https://frosthead.com

Bilakah Kami Akan Mencapai Penghujung Jadual Berkala?

Guru-guru kimia baru-baru ini perlu mengemaskini dekorasi kelas mereka, dengan pengumuman bahawa saintis telah mengesahkan penemuan empat elemen baru pada jadual berkala. Unsur-unsur yang belum dinamakan 113, 115, 117 dan 118 memenuhi jurang yang tinggal di bahagian bawah carta terkenal-pelan tindakan blok bangunan yang telah berjaya membimbing ahli kimia selama hampir satu setengah abad.

Kandungan Terkait

  • Empat Unsur Terkini Sekarang Ada Nama
  • Empat Elemen Baru Ditambah pada Jadual Berkala
  • Sperma Ikan Mungkin Rahsia Mengitar semula Unsur-Unsur Langka Bumi

Pengesahan rasmi, yang diberikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), telah bertahun-tahun dalam pembuatan, kerana unsur-unsur superheavy ini sangat tidak stabil dan sukar dibuat. Tetapi saintis mempunyai sebab kuat untuk mempercayai bahawa mereka wujud, sebahagiannya kerana jadual berkala telah sangat konsisten setakat ini. Usaha untuk menyusun elemen 119 dan 120, yang akan memulakan barisan baru, sedang dijalankan.

Tetapi, berapa banyak lagi elemen di luar sana yang kekal sebagai salah satu misteri kimia yang paling berterusan, terutamanya kerana pemahaman moden fizik kami telah mendedahkan anomali walaupun dalam pemain yang ditubuhkan.

"Retak mula menunjukkan dalam jadual berkala, " kata Walter Loveland, ahli kimia di Oregon State University.

Inkarnasi moden jadual berkala menganjurkan unsur-unsur dengan baris berdasarkan nombor atom-bilangan proton dalam nukleus atom-dan oleh lajur berdasarkan orbit elektron terluar mereka, yang pada gilirannya biasanya menentukan personaliti mereka. Logam lembut yang cenderung bertindak balas dengan orang lain, seperti litium dan kalium, hidup dalam satu lajur. Unsur-unsur reaktif bukan logam, seperti fluorin dan yodium, tinggal yang lain.

Ahli geologi Perancis Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois adalah orang pertama yang menyedari bahawa unsur-unsur boleh dikumpulkan dalam corak berulang. Dia mempamerkan unsur-unsur yang diketahui pada 1862, yang diperintahkan oleh beratnya, sebagai lingkaran yang dibalut dengan silinder ( lihat ilustrasi di bawah ). Unsur-unsur secara menegak sejajar dengan silinder ini mempunyai ciri-ciri yang sama.

Tetapi ia adalah skim organisasi yang dicipta oleh Dmitri Mendeleev, seorang Rusia yang panas-panas yang mendakwa telah melihat kumpulan elemen dalam mimpi, yang menjadi ujian masa. 1871 jadual berkala tidak sempurna; ia meramalkan lapan unsur yang tidak wujud, misalnya. Walau bagaimanapun, ia juga telah meramalkan gallium (kini digunakan dalam laser), germanium (sekarang digunakan dalam transistor) dan unsur-unsur yang semakin berat.

Jadual berkala Mendeleev dengan mudah menerima lajur baru bagi gas mulia, seperti helium, yang telah mengesan pengesanan sehingga akhir abad ke-19 kerana perolehan mereka tidak bertindak balas dengan unsur-unsur lain.

Jadual berkala moden telah lebih kurang konsisten dengan fizik kuantum, diperkenalkan pada abad ke-20 untuk menjelaskan tingkah laku zat subatomik seperti proton dan elektron. Di samping itu, pengelompokan kebanyakannya dipegang sebagai elemen yang lebih berat telah disahkan. Bohrium, nama yang diberikan kepada elemen 107 selepas penemuannya pada tahun 1981, sesuai dengan logam peralihan yang dipanggil lain yang mengelilinginya, salah seorang penyelidik yang menemuinya menyatakan "bohrium membosankan."

