Các yếu tố mới - các yếu tố 113, 115, 117 và 118 - hoàn thành bảng tuần hoàn hàng thứ bảy và làm cho các cuốn sách khoa học trên toàn thế giới ngay lập tức bị lỗi thời.
Hàng thứ bảy hoàn thành trong bảng tuần hoàn. Tín dụng hình ảnh: Wikimedia Commons
David Hinde Đại học quốc gia Úc
Trong một sự kiện có khả năng không bao giờ lặp lại, bốn yếu tố siêu nặng mới đã diễn ra vào tuần trước đồng thời thêm vào bảng tuần hoàn. Thêm bốn trong một lần là một thành tích khá lớn nhưng cuộc đua tìm kiếm nhiều hơn đang diễn ra.
Trở lại năm 2012, Liên hiệp quốc tế về Hóa học thuần túy và ứng dụng (IUPAC) và Vật lý thuần túy và ứng dụng (IUPAP) đã giao nhiệm vụ cho năm nhà khoa học độc lập để đánh giá các tuyên bố về việc phát hiện ra các nguyên tố 113, 115, 117 và 118. Các phép đo đã được thực hiện tại Các phòng thí nghiệm máy gia tốc vật lý hạt nhân ở Nga (Dubna) và Nhật Bản (RIKEN) từ năm 2004 đến 2012.
Cuối năm ngoái, vào ngày 30 tháng 12 năm 2015, IUPAC đã thông báo rằng yêu cầu phát hiện ra tất cả là bốn yếu tố mới đã được chấp nhận.
Điều này hoàn thành hàng thứ bảy của bảng tuần hoàn, và có nghĩa là tất cả các nguyên tố giữa hydro (chỉ có một proton trong hạt nhân của nó) và nguyên tố 118 (có 118 proton) hiện đã được phát hiện chính thức.
Sau sự phấn khích của khám phá, các nhà khoa học hiện có quyền đặt tên. Nhóm Nhật Bản sẽ đề xuất tên cho nguyên tố 113. Các nhóm chung Nga / Mỹ sẽ đưa ra đề xuất cho các yếu tố 115, 117 và 118. Những tên này sẽ được IUPAC đánh giá và sau khi được phê duyệt, sẽ trở thành tên mới mà các nhà khoa học và sinh viên sẽ phải nhớ
Cho đến khi họ khám phá và đặt tên, tất cả các yếu tố siêu nặng (lên tới 999!) Đã được IUPAC gán tên tạm thời. Nguyên tố 113 được gọi là không cân bằng (Uut), 115 là ununpentium (Uup), 117 là ununseptium (Uus) và 118 ununoctium (Uuo). Những cái tên này không thực sự được sử dụng bởi các nhà vật lý, thay vào đó họ gọi chúng là phần tử 118, ví dụ.
Các yếu tố siêu nặng
Các yếu tố nặng hơn Rutherfordium (yếu tố 104) được gọi là siêu nặng. Chúng không được tìm thấy trong tự nhiên, vì chúng trải qua quá trình phân rã phóng xạ thành các nguyên tố nhẹ hơn.
Những hạt nhân siêu nặng được tạo ra một cách nhân tạo có tuổi thọ phân rã giữa nano giây và phút. Nhưng các hạt nhân siêu nặng tồn tại lâu hơn (giàu neutron hơn) dự kiến sẽ được đặt ở trung tâm của cái gọi là đảo ổn định của Hồi, một nơi có hạt nhân giàu neutron với chu kỳ bán rã cực kỳ dài.
Hiện tại, các đồng vị của các nguyên tố mới đã được phát hiện đang ở trên bờ bờ sông của đảo này, vì chúng ta chưa thể đến trung tâm.
Làm thế nào những yếu tố mới này được tạo ra trên Trái đất?
Nguyên tử của các nguyên tố siêu nặng được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân. Hãy tưởng tượng bạn chạm vào hai giọt nước - chúng sẽ đập vào nhau vì sức căng bề mặt để tạo thành một giọt lớn hơn kết hợp.
