Kemianopettajien piti äskettäin päivittää luokkahuoneen sisustus ilmoittamalla, että tutkijat ovat vahvistaneet neljän uuden elementin löytämisen jaksotaulukossa. Toistaiseksi nimeämättömät elementit 113, 115, 117 ja 118 täyttivät jäljellä olevat aukot kuuluisan kaavion alareunassa - aineen rakennuspalikoiden etenemissuunnitelman, joka on ohjannut kemistejä menestyksekkäästi lähes puolitoista vuosisataa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Neljä uusinta elementtiä on nyt nimet
- Jaksotauluun lisätään neljä uutta elementtiä
- Kalan siittiö voi olla salainen harvinaisten maametallien uusiokäytössä
Kansainvälisen puhtaan ja sovelletun kemian liiton (IUPAC) myöntämä virallinen vahvistus oli vuoden valmistus, koska nämä superheavy-elementit ovat erittäin epävakaita ja vaikeita luoda. Mutta tutkijoilla oli vahva syy uskoa olemassaolonsa, osittain siksi, että jaksollinen taulukko on toistaiseksi ollut huomattavan johdonmukainen. Pyrkimykset elementtien 119 ja 120 loistamiseen, jotka aloittaisivat uuden rivin, ovat jo käynnissä.
Mutta tarkalleen kuinka monta muuta elementtiä on jäljellä, on edelleen yksi kemian pysyvimmistä mysteereistä, varsinkin kun nykyaikainen fysiikkakäsityksemme on paljastanut poikkeavuuksia jopa vakiintuneilla pelaajilla.
"Halkeamia on alkanut näkyä jaksotaulukossa", kertoo Oregonin osavaltion yliopiston kemisti Walter Loveland.
Jaksotaulukon moderni inkarnaatio järjestää elementit rivien mukaan atominumeron perusteella - atomin ytimen protonien lukumäärän perusteella ja sarakkeiden perusteella, jotka perustuvat niiden uloimpien elektronien kiertoradalle, mikä puolestaan yleensä sanoo heidän persoonallisuutensa. Pehmeät metallit, joilla on taipumus reagoida voimakkaasti muiden kanssa, kuten litium ja kalium, elävät yhdessä sarakkeessa. Ei-metalliset reaktiiviset elementit, kuten fluori ja jodi, asuvat toisessa.
Ranskalainen geologi Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois oli ensimmäinen henkilö, joka tunnusti, että elementit voitiin ryhmitellä toistuviin kuvioihin. Hän esitti vuonna 1862 tunnetut elementit painojensa mukaan tilattua spiraalina sylinterin ympärille ( katso alla oleva kuva ). Tässä sylinterissä pystysuoraan linjassa toistensa kanssa olivat samanlaiset ominaisuudet.
Kuitenkin juuri kuumailmaisen venäläisen Dmitri Mendelejevin luoma organisaatiojärjestelmä, joka väitti nähneensä elementtiryhmittymät unessa, vastasi ajan koetta. Hänen vuoden 1871 jaksotaulukko ei ollut täydellinen; se ennusti kahdeksan elementtiä, joita ei ole olemassa. Se ennusti kuitenkin myös oikein galliumia (jota käytetään nykyään lasereissa), germaniumia (jota käytetään nykyään transistoreissa) ja muita yhä raskasia elementtejä.
Mendelejevin jaksollinen taulukko hyväksyi helposti aivan uuden kolonnin jalokaasuille, kuten heliumille, joiden havaitseminen oli kielletty 1800-luvun loppuun saakka, koska ne olivat taipuvaisia reagoimaan muiden elementtien kanssa.
Moderni jaksotaulukko on ollut enemmän tai vähemmän yhdenmukainen kvantfysiikan kanssa, joka otettiin käyttöön 1900-luvulla selittämään alaatomisten hiukkasten, kuten protonien ja elektronien, käyttäytymistä. Lisäksi ryhmittymät ovat pääosin pitäneet, koska raskaammat elementit on vahvistettu. Bohrium, nimi, joka elementille 107 annettiin löytönsä jälkeen vuonna 1981, sopii niin kauniisti muiden sitä ympäröivien ns. Siirtymämetallien kanssa. Yksi tutkijoista, jotka löysivät sen, julisti bohriumin olevan tylsää.