Tetapi masa-masa yang menarik mungkin berlaku.

Satu soalan terbuka berkaitan dengan lanthanum dan actinium, yang kurang sama dengan ahli-ahli kumpulan masing-masing daripada lutetium dan lawrencium. IUPAC baru-baru ini melantik pasukan petugas untuk meneliti isu ini. Walaupun helium, unsur 2, tidak mudah - versi alternatif jadual berkala wujud yang menempatkan helium dengan berilium dan magnesium dan bukannya jiran gasnya yang mulia, berdasarkan susunan semua elektronnya dan bukannya yang paling luar.

"Terdapat masalah di permulaan, pertengahan dan akhir jadual berkala, " kata Eric Scerri, seorang ahli sejarah di jabatan kimia di University of California, Los Angeles.

Teori relativiti khas Einstein, yang diterbitkan beberapa dekad selepas jadual Mendeleev, juga memperkenalkan beberapa kelainan dalam sistem. Relativiti menentukan bahawa jisim zarah bertambah dengan kelajuannya. Itu boleh menyebabkan elektron bercas negatif mengorbitkan teras atom positif untuk bertindak dengan pelik, yang mempengaruhi sifat elemen.

Pertimbangkan emas: Nukleus dibungkus dengan 79 proton positif, jadi untuk mengelakkan daripada jatuh ke dalam, elektron emas perlu berkeliaran lebih dari separuh kelajuan cahaya. Ini menjadikan mereka lebih besar dan menarik mereka ke orbit yang lebih rendah dan lebih rendah tenaga. Dalam konfigurasi ini, elektron menyerap cahaya biru dan bukannya mencerminkannya, dengan memberikan gelang-gelang pernikahan mereka yang tersendiri.

Ahli fizik bermain bongo yang terkenal Richard Feynman dikatakan telah menggunakan relativiti untuk meramalkan akhir jadual berkala di unsur 137. Kepada Feynman, 137 adalah "nombor sihir" -ditu muncul tanpa sebab yang jelas di tempat lain dalam fizik. Pengiraannya menunjukkan bahawa elektron-elektron dalam unsur-unsur melebihi 137 perlu bergerak lebih cepat daripada kelajuan cahaya, dan dengan demikian melanggar peraturan relativiti, untuk mengelakkan terhempas ke dalam nukleus.

smithsonian - jadual berkala infographic FINAL.jpg

Pengiraan yang lebih terkini telah membatalkan had tersebut. Feynman merawat nukleus sebagai titik tunggal. Benarkan ia menjadi bola zarah, dan unsur-unsur boleh terus berjalan sehingga kira-kira 173. Kemudian semua neraka rosak. Atom melebihi had ini mungkin wujud tetapi hanya sebagai makhluk pelik yang mampu memanggil elektron dari ruang kosong.

Relativiti bukan satu-satunya masalah. Proton bercas positif memusut antara satu sama lain, jadi semakin anda membungkus nukleus, semakin stabil ia cenderung. Uranium, dengan jumlah atom 92, adalah unsur terakhir yang cukup stabil untuk berlaku secara semula jadi di Bumi. Setiap elemen di luarnya mempunyai nukleus yang berkecai dengan cepat, dan separuh hayat mereka-masa yang diperlukan untuk separuh daripada bahan untuk mereput-boleh menjadi minit, saat atau bahkan pecahan detik.

Lebih kuat, unsur-unsur yang tidak stabil mungkin wujud di tempat lain di alam semesta, seperti di dalam bintang-bintang neutron yang padat, tetapi para saintis boleh mengkaji mereka di sini hanya dengan menghancurkan atom-atom yang lebih ringan untuk membuat yang lebih berat dan kemudian menyaring rantai peluruhan.

"Kami benar-benar tidak tahu apa unsur paling berat yang boleh wujud, " kata ahli fizik nuklear Witold Nazarewicz dari Michigan State University.

