Učitelji kemije nedavno su morali ažurirati svoj dekor učionice, uz najavu da su znanstvenici potvrdili otkriće četiri nova elementa na periodičnoj tablici. Neimenovani elementi 113, 115, 117 i 118 popunjavali su preostale praznine na dnu čuvene karte - putokaz građevnih blokova koji su uspješno vodili kemičare gotovo stoljeće i pol.
Povezani sadržaj
- Četiri najnovija elementa sada imaju imena
- U periodičnu tablicu dodana su četiri nova elementa
- Ribe sperme mogu biti tajna za recikliranje rijetkih zemaljskih elemenata
Službena potvrda koju je dodijelila Međunarodna unija čiste i primijenjene kemije (IUPAC) bila je godina u izradi, jer su ovi superteški elementi vrlo nestabilni i teški za stvaranje. Ali znanstvenici su imali jake razloge vjerovati da postoje, dijelom i zato što je dosadašnja periodična tablica bila izuzetno dosljedna. Napori u stvaranju elemenata 119 i 120, koji bi započeli novi red, već su u tijeku.
Ali koliko je još elemenata ostalo, ostaje jedno od najotpornijih misterija kemije, pogotovo što je naše suvremeno razumijevanje fizike otkrilo anomalije čak i kod etabliranih igrača.
"Pukotine se počinju pojavljivati u periodičnoj tablici", kaže Walter Loveland, kemičar na Državnom sveučilištu u Oregonu.
Suvremena inkarnacija periodične tablice organizira elemente po redovima na osnovu atomskog broja - broja protona u atomskom jezgru - i stupovima na temelju orbite njihovih najudaljenijih elektrona, koje zauzvrat obično diktiraju njihove osobnosti. Mekani metali koji imaju tendenciju da snažno reagiraju s drugima, poput litija i kalija, žive u jednom stupcu. Nemetalni reaktivni elementi poput fluora i joda naseljavaju drugi.
Francuski geolog Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois bio je prva osoba koja je prepoznala da se elementi mogu grupirati u ponavljajuće obrasce. Prikazao je elemente poznate 1862. godine, poredane po njihovim težinama, u obliku spirale omotane oko cilindra ( vidi donju sliku ). Elementi okomito usklađeni jedan s drugim na ovom cilindru imali su slične karakteristike.
Ali organizacijska shema koju je stvorio Dmitri Mendeleev, vrući Rus, koji je tvrdio da je vidjela grupiranje elemenata u snu, stajala je test vremena. Njegova periodična tablica iz 1871. godine nije bila savršena; na primjer predvidio je osam elemenata koji ne postoje. Međutim, također je ispravno predvidio galij (koji se sada koristi u laserima), germanij (koji se sada koristi u tranzistorima) i druge sve teške elemente.
Mendeleev periodična tablica lako je prihvatila potpuno novi stupac za plemenite plinove, poput helija, koji je izbjegao otkrivanje do kraja 19. stoljeća zbog svoje sklonosti da ne reagiraju s drugim elementima.
Moderna periodična tablica manje-više je bila u skladu s kvantnom fizikom, uvedena u 20. stoljeću kako bi objasnila ponašanje subatomskih čestica poput protona i elektrona. Pored toga, skupine su se uglavnom održavale jer su se potvrdili i teži elementi. Bohrium, ime koje je elementu 107 dodijeljeno nakon njegovog otkrića 1981., tako se skladno uklapa s ostalim takozvanim prijelaznim metalima koji ga okružuju, jedan od istraživača koji ga je otkrio proglašavajući "bohrium dosadnim."
Ali zanimljiva vremena mogu biti pred nama.
Jedno otvoreno pitanje tiče se lantana i aktinijuma, koji imaju manje zajedništva s ostalim članovima njihovih skupina nego lutecij i Lawrencij. IUPAC je nedavno imenovao radnu skupinu koja je istraživala ovo pitanje. Čak ni helij, element 2, nije jednostavan - postoji alternativna verzija periodične tablice koja postavlja helij s berilijem i magnezijem umjesto svojih plemenitih susjeda plina, temeljeno na rasporedu svih njegovih elektrona, a ne samo na najudaljenijim.
"Postoje problemi na početku, u sredini i na kraju periodične tablice", kaže Eric Scerri, povjesničar odsjeka za kemiju na Sveučilištu Kalifornija u Los Angelesu.
Einsteinova posebna teorija relativnosti, objavljena desetljećima nakon Mendeleeve tablice, također je u sustav unijela neke veze. Relativnost nalaže da se masa čestice povećava svojom brzinom. To može uzrokovati da se negativno nabijeni elektroni u orbiti oko pozitivno nabijene jezgre atoma ponašaju neobično, što utječe na svojstva elementa.
Uzmite u obzir zlato: Jezgro je napunjeno sa 79 pozitivnih protona, tako da ne bi pali prema unutra, zlatni elektroni moraju se vrckati okolo većim od pola brzine svjetlosti. To ih čini masivnijima i povlači ih u čvršću orbitu s nižom energijom. U ovoj konfiguraciji, elektroni apsorbiraju plavu svjetlost, umjesto da je reflektiraju, dajući svadbenim bendovima svoj karakterističan sjaj.
