https://frosthead.com

Кога ще достигнем края на периодичната таблица?

Наскоро учителите по химия трябваше да актуализират декора на класната си стая, като съобщението, че учените потвърдиха откриването на четири нови елемента на периодичната таблица. Досега неназованите елементи 113, 115, 117 и 118 запълниха останалите празнини в долната част на известната диаграма - пътна карта от градивни вещества, която успешно ръководи химиците от близо век и половина.

Свързано съдържание

  • Четирите най-нови елемента сега имат имена
  • Четири нови елемента са добавени към периодичната таблица
  • Рибните сперматозоиди могат да бъдат тайната за рециклирането на редките земни елементи

Официалното потвърждение, дадено от Международния съюз за чиста и приложна химия (IUPAC), беше в процес на създаване, тъй като тези свръхтежки елементи са много нестабилни и трудни за създаване. Но учените имаха сериозни основания да смятат, че съществуват, отчасти защото периодичната таблица е забележително последователна досега. Усилията за създаване на елементи 119 и 120, които биха започнали нов ред, вече са в ход.

Но точно колко още елементи има, остава една от най-трайните загадки на химията, особено след като съвременното ни разбиране на физиката разкри аномалии дори в утвърдените играчи.

„Пукнатините започват да се показват в периодичната таблица“, казва Уолтър Лоуланд, химик в Орегонския държавен университет.

Съвременното въплъщение на периодичната таблица организира елементи по редове въз основа на атомно число - броя на протоните в ядрото на атома и по колони въз основа на орбитите на най-външните им електрони, които от своя страна обикновено диктуват техните личности. Меките метали, които са склонни да реагират силно с други, като литий и калий, живеят в една колона. Неметалните реактивни елементи, като флуор и йод, обитават друг.

Френският геолог Александър-Емиле Бегуер дьо Шанкуруа беше първият човек, който призна, че елементите могат да бъдат групирани в повтарящи се модели. Той показа елементите, известни през 1862 г., подредени по тежестта им, като спирала, увита около цилиндър ( виж илюстрацията по-долу ). Елементите, вертикално разположени един в друг на този цилиндър, имат сходни характеристики.

Но организационната схема, създадена от Дмитрий Менделеев, горещ руснак, който твърди, че е виждал групировки от елементи насън, издържал теста на времето. Периодичната му таблица от 1871 г. не беше перфектна; например прогнозира осем елемента, които не съществуват. Въпреки това, той също правилно предсказва галий (сега се използва в лазери), германий (сега се използва в транзистори) и други все по-тежки елементи.

Периодичната таблица на Менделеев лесно приемаше съвсем нова колона за благородните газове, като хелий, който бе избегнал откриването си до края на 19 век поради склонността си да не реагират с други елементи.

Съвременната периодична таблица е повече или по-малко съгласувана с квантовата физика, въведена през 20 век, за да обясни поведението на субатомни частици като протони и електрони. В допълнение, групировките се провеждат предимно, тъй като са потвърдени по-тежки елементи. Бохриум, името, дадено на елемент 107 след откриването му през 1981 г., се вписва толкова добре с другите така наречени преходни метали, които го заобикалят, един от изследователите, които го откриха, обяви за „бохриумът е скучен“.

Но интересни времена може да предстоят.

Един отворен въпрос засяга лантана и актиния, които имат по-малко общо с останалите членове на съответните им групи, отколкото лутеций и лоренциум. Наскоро IUPAC назначи работна група, която да разгледа този проблем. Дори хелий, елемент 2, не е лесен - съществува алтернативна версия на периодичната таблица, която поставя хелия с берилий и магнезий вместо своите съседни благородни газове, въз основа на устройствата на всичките му електрони, а не само на най-външните.

„Има проблеми в началото, средата и края на периодичната таблица“, казва Ерик Скери, историк в катедрата по химия в Калифорнийския университет, Лос Анджелис.

Специалната теория на относителността на Айнщайн, публикувана десетилетия след таблицата на Менделеев, също въвежда някои цикли в системата. Относителността диктува, че масата на една частица нараства с нейната скорост. Това може да накара отрицателно заредените електрони, обикалящи около орбитата на положително заредената сърцевина на атома, да се държат странно, като се отразят върху свойствата на елемент.

Помислете за златото: Ядрото е натъпкано със 79 положителни протона, така че, за да не попаднат навътре, златните електрони трябва да свирят наоколо с повече от половината от скоростта на светлината. Това ги прави по-масивни и ги дърпа в по-строга орбита с по-ниска енергия. В тази конфигурация електроните поглъщат синя светлина, вместо да я отразяват, придавайки на сватбените ленти своя отличителен блясък.

