De nye elementer - elementerne 113, 115, 117 og 118 - kompletterer periodisk bordets syvende række og gør videnskabsbøger rundt om i verden øjeblikkeligt forældede.
Den afsluttende syvende række i den periodiske tabel. Billedkredit: Wikimedia Commons
Af David Hinde, Australian National University
I et tilfælde, der sandsynligvis aldrig vil blive gentaget, var fire nye superheavy-elementer sidste uge samtidigt tilføjet til den periodiske tabel. At tilføje fire på én gang er en ganske præstation, men løbet om at finde mere er i gang.
Tilbage i 2012 fik International Unions of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) og Pure and Applied Physics (IUPAP) fem uafhængige videnskabsfolk til opgave at vurdere krav, der blev fremsat for opdagelsen af elementerne 113, 115, 117 og 118. Målingerne var foretaget ved Kernefysikacceleratorlaboratorier i Rusland (Dubna) og Japan (RIKEN) mellem 2004 og 2012.
Sidste sidste år, den 30. december 2015, meddelte IUPAC, at krav om opdagelse af alle fire nye elementer var blevet accepteret.
Dette afslutter den syvende række i det periodiske system og betyder, at alle elementer mellem brint (der kun har en proton i sin kerne) og element 118 (med 118 protoner) nu officielt er opdaget.
Efter spændingen over opdagelsen har videnskabsmændene nu navngivningsrettighederne. Det japanske team vil foreslå navnet på element 113. De fælles russiske / amerikanske hold vil komme med forslag til elementerne 115, 117 og 118. Disse navne vil blive vurderet af IUPAC, og når de først er godkendt, bliver de nye navne, som forskere og studerende vil skal huske.
Indtil deres opdagelse og navngivning har alle superheavy elementer (op til 999!) Fået tildelt midlertidige navne af IUPAC. Element 113 er kendt som ununtrium (Uut), 115 er ununpentium (Uup), 117 er ununseptium (Uus) og 118 ununoctium (Uuo). Disse navne bruges faktisk ikke af fysikere, der i stedet henviser til dem som ”element 118” for eksempel.
De superheavy elementer
Elementer, der er tungere end Rutherfordium (element 104), kaldes superheavy. De findes ikke i naturen, fordi de gennemgår radioaktivt henfald til lettere elementer.
Disse superheavy kerner, der er blevet skabt kunstigt, har forfaldslivetid mellem nanosekunder og minutter. Men længerevarende (mere neutronrige) superheavy kerner forventes at være placeret i centrum af den såkaldte ”ø af stabilitet”, et sted, hvor neutronrige kerner med ekstremt lange halveringstider bør eksistere.
I øjeblikket er isotoper af nye elementer, der er blevet opdaget, på "øen" på denne ø, da vi endnu ikke kan nå centrum.
Hvordan blev disse nye elementer skabt på Jorden?
Atomer af superheavy elementer fremstilles ved nuklear fusion. Forestil dig at røre ved to dråber vand - de "klikker sammen" på grund af overfladespænding for at danne en kombineret større dråbe.
Problemet med fusionen af tunge kerner er det store antal protoner i begge kerner. Dette skaber et intenst frastødende elektrisk felt. En tungion-accelerator skal bruges til at overvinde denne frastødelse ved at kollidere de to kerner og lade kerneoverfladerne røre ved hinanden.
Dette er ikke tilstrækkeligt, da de to rørende kugleformede kerner skal ændre deres form for at danne en kompakt, enkelt dråbe nukleart stof - den superheavy kerne.
Det viser sig, at dette kun sker i et par ”heldige” kollisioner, så få som én ud af en million.
Der er endnu en hindring; superheavy kernen er meget sandsynligt, at den henfalder næsten øjeblikkeligt ved fission. Igen overlever så få som hver million for at blive et superheavy atom, identificeret ved dets unikke radioaktive forfald.
Processen med at skabe og identificere superheavy elementer kræver således storskala acceleratorfaciliteter, sofistikerede magnetiske separatorer, effektive detektorer og tid.
At finde de tre atomer i element 113 i Japan tog 10 år, og det var det efter eksperimentelt udstyr var blevet udviklet.
Tilbagebetalingen fra opdagelsen af disse nye elementer kommer til at forbedre modeller af atomkernen (med anvendelser inden for nuklearmedicin og i elementdannelse i universet) og teste vores forståelse af atomære relativistiske effekter (af stigende betydning i de tunge kemiske egenskaber elementer). Det hjælper også med at forbedre vores forståelse af komplekse og irreversible interaktioner mellem kvantesystemer generelt.
Løbet om at lave flere elementer
Løbet er nu ved at producere elementerne 119 og 120. Projektilkernen Calcium-48 (Ca-48) - med succes brugt til at danne de nyligt accepterede elementer - har for få protoner, og der er i øjeblikket ingen målkerner med flere protoner. Spørgsmålet er, hvilken tungere projektilkerne der er bedst at bruge.
For at undersøge dette rejste lederen og teammedlemmerne fra den tyske forskningsgruppe for superheavy elementer, der var baseret i Darmstadt og Mainz, for nylig til det australske nationaluniversitet.
De brugte unikke ANU-eksperimentelle evner, understøttet af den australske regerings NCRIS-program, til at måle fissionskarakteristika for flere nukleare reaktioner, der danner element 120. Resultaterne vil guide fremtidige eksperimenter i Tyskland til at danne de nye superheavy elementer.
Det ser ud til, at det ved at bruge lignende nukleære fusionsreaktioner at gå ud over element 118 vil være vanskeligere end at nå det. Men det var følelsen efter opdagelsen af element 112, der først blev observeret i 1996. Og alligevel gjorde det muligt at opdage yderligere seks elementer ved hjælp af Ca-48-projektiler.
Atomfysikere undersøger allerede forskellige typer nukleare reaktioner for at producere superheavies, og nogle lovende resultater er allerede opnået. Ikke desto mindre ville det kræve et enormt gennembrud for at se fire nye kerner tilføjet til det periodiske system på en gang, som vi lige har set.
David Hinde, direktør, Heavy Ion Accelerator Facility, Australian National University
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.