Vấn đề trong phản ứng tổng hợp hạt nhân nặng là số lượng lớn proton trong cả hai hạt nhân. Điều này tạo ra một điện trường cực mạnh. Một máy gia tốc ion nặng phải được sử dụng để vượt qua lực đẩy này, bằng cách va chạm hai hạt nhân và cho phép các bề mặt hạt nhân chạm vào nhau.
Điều này là không đủ, vì hai hạt nhân hình cầu chạm phải thay đổi hình dạng của chúng để tạo thành một giọt nhỏ gọn của vật chất hạt nhân - hạt nhân siêu nặng.
Nó chỉ ra rằng điều này chỉ xảy ra trong một vài vụ va chạm may mắn, một phần triệu.
Vẫn còn một trở ngại nữa; hạt nhân siêu nặng rất có khả năng phân rã gần như ngay lập tức bởi sự phân hạch. Một lần nữa, chỉ một trong một triệu người sống sót trở thành một nguyên tử siêu nặng, được xác định bởi sự phân rã phóng xạ độc đáo của nó.
Do đó, quá trình tạo và nhận dạng phần tử siêu nặng đòi hỏi phải có các thiết bị gia tốc quy mô lớn, máy tách từ tinh vi, máy dò hiệu quả và thời gian.
Việc tìm ra ba nguyên tử nguyên tố 113 ở Nhật Bản mất 10 năm và đó là sau các thiết bị thí nghiệm đã được phát triển.
Sự hoàn vốn từ việc phát hiện ra các nguyên tố mới này giúp cải thiện các mô hình hạt nhân nguyên tử (với các ứng dụng trong y học hạt nhân và hình thành nguyên tố trong vũ trụ) và kiểm tra sự hiểu biết của chúng ta về các tác động tương đối nguyên tử (tăng tầm quan trọng trong tính chất hóa học của vật nặng các yếu tố). Nó cũng giúp cải thiện sự hiểu biết của chúng ta về các tương tác phức tạp và không thể đảo ngược của các hệ lượng tử nói chung.
Cuộc đua tạo ra nhiều yếu tố
Cuộc đua hiện đang tạo ra các nguyên tố 119 và 120. Hạt nhân phóng xạ Canxi-48 (Ca-48) - được sử dụng thành công để tạo thành các nguyên tố mới được chấp nhận - hiện có quá ít proton và hiện không có hạt nhân mục tiêu nào có nhiều proton hơn. Câu hỏi là, hạt nhân đạn nặng hơn là tốt nhất để sử dụng.
Để điều tra điều này, nhà lãnh đạo và các thành viên trong nhóm nghiên cứu nguyên tố siêu nặng của Đức, có trụ sở tại Darmstadt và Mainz, gần đây đã đi đến Đại học Quốc gia Úc.
Họ đã sử dụng các khả năng thử nghiệm ANU độc đáo, được hỗ trợ bởi chương trình NCRIS của Chính phủ Úc, để đo lường các đặc điểm phân hạch cho một số phản ứng hạt nhân hình thành nguyên tố 120. Kết quả sẽ hướng dẫn các thí nghiệm trong tương lai ở Đức hình thành các nguyên tố siêu nặng mới.
Dường như chắc chắn rằng bằng cách sử dụng các phản ứng tổng hợp hạt nhân tương tự, tiến hành vượt ra ngoài nguyên tố 118 sẽ khó khăn hơn so với việc tiếp cận nó. Nhưng đó là cảm giác sau khi phát hiện ra nguyên tố 112, lần đầu tiên được quan sát vào năm 1996. Tuy nhiên, một cách tiếp cận mới sử dụng đạn Ca-48 cho phép phát hiện thêm sáu yếu tố khác.
Các nhà vật lý hạt nhân đang nghiên cứu các loại phản ứng hạt nhân khác nhau để tạo ra siêu bão, và một số kết quả đầy hứa hẹn đã đạt được. Tuy nhiên, nó sẽ cần một bước đột phá lớn để thấy bốn hạt nhân mới được thêm vào bảng tuần hoàn cùng một lúc, như chúng ta vừa thấy.
David Hinde, Giám đốc, Cơ sở máy gia tốc ion nặng, Đại học quốc gia Úc
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.