Твърди се, че прословутият бонгоизикащ физик Ричард Фейнман се е позовал на относителност, за да предскаже края на периодичната таблица в елемент 137. За Фейнман, 137 е „магическо число“ - той е изскочил без очевидна причина другаде във физиката. Изчисленията му показват, че електроните в елементи отвъд 137 ще трябва да се движат по-бързо от скоростта на светлината и по този начин да нарушават правилата на относителността, за да избегнат срив в ядрото.

smithsonian - информация за периодична таблица FINAL.jpg

По-скорошни изчисления отмениха тази граница. Фейнман третира ядрото като единна точка. Оставете го да бъде топка от частици и елементите могат да продължат до около 173. Тогава целият ад се разпада. Атомите извън тази граница могат да съществуват, но само като странни същества, способни да извикват електрони от празното пространство.

Относителността не е единственият проблем. Положително заредените протони се отблъскват един друг, така че колкото повече се опаковате в ядро, толкова по-малко стабилно е тенденцията. Уран с атомно число 92 е последният достатъчно стабилен елемент, за да се среща естествено на Земята. Всеки елемент отвъд него има ядро, което се разпада бързо, а полуразпадът им - времето, необходимо за разпадане на половината от материала - може да бъде минути, секунди или дори частични секунди.

По-тежки, нестабилни елементи могат да съществуват другаде във Вселената, като вътре в плътни неутронни звезди, но учените могат да ги изучават тук само като разбият заедно по-леки атоми, за да направят по-тежки и след това пресяват през разпадащата се верига.

„Ние наистина не знаем кой е най-тежкият елемент, който може да съществува“, казва ядреният физик Витолд Назаревич от Мичиганския държавен университет.

Теорията прогнозира, че ще има момент, в който нашите ядра, направени от лабораторията, няма да живеят достатъчно дълго, за да образуват правилен атом. Радиоактивно ядро, което се разпада за по-малко от десет трилионни секунди, няма да има време да събере електрони около себе си и да направи нов елемент.

Все пак много учени очакват острови на стабилност да съществуват по-надолу по пътя, където свръхтежките елементи имат сравнително дълголетни ядра. Зареждането на определени свръхтежки атоми с много допълнителни неутрони може да даде стабилност, като попречи на богатите на протони ядра да се деформират. Очаква се например елемент 114 да има магически стабилен брой неутрони при 184. Предполага се също, че елементи 120 и 126 имат потенциал да бъдат по-трайни.

Но някои твърдения за свръхтежка стабилност вече се разпаднаха. В края на 60-те химикът Едуард Андерс предполага, че ксенонът в метеорит, паднал върху мексиканска почва, идва от разпадането на мистериозен елемент между 112 и 119, който би бил достатъчно стабилен, за да се появи в природата. След като прекара години стеснява търсенето си, той в крайна сметка оттегли хипотезата си през 80-те години.

Предсказването на потенциалната стабилност на тежките елементи не е лесно. Изчисленията, които изискват огромна изчислителна мощност, не са правени за много от известните играчи. И дори когато те имат, това е съвсем нова територия за ядрената физика, където дори и малки промени във входа могат да окажат дълбоко въздействие върху очакваните резултати.

Едно е сигурно: Направянето на всеки нов елемент ще стане по-трудно не само защото по-трудно живеещите атоми се откриват, но и защото създаването на свръхвилази може да изисква лъчи от атоми, които сами по себе си са радиоактивни. Независимо дали има или не край на периодичната таблица, може да има край на способността ни за създаване на нови.

"Мисля, че сме далеч от края на периодичната таблица", казва Шери. „Ограничаващият фактор в момента изглежда е човешката изобретателност.“

Забележка на редактора: Принадлежността на Витолд Назаревич е коригирана.

Периодична таблица Препоръчителен списък за четене

Preview thumbnail for video 'A Tale of Seven Elements

Приказка за седем елемента

Купува

Авторитетен разказ за ранната история на периодичната таблица може да бъде намерен в „ Приказка за седемте елемента“ на Ерик Скери, която се задълбочава в полемиките около откритията на седем елемента.

Preview thumbnail for video 'The Periodic Table

Периодичната таблица

Купува

Читателите, които се интересуват от Холокоста, трябва да вземат копие от мемоара на Примо Леви, „Периодичната таблица“. Освен това, за завладяваща автобиография, която използва периодичната таблица за рамкиране на живота на един от най-обичаните невролози в света, вижте " New York Times " на Оливър Сакс, наречен "Моята периодична таблица ".

Preview thumbnail for video 'The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the World from the Periodic Table of the Elements

Изчезващата лъжица: И други истински приказки за лудостта, любовта и историята на света от периодичната таблица на елементите

Купува

Сам Кийн извежда своите читатели на оживен и хаотичен роман през елементите в „Изчезващата лъжица“.

Preview thumbnail for video 'The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side

Загубените елементи: Страната на сянката на Периодичната таблица

Купува

Ентусиастите на науката, интересуващи се от вътрешния бейзбол зад елементи, които никога не са влизали в периодичната таблица, могат да проверят добре проучените „Изгубените елементи“ от Марко Фонтани, Мариагразия Коста и Мери Вирджиния Орна.

Кога ще достигнем края на периодичната таблица?