag magok deformálódását. Például a 114. elem várhatóan varázslatosan stabil neutronszámmal rendelkezik 184-nél. A 120. és a 126. elem szintén várhatóan tartósabb lehet.
A túlzott stabilitás néhány állítása azonban már szétesett. Az 1960-as évek végén Edward Anders kémikus azt javasolta, hogy a mexikói talajra eső meteorit xenonja egy rejtélyelem összeomlásából származik, amely a 112 és 119 között elég stabil, hogy a természetben előforduljon. Miután évekig szűkítette kutatását, végül visszahúzta hipotézisét az 1980-as években.
A nehéz elemek lehetséges stabilitásának előrejelzése nem könnyű. A számításokat, amelyek óriási számítási teljesítményt igényelnek, sok ismert játékos esetében nem végezték el. És még akkor is, ha vannak, ez a nukleáris fizika nagyon új területe, ahol a bemeneti adatok kis változásai is súlyos hatással lehetnek a várt eredményekre.
Egy dolog biztos: minden új elem megnehezítése egyre nehezebbé válik, nem csak azért, mert a rövidebb életű atomokat nehezebb felismerni, hanem azért is, mert a szuperhangok készítéséhez olyan atomok sugárzásához lehet szükség, amelyek maguk is radioaktívak. Függetlenül attól, hogy véget ér-e a periódusos rendszer, akkor véget érhet az új készítés képességünk.
"Azt hiszem, messze vagyunk a periódusos asztal végétől" - mondja Scerri. "Jelenleg a korlátozó tényező az emberi leleményesség."
A szerkesztő megjegyzés: Witold Nazarewicz kapcsolatát helyesbítették.
Periódusos rendszer ajánlott olvasási listája
A hét elem mese
megveszA periódusos rendszer korai történetének hiteles beszámolója megtalálható Eric Scerri A hét eleme meséjében, amely mélyen belemerül a hét elem felfedezéseivel kapcsolatos vitákba.
Periódusos rendszer
megveszA holokauszt iránt érdeklődő olvasóknak át kell venniük Primo Levi mozgó emlékeztetőjének, a Periódusos táblázat másolatát . Ezenkívül egy vonzó önéletrajzhoz, amely a periódusos táblát használja a világ egyik legkedveltebb ideggyógyászának életének kialakításához, olvassa el Oliver Sacks New York Times "Saját periódusos táblája" című kiadványát .
A eltűnő kanál: És az őrületről, a szerelemről és a világ történetéről szóló egyéb igaz történetek az elemek periódusos táblájából
megveszSam Kean élénk és kaotikus rompertel veszi az olvasóit a The Disappearing Spoon elemeiben .
Az elveszett elemek: a periódusos rendszer árnyékoldala
megveszA tudományos lelkesedés iránt érdeklődő érdeklődőket a bennfentes baseball mögött meghúzódó elemek mögött találhatják meg, amelyek soha nem jutottak bele a periódusos rendszerbe, és megnézhetik Marco Fontani, Mariagrazia Costa és Mary Virginia Orna jól kutatott The Lost Elements című részét.