Mutta mielenkiintoisia aikoja voi olla edessä.
Yksi avoin kysymys koskee lantaania ja aktiniumia, joilla on vähemmän yhteistä ryhmänsä muiden jäsenten kanssa kuin lutetiumilla ja lawrenciumilla. IUPAC nimitti äskettäin työryhmän tutkimaan tätä asiaa. Jopa helium, elementti 2, ei ole suoraviivainen - on olemassa jaksotaulukon vaihtoehtoinen versio, joka asettaa heliumin berylliumin ja magnesiumin kanssa jalokaasunaapureidensa sijasta, perustuen kaikkien sen elektronien järjestelyihin, ei vain syrjäisimpien.
"Jaksollisen taulukon alussa, keskellä ja lopussa on vaikeuksia", sanoo Eric Scerri, historioitsija kemian laitoksella Kalifornian yliopistossa, Los Angeles.
Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria, joka julkaistiin vuosikymmeniä Mendelejevin taulukon jälkeen, esitteli järjestelmässä myös joitain siruja. Suhteellisuus määrää, että hiukkasen massa kasvaa nopeudellaan. Tämä voi aiheuttaa atomin positiivisesti varautuneesta ytimestä kiertävien negatiivisesti varautuneiden elektronien käyttäytymisen omituisella tavalla, mikä vaikuttaa elementin ominaisuuksiin.
Harkitse kultaa: Ytimessä on 79 positiivista protonia, joten kullan elektronien on kiertävä yli puolet valon nopeudesta, jotta ne eivät putoa sisäänpäin. Se tekee niistä massiivisempia ja vetää ne tiukempaan, vähemmän energiaa kulkevalle kiertoradalle. Tässä kokoonpanossa elektronit absorboivat sinistä valoa sen sijaan, että heijastavat sitä, antaen hääbändeille niiden erottuvan kiiltoa.
Kuuluisan bongo-pelaavan fyysikon Richard Feynmanin sanotaan vedonneen suhteellisuuteen ennustaakseen jaksollisen taulun loppua elementissä 137. Feynmanille 137 oli ”taikuusluku” - se oli ilmestynyt ilman ilmeisiä syitä muualla fysiikassa. Hänen laskelmansa osoitti, että yli 137: n elementtien elektronien pitäisi liikkua valon nopeutta nopeammin ja siten rikkoa suhteellisuussääntöjä, jotta vältettäisiin törmäys ytimeen.
Tuoreemmat laskelmat ovat sittemmin ohittaneet tämän rajan. Feynman käsitteli ydintä yhtenä pisteenä. Anna sen olla hiukkasten pallo, ja elementit voivat jatkaa liikkumistaan noin vuoteen 173 asti. Sitten kaikki helvetti irtoaa. Tämän rajan ylittäviä atomeja voi olla, mutta vain omituisina olentoina, jotka kykenevät kutsumaan elektronia tyhjästä tilasta.
Suhteellisuus ei ole ainoa ongelma. Positiivisesti varautuneet protonit hylkivät toisiaan, joten mitä enemmän pakkaat ytimeen, sitä vähemmän vakaa se yleensä on. Uraani, jonka atomiluku on 92, on viimeinen elementti, joka on riittävän vakaa esiintyäkseen luonnossa maan päällä. Jokaisella sen ulkopuolella olevalla elementillä on ydin, joka hajoaa nopeasti, ja niiden puoliintumisajat - aika, jonka puoli materiaalista rapistuu - voivat olla minuutteja, sekunteja tai jopa sekunnin jakoja.
Raskaampia, epävakaita elementtejä voi esiintyä muualla maailmankaikkeudessa, kuten tiheiden neutronitähtien sisällä, mutta tutkijat voivat tutkia niitä täällä vain puristamalla kevyemmät atomit raskaammiksi ja seulomaan sitten rappeutumisketjun läpi.
"Emme todellakaan tiedä, mikä on raskain elementti, joka voi olla", sanoo ydinfyysikko Witold Nazarewicz Michiganin osavaltion yliopistosta.
