_ Salutări de pe insulă de stabilitate sporită: căutarea limitei tabelului periodic

De la începutul secolului, șase noi elemente chimice au fost descoperite și ulterior adăugate la tabelul periodic al elementelor, însăși icoana chimiei. Aceste noi elemente au numere atomice mari de până la 118 și sunt semnificativ mai grele decât uraniul, elementul cu cel mai mare număr atomic (92) găsit în cantități mai mari pe Pământ.

Acest lucru ridică următoarele întrebări: Câte mai multe dintre aceste specii supergrele așteaptă să fie descoperite? Unde – dacă este deloc – este o limită fundamentală în crearea acestor elemente? Și care sunt caracteristicile așa-numitei insule a stabilității îmbunătățite?

Într-o recenzie recentă, experții în chimia teoretică și experimentală și fizica celor mai grele elemente și a nucleelor ​​acestora rezumă provocările majore și oferă o nouă abordare. vedere asupra noilor elemente supergrele și asupra limitei tabelului periodic.

Unul dintre ei este profesorul Christoph Düllmann de la GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung din Darmstadt, Universitatea Johannes Gutenberg Mainz și Institutul Helmholtz Mainz (HIM). În numărul său din februarie, Nature Review Physics prezintă subiectul ca poveste de acoperire.

Deja în prima jumătate a secolului trecut, cercetătorii și-au dat seama că masa nucleelor ​​atomice este mai mică decât masa totală a protonului lor. și constituenți neutroni. Această diferență de masă este responsabilă pentru energia de legare a nucleelor. Anumite numere de neutroni și protoni duc la o legare mai puternică și sunt denumite „magie”.

De fapt, oamenii de știință au observat de la început că protonii și neutronii se mișcă în învelișuri individuale care sunt similare cu învelișurile electronice, cu nuclee. plumbul metalic fiind cel mai greu, cu învelișuri complet umplute conținând 82 de protoni și 126 de neutroni — un nucleu dublu magic.

Predicțiile teoretice timpurii sugerau că stabilitatea suplimentară de la următoarele numere „magice”, departe de nucleele cunoscute în acel moment, ar putea duce la vieți comparabile cu vârsta Pământului. Acest lucru a condus la noțiunea unei așa-numite insule de stabilitate a nucleelor ​​supergrele separate de uraniu și vecinii săi printr-o mare de instabilitate.

Există numeroase reprezentări grafice ale insulei de stabilitate, înfățișând-o ca o insulă îndepărtată. Au trecut multe decenii de când a apărut această imagine, așa că este timpul să aruncăm o privire nouă asupra stabilității nucleelor ​​supergrele și să vedem unde ne-ar putea duce călătoria către limitele de masă și încărcare.

În recentele lor. lucrare intitulată „Căutarea elementelor supergrele și limita tabelului periodic”, autorii descriu starea actuală a cunoștințelor și cele mai importante provocări în domeniul acestor supergrele. Ele prezintă, de asemenea, considerații cheie pentru dezvoltarea viitoare.

Elementele până la oganesson (elementul 118) au fost produse în experimente, denumite și incluse în tabelul periodic al elementelor din instalațiile de accelerație din întreaga lume, cum ar fi la GSI în Darmstadt și pe viitor la FAIR, centrul internațional de accelerare fiind construit la GSI. Aceste noi elemente sunt extrem de instabile, cele mai grele dezintegrandu-se în cel mult câteva secunde.

O analiză mai detaliată dezvăluie că durata lor de viață crește către numărul de neutroni magici 184. În cazul coperniciului (elementul 112), de exemplu, care a fost descoperit la GSI, durata de viață crește de la mai puțin de o miime de secundă la 30 de secunde. Cu toate acestea, numărul de neutroni 184 este încă departe de a fi atins, așa că cele 30 de secunde sunt doar un pas pe parcurs.

Deoarece descrierea teoretică este încă predispusă la incertitudini mari, nu există un consens asupra unde vor avea loc cele mai lungi vieți și cât vor fi acestea. Cu toate acestea, există un acord general că nu mai sunt de așteptat nuclee supergrele cu adevărat stabile.

Acest lucru duce la o revizuire a peisajului supergreu în două moduri importante. Pe de o parte, am ajuns într-adevăr la țărmurile regiunii de stabilitate sporită și am confirmat astfel experimental conceptul de insulă de stabilitate îmbunătățită. Pe de altă parte, nu știm încă cât de mare este această regiune - pentru a rămâne cu imaginea. Cât de lungă vor fi duratele maxime de viață, înălțimea munților de pe insulă reprezentând de obicei stabilitatea și unde vor avea loc cele mai lungi durate de viață?

Lucrul Nature Reviews Physics discută diferite aspecte ale nucleare și electronice relevante. teoria structurii, inclusiv sinteza și detectarea nucleelor ​​și atomilor supergrei în laborator sau în evenimente astrofizice, structura și stabilitatea acestora și localizarea elementelor supergrele actuale și anticipate în tabelul periodic.

Detaliat. investigarea elementelor supergrele rămâne un pilon important al programului de cercetare la GSI Darmstadt, susținut de infrastructura și expertiza de la HIM și Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz, formând un cadru unic pentru astfel de studii.

În ultimul deceniu, s-au obținut mai multe rezultate inovatoare, inclusiv studii detaliate ale producției lor, care au condus la confirmarea elementului 117 și la descoperirea izotopului lawrencium-266, cu viață relativ lungă, a structurii lor nucleare printr-o varietate de tehnici experimentale, a structurii învelișurile lor atomice, precum și proprietățile lor chimice, unde fleroviul (elementul 114) reprezintă cel mai greu element pentru care există date chimice.

Calculele privind producția în cosmos, în special în timpul contopirii a două stele neutronice, ca observate experimental pentru prima dată în 2017, completează portofoliul de cercetare. Pe viitor, investigarea elementelor supergrele ar putea fi și mai eficientă datorită noului accelerator liniar HELIAC, pentru care primul modul a fost asamblat recent la HIM și apoi testat cu succes la Darmstadt, astfel încât în ​​continuare, și mai exotic și, prin urmare, probabil mai lung. nucleele trăite vor fi, de asemenea, realizabile experimental.

O prezentare generală a descoperirilor de elemente și a primelor studii chimice la GSI poate fi găsită în articolul „Five decades of GSI superheavy element discoveries and chemical investigation”, publicat în mai 2022 în Radiochimica Acta.

(Fluierul)