Kaže se da je zloglasni fizičar bongo igranja Richard Feynman pozvao na relativnost da predvidi kraj periodične tablice u elementu 137. Feynmanu je 137 bio "magični broj" - iskrsnuo je bez ikakvog očitog razloga drugdje u fizici. Njegovi proračuni pokazali su da će se elektroni u elementima koji prelaze 137 morati kretati brže od brzine svjetlosti, te tako kršiti pravila relativnosti, kako bi se izbjegli upadanje u jezgru.
Novija izračuna su od tada prekoračila tu granicu. Feynman je jezgru tretirao kao jedinstvenu točku. Dopustite da to bude kuglica od čestica, a elementi mogu nastaviti do oko 173. Tada se sav pakao otpuha. Atomi izvan ove granice mogu postojati, ali samo kao neobična bića koja mogu pozivati elektrone iz praznog prostora.
Relativnost nije jedini problem. Pozitivno nabijeni protoni se međusobno odbijaju, pa što više pakirate u jezgru, to je manje stabilno. Uran, s atomskim brojem 92, posljednji je dovoljno stabilan element da se prirodno može dogoditi na Zemlji. Svaki element izvan njega ima jezgru koja se brzo raspada, a njihov poluživot - vrijeme koje je potrebno da propadne polovina materijala - može biti nekoliko minuta, sekundi ili čak podijeljenih sekundi.
Teži, nestabilni elementi mogu postojati drugdje u svemiru, poput unutar gustih neutronskih zvijezda, ali znanstvenici ih ovdje mogu proučavati samo razbijanjem lakših atoma kako bi postali teži i potom prosijavanjem kroz lanac raspada.
„Mi stvarno ne znamo koji je najteži element koji bi mogao postojati“, kaže nuklearni fizičar Witold Nazarewicz sa Sveučilišta Michigan State.
Teorija predviđa da će doći do točke u kojoj naše jezgre načinjene od laboratorija neće živjeti dovoljno dugo da bi tvorile pravilan atom. Radioaktivno jezgro koje se raspada za manje od deset trilijuna u sekundi ne bi imalo vremena skupiti elektrone oko sebe i napraviti novi element.
Ipak, mnogi znanstvenici očekuju da će otoci stabilnosti postojati i dalje niz cestu, gdje superteški elementi imaju relativno dugovječne jezgre. Umetanje određenih super-teških atoma s puno dodatnih neutrona moglo bi pružiti stabilnost sprečavanjem deformiranja jezgara bogatih protonom. Očekuje se, na primjer, da će element 114 imati magično stabilan broj neutrona na 184. Također se predviđa da bi za elemente 120 i 126 mogli biti trajniji.
No neke su se tvrdnje o superteškoj stabilnosti već raspadale. Krajem šezdesetih kemičar Edward Anders predložio je da ksenon u meteoritu koji je pao na meksičko tlo potječe od raspada misterioznog elementa između 112 i 119 koji bi bio dovoljno stabilan da se može dogoditi u prirodi. Nakon što je godinama sužavao potragu, konačno je povukao svoju hipotezu 1980-ih.
Predvidjeti potencijalnu stabilnost teških elemenata nije jednostavno. Proračuni, koji zahtijevaju ogromnu računalnu moć, nisu učinjeni za mnoge poznate igrače. Čak i kad ih ima, ovo je sasvim novo područje za nuklearnu fiziku, gdje čak i male promjene ulaza mogu imati dubok utjecaj na očekivane rezultate.
Jedno je sigurno: Ako se napravi svaki novi element, postaje sve teže, ne samo zato što je teže živjeti atome koji se teže otkrivaju, već i zbog toga što će za stvaranje superpregrijavanja možda trebati zrake atoma koji su i sami radioaktivni. Bez obzira na to je li ili nema kraja periodične tablice, možda postoji kraj našoj sposobnosti stvaranja novih.
"Mislim da smo daleko od kraja periodične tablice", kaže Scerri. "Čini se da je ograničavajući faktor u ovom trenutku ljudska domišljatost."
Napomena urednika: Pripadnost Witolda Nazarewicza ispravljena je.
Popis preporučenih čitanja za periodičnu tablicu
Priča o sedam elemenata
KupitiVerodostojan prikaz rane povijesti periodične tablice može se naći u priči Erica Scerrija „ Priča o sedam elemenata“ koja se duboko zaronila u kontroverze oko otkrića sedam elemenata.
Periodna tablica
KupitiČitatelji koji su zainteresirani za holokaust trebali bi pokupiti primjerak pokretnog memoara Primo Levija, „Periodic Table“. Također, za uvjerljivu autobiografiju koja koristi periodičnu tablicu za uokvirivanje života jednog od najomiljenijih neurologa na svijetu, pogledajte Oliver Sacks u New York Timesu pod naslovom "Moja periodična tablica ".
Nestala žlica: i druge istinite priče o ludilu, ljubavi i povijesti svijeta iz periodične tablice elemenata
KupitiSam Kean vodi svoje čitatelje na živahnu i kaotičnu gužvu kroz elemente u „Disappearing Spoon“.
Izgubljeni elementi: Strana sjene periodične tablice
KupitiLjubitelji znanosti zainteresirani za insajderski bejzbol koji stoji iza elemenata koji nikada nisu ušli u periodičnu tablicu mogu provjeriti dobro istražene Izgubljene elemente Marca Fontanija, Mariagrazia Costa i Mary Virginia Orna.
