Učitelé chemie v poslední době museli aktualizovat svůj dekor ve třídě s oznámením, že vědci potvrdili objev čtyř nových prvků v periodické tabulce. Dosud nepojmenované prvky 113, 115, 117 a 118 zaplňovaly zbývající mezery ve spodní části slavné mapy - plán stavebních bloků hmoty, který úspěšně vede chemiky téměř století a půl.
Související obsah
- Čtyři nejnovější prvky nyní mají jména
- Do periodické tabulky jsou přidány čtyři nové prvky
- Rybí sperma by mohla být tajemstvím recyklace vzácných zemských prvků
Oficiální potvrzení udělené Mezinárodní unií pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) bylo roky ve výrobě, protože tyto superheavy prvky jsou vysoce nestabilní a obtížné je vytvořit. Vědci však měli silný důvod se domnívat, že existují, částečně proto, že periodická tabulka byla dosud pozoruhodně konzistentní. Úsilí vykouzlit prvky 119 a 120, které by zahájily nový řádek, již probíhají.
Ale přesně, kolik dalších prvků je venku, zůstává jednou z nejtrvalejších tajemství chemie, zejména když naše moderní chápání fyziky odhalilo anomálie i u zavedených hráčů.
„V periodické tabulce se začínají objevovat trhliny, “ říká Walter Loveland, chemik na Oregonské státní univerzitě.
Moderní inkarnace periodické tabulky organizuje prvky podle řad podle atomového čísla - počtu protonů v atomovém jádru - a podle sloupců založených na oběžné dráze jejich nejvzdálenějších elektronů, které zase obvykle diktují jejich osobnosti. Měkké kovy, které mají tendenci silně reagovat s ostatními, jako je lithium a draslík, žijí v jednom sloupci. Nekovové reaktivní prvky, jako je fluor a jod, obývají další.
Francouzský geolog Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois byl první, kdo uznal, že prvky lze seskupovat podle opakujících se vzorců. Ukazoval prvky známé v roce 1862, seřazené podle jejich hmotnosti, jako spirálu omotanou kolem válce ( viz obrázek níže ). Prvky svisle v řadě vzájemně na tomto válci měly podobné vlastnosti.
Ale zkouškou času obstála organizační schéma vytvořená Dmitriem Mendeleevem, temperamentním Rusem, který tvrdil, že viděl seskupení prvků ve snu. Jeho periodická tabulka z roku 1871 nebyla dokonalá; předpověděl například osm prvků, které neexistují. Nicméně, to také správně předpovědělo gallium (nyní použitý v laserech), germanium (nyní použitý v tranzistorech) a jiné zvýšeně těžké prvky.
Mendeleevova periodická tabulka snadno přijala zbrusu nový sloupec pro vzácné plyny, jako je hélium, které uniklo detekci až do konce 19. století z důvodu jejich sklonu nereagovat s jinými prvky.
Moderní periodická tabulka byla více či méně konzistentní s kvantovou fyzikou, která byla představena ve 20. století, aby vysvětlila chování subatomových částic, jako jsou protony a elektrony. Kromě toho se seskupení většinou držela, protože byly potvrzeny těžší prvky. Bohrium, jméno, které bylo dáno prvku 107 po jeho objevu v roce 1981, se tak úhledně hodí k ostatním tzv. Přechodným kovům, které jej obklopují, jeden z vědců, který ho objevil, prohlásil „bohrium je nuda“.
Ale zajímavé časy mohou ležet dopředu.
Jedna otevřená otázka se týká lanthanu a aktinia, které mají méně společného s ostatními členy svých příslušných skupin než lutetium a lawrencium. IUPAC nedávno jmenoval pracovní skupinu, která se touto otázkou zabývala. Dokonce ani helium, prvek 2, není jednoduché - existuje alternativní verze periodické tabulky, která místo sousedů vzácného plynu umisťuje helium s beryliem a hořčíkem na základě uspořádání všech jeho elektronů, nikoli pouze nejvzdálenějších.
"Na začátku, uprostřed a na konci periodické tabulky jsou potíže, " říká Eric Scerri, historik chemického oddělení na Kalifornské univerzitě v Los Angeles.
Einsteinova speciální teorie relativity, publikovaná desetiletí po Mendeleevově stole, také v systému zavedla některé šmrnc. Relativita diktuje, že se hmota částice zvyšuje svou rychlostí. To může způsobit, že se záporně nabité elektrony obíhající pozitivně nabité jádro atomu chová podivně, což ovlivňuje vlastnosti prvku.
Zvažte zlato: Jádro je plné 79 pozitivních protonů, aby se zabránilo pádu dovnitř, musí zlaté elektrony svištět kolem více než poloviční rychlosti světla. Díky tomu jsou mohutnější a přitahují je na pevnější orbitu s nižší energií. V této konfiguraci elektrony místo toho, aby je odrážely, absorbují modré světlo, což svatebním pásmům dává výrazný lesk.