Teori meramalkan bahawa akan ada titik di mana nuklei buatan kami tidak akan hidup cukup lama untuk membentuk atom yang betul. Nukleus radioaktif yang berkurang dalam kurang daripada sepuluh trillionths sesaat tidak akan mempunyai masa untuk mengumpulkan elektron di sekelilingnya dan membuat elemen baru.

Namun begitu, ramai saintis mengharapkan pulau-pulau kestabilan yang ada lagi di jalan, di mana unsur superheavy mempunyai nukleus yang agak lama. Mengangkut beberapa atom superheavy tertentu dengan banyak neutron tambahan boleh memberikan kestabilan dengan menghalang nukleus yang kaya proton daripada berubah bentuk. Unsur 114, misalnya, dijangka mempunyai jumlah neutron stabil yang stabil pada 184. Unsur-unsur 120 dan 126 juga telah diramalkan mempunyai potensi untuk menjadi lebih tahan lama.

Tetapi beberapa tuntutan kestabilan superheavy sudah hancur. Pada tahun 1960an, ahli kimia Edward Anders mencadangkan bahawa xenon dalam meteorit yang jatuh ke tanah Mexico telah datang dari pecahan unsur misteri antara 112 dan 119 yang akan cukup stabil untuk berlaku di alam semula jadi. Setelah menghabiskan beberapa tahun menyempitkan pencariannya, beliau akhirnya menarik balik hipotesisnya pada tahun 1980-an.

Meramalkan kestabilan potensi unsur-unsur berat tidak mudah. Pengiraan, yang memerlukan kuasa pengkomputeran yang luar biasa, belum dilakukan untuk banyak pemain yang diketahui. Dan walaupun mereka ada, ini adalah wilayah yang sangat baru untuk fizik nuklear, di mana walaupun perubahan kecil dalam input dapat memberi impak yang mendalam terhadap hasil yang dijangkakan.

Satu perkara yang pasti: Membuat setiap elemen baru akan menjadi lebih sukar, bukan sahaja kerana atom yang lebih pendek hidup lebih sukar untuk dikesan, tetapi kerana membuat superheavies mungkin memerlukan rasuk atom yang sendiri radioaktif. Sama ada atau tidak terdapat pengakhiran jadual berkala, mungkin terdapat pengakhiran keupayaan kami untuk membuat yang baru.

"Saya rasa kita jauh dari hujung jadual berkala, " kata Scerri. "Faktor pembatas kini seolah-olah menjadi kepintaran manusia."

Nota Editor: Gabungan Witold Nazarewicz telah diperbetulkan.

Senarai Pembentangan Disyorkan Jadual Berkala

Preview thumbnail for video 'A Tale of Seven Elements

A Tale of Seven Elements

Beli

Satu akaun yang berwibawa mengenai sejarah awal jadual berkala dapat ditemukan dalam A Tale of Seven Elements Eric Scerri, yang mengambil menyelam jauh ke dalam kontroversi yang mengelilingi penemuan tujuh elemen.

Preview thumbnail for video 'The Periodic Table

Jadual Berkala

Beli

Pembaca dengan minat dalam Holocaust perlu mengambil salinan memoir Primo Levi, The Periodic Table. Juga, untuk autobiografi yang menarik yang menggunakan jadual berkala untuk merangka kehidupan salah satu pakar neurologi dunia, lihat Oliver Sacks ' New York Times op-ed' Jadual Berkala Saya . "

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

The Spooning yang Hilang: Dan Lain-lain Tales Sejati Madness, Cinta, dan Sejarah Dunia dari Jadual Berkala Elemen

Beli

Sam Kean mengambil pembacanya dalam permaidani yang meriah dan huru-hara menerusi unsur-unsur dalam The Spooning Disappearing.

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

Unsur-unsur yang Hilang: Side Shadow Jadual Berkala

Beli

Para peminat sains yang berminat dengan baseball dalaman di sebalik unsur-unsur yang tidak pernah dibuat ke dalam jadual berkala boleh menyemak kajian Unsur-Unsur yang Hilang oleh Marco Fontani, Mariagrazia Costa dan Mary Virginia Orna.

Bilakah Kami Akan Mencapai Penghujung Jadual Berkala?