Teoria ennustaa, että on kohta, jossa laboratoriossa valmistetut ytimemme eivät elää tarpeeksi kauan oikean atomin muodostamiseksi. Radioaktiivisella ytimellä, joka hajoaa alle kymmenessä biljoonaosassa sekunnissa, ei olisi aikaa kerätä elektroneja itsensä ympärille ja tehdä uusi elementti.
Silti monet tutkijat odottavat vakauden saarten olemassa olevan tien varrella, missä superheavy-elementteillä on suhteellisen pitkäikäiset ytimet. Tiettyjen superheavy-atomien lataaminen paljon ylimääräisiä neutroneja voisi antaa stabiilisuuden estämällä protonirikkaita ytimiä muodonmuutoksista. Esimerkiksi elementillä 114 odotetaan olevan maagisesti stabiili lukumäärä neutroneja 184: ssä. Elementeillä 120 ja 126 on myös ennustettu olevan potentiaalia olla kestävämpiä.
Mutta jotkut väitteet erittäin voimakkaasta vakaudesta ovat jo hajonneet. 1960-luvun lopulla kemisti Edward Anders ehdotti, että Meksikon maaperään pudonneen meteoriitin ksenoni oli peräisin 112 - 119 mysteerielementin hajoamisesta, joka olisi riittävän vakaa esiintymään luonnossa. Vietettyään vuotta kaventamalla etsintää, hän lopulta vetäytyi hypoteesistään 1980-luvulla.
Raskaiden elementtien mahdollisen stabiilisuuden ennustaminen ei ole helppoa. Laskelmia, jotka vaativat valtavaa laskentatehoa, ei ole tehty monille tunnetuille pelaajille. Ja vaikka heillä olisi, tämä on aivan uusi alue ydinfysiikan kannalta, jossa pienilläkin muutoksilla syöttöaineissa voi olla syvällinen vaikutus odotettuihin tuloksiin.
Yksi asia on varma: jokaisen uuden elementin tekeminen tulee entistä vaikeammaksi, ei vain siksi, että lyhyempiä atomeja on vaikeampi havaita, vaan myös siitä, että superrajojen tekeminen voi edellyttää atomien säteitä, jotka ovat itse radioaktiivisia. Kausitaulukko lopetetaan vai ei, kykymme luoda uusia voidaan loppua.
"Mielestäni olemme kaukana jaksollisen taulukon lopusta", Scerri sanoo. "Rajoittava tekijä näyttää tällä hetkellä olevan ihmisen kekseliäisyyttä."
Toimittajan huomautus: Witold Nazarewiczin kuuluminen on korjattu.
Jaksollisen taulukon suositeltu lukuluettelo
Tarina seitsemästä elementistä
OstaaMäärällinen lasku jaksotaulun varhaisesta historiasta löytyy Eric Scerrin teoksesta A Tale of Seven Elements, joka syvällisesti sukeltaa kiistoihin, jotka liittyvät seitsemän elementin löytöihin.
Jaksollinen taulukko
OstaaLukijoiden, jotka ovat kiinnostuneita holokaustista, tulee noutaa kopio Primo Levin liikkuvasta muistiosta The periodic Table. Katso myös Oliver Sacksin New York Timesin New York Times -lehden "My Periodic Table " -oppi, jos haluat houkuttelevan omaelämäkerran, joka käyttää jaksollista kuvaa yhden maailman rakastetuimman neurologin elämästä .
Katoava lusikka: ja muut tosi tarinat hulluudesta, rakkaudesta ja maailman historiasta alkuaineiden jaksollisesta taulukosta
OstaaSam Kean vie lukijansa vilkkaaseen ja kaoottiseen romppuun The Disappearing Spoon -elementtien läpi .
Kadonneet elementit: jaksollisen pöydän varjopuoli
OstaaTiedeharrastajat, jotka ovat kiinnostuneita sisäpiiripallosta sellaisten elementtien takana, jotka eivät ole koskaan päässeet jaksotauluun, voivat tarkistaa Marco Fontanin, Mariagrazia Costa ja Mary Virginia Ornan hyvin tutkitut kadonneet elementit .