Známý bongo-hrající fyzik Richard Feynman se údajně odvolával na relativitu, aby předpověděl konec periodické tabulky v prvku 137. Pro Feynmana 137 bylo „magickým číslem“ - jinde se ve fyzice nevyskytoval žádný zjevný důvod. Jeho výpočty ukázaly, že elektrony v prvcích nad 137 by se musely pohybovat rychleji než rychlost světla, a tak porušovat pravidla relativity, aby se zabránilo nárazu do jádra.
Novější výpočty od té doby tento limit převrátily. Feynman považoval jádro za jediný bod. Nechte to být koule částic a prvky mohou pokračovat v chodu až do roku 173. Pak se všechno peklo uvolní. Atomy za tímto limitem mohou existovat, ale pouze jako podivná stvoření schopná přivolat elektrony z prázdného prostoru.
Relativita není jediný problém. Pozitivně nabité protony se vzájemně odpuzují, takže čím více se zabalíte do jádra, tím méně má tendenci být. Uran s atomovým číslem 92 je poslední prvek dostatečně stabilní, aby se na Zemi objevil přirozeně. Každý prvek za ním má jádro, které se rychle rozpadá, a jejich poločasy - čas, který trvá, než se rozpadne polovina materiálu - mohou být minuty, sekundy nebo dokonce dělené sekundy.
Těžší a nestabilní prvky mohou existovat jinde ve vesmíru, jako jsou uvnitř hustých neutronových hvězd, ale vědci je zde mohou studovat pouze tak, že rozbijí lehčí atomy, aby vytvořili těžší atomy, a pak prosévají řetězec rozkladu.
"Opravdu nevíme, jaký je nejtěžší prvek, který by mohl existovat, " říká jaderný fyzik Witold Nazarewicz z Michiganské státní univerzity.
Teorie předpovídá, že bude bod, ve kterém naše jaderná jádra nebudou žít dostatečně dlouho, aby vytvořila správný atom. Radioaktivní jádro, které se rozpadne za méně než deset bilionů sekundy, by nemělo čas shromažďovat elektrony kolem sebe a vytvořit nový prvek.
Mnoho vědců stále očekává, že ostrovy stability budou existovat dále po silnici, kde superheavy prvky mají relativně dlouhá jádra. Načtení určitých superheavy atomů spoustou dalších neutronů by mohlo poskytnout stabilitu tím, že zabrání deformaci jader bohatých na protony. Například u prvku 114 se očekává, že bude mít magicky stabilní počet neutronů na 184. U prvků 120 a 126 se také předpokládá, že mají potenciál být odolnější.
Některá tvrzení o nadměrné stabilitě se však již rozpadla. V pozdních šedesátých létech chemik Edward Anders navrhl, že xenon v meteoritu, který padl na mexickou půdu, přišel z rozpadu tajemného prvku mezi 112 a 119, který by byl dostatečně stabilní, aby se objevil v přírodě. Poté, co utrácel roky zúžením jeho hledání, on nakonec stáhl jeho hypotézu v 80-tých letech.
Předpovídání potenciální stability těžkých prvků není snadné. Výpočty, které vyžadují obrovský výpočetní výkon, nebyly pro mnoho známých hráčů provedeny. A i když mají, jedná se o zcela nové území pro jadernou fyziku, kde i malé změny ve vstupech mohou mít hluboký dopad na očekávané výsledky.
Jedna věc je jistá: Vytvoření každého nového prvku bude těžší, nejen proto, že je obtížnější detekovat atomy s kratší životností, ale protože vytváření superheavies může vyžadovat paprsky atomů, které jsou samy o sobě radioaktivní. Ať už je nebo není konec periodické tabulky, může být konec naší schopnosti vytvářet nové.
"Myslím, že jsme daleko od konce periodické tabulky, " říká Scerri. "Limitujícím faktorem se nyní zdá být lidská vynalézavost."
Poznámka editora: Oprava přidružení Witolda Nazarewica byla opravena.
Seznam periodik doporučených pro čtení
Příběh sedmi prvků
KoupitAutoritativní popis rané historie periodické tabulky lze nalézt v Ericu Scerriho Příběh sedmi prvků, který se hluboce ponoří do sporů kolem objevů sedmi prvků.
Periodická tabulka
KoupitČtenáři se zájmem o holocaust by si měli vyzvednout kopii pohyblivé paměti Primo Levi, Periodická tabulka. Také pro přesvědčivou autobiografii, která používá periodickou tabulku k sestavení života jednoho z nejoblíbenějších neurologů na světě, viz New York Times Olivera Sackse nazvaného „Moje periodická tabulka “.
Mizející lžíce: a další skutečné příběhy šílenství, lásky a dějin světa z periodické tabulky prvků
KoupitSam Kean vezme své čtenáře na živý a chaotický skotačení skrze prvky v The Disappearing Spoon.
Ztracené prvky: Stínová strana periodické tabulky
KoupitNadšenci vědy, kteří se zajímají o zasvěcený baseball za prvky, které se nikdy nedostaly do periodické tabulky, si mohou prohlédnout dobře prozkoumané Ztracené prvky od Marco Fontani, Mariagrazia Costa a Mary Virginia Orna.
