Keemiaõpetajad pidid hiljuti klassiruumi sisekujundust värskendama, teatades, et teadlased on kinnitanud perioodilise tabeli nelja uue elemendi avastamist. Seni nimetamata elemendid 113, 115, 117 ja 118 täitsid allesjäänud lüngad kuulsa diagrammi allosas - mateeria ehitusplokkide tegevuskava, mis on keemikuid edukalt juhendanud ligi poolteist sajandit.
Seotud sisu
- Neljal uuemal elemendil on nüüd nimed
- Perioodilisse tabelisse lisatakse neli uut elementi
- Kalade sperma võib olla haruldaste muldmetallide ringlussevõtu saladus
Rahvusvahelise Puhta ja Rakenduskeemia Liidu (IUPAC) poolt välja antud ametlik kinnitus oli aastaid tegemisel, kuna need ülitugevad elemendid on väga ebastabiilsed ja neid on raske luua. Kuid teadlastel oli põhjust arvata, et need on olemas, osaliselt seetõttu, et perioodiline tabel on seni olnud märkimisväärselt järjekindel. Elemendid 119 ja 120, mis alustaksid uut rida, on juba võluvad.
Kuid see, kui palju elemente veel väljas on, jääb keemia kõige püsivamaks saladuseks, eriti kuna meie tänapäevane arusaam füüsikast on paljastanud kõrvalekaldeid isegi väljakujunenud mängijates.
"Periooditabelis hakkavad ilmnema praod, " ütleb Oregoni osariigi ülikooli keemik Walter Loveland.
Perioodilise tabeli kaasaegne kehastus korraldab elemendid ridade kaupa aatomiarvu - prootonite arvu järgi aatomi tuumas - ja veergude järgi, mis põhinevad nende äärepoolseimate elektronide orbiitidel, mis omakorda tavaliselt dikteerivad nende isiksusi. Pehmed metallid, mis kipuvad teistega tugevalt reageerima, nagu liitium ja kaalium, elavad ühes veerus. Mittemetallilised reaktiivsed elemendid, nagu fluor ja jood, elavad teises.
Prantsuse geoloog Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois oli esimene, kes mõistis, et elemente saab rühmitada korduvatesse mustritesse. Ta näitas 1862. aastal tuntud elemente nende raskuse järgi järjestatud spiraalina, mis oli mähitud silindri ümber ( vt allolevat illustratsiooni ). Sellel silindril üksteisega vertikaalselt sirgetel elementidel olid sarnased omadused.
Kuid ajaproovile pidas palavuse vastu võitleva venelase Dmitri Mendelejevi loodud organisatsiooniline skeem, kes väitis, et nägi unenäos elementide rühmitamist. Tema 1871. aasta perioodiline tabel polnud täiuslik; see ennustas näiteks kaheksat elementi, mida pole olemas. Kuid ta ennustas õigesti ka galliumi (mida kasutatakse nüüd laserites), germaaniumi (mida kasutatakse nüüd transistorides) ja muid üha raskemaid elemente.
Mendelejevi perioodiline tabel võttis hõlpsalt vastu uhiuue veeru selliste heitgaaside jaoks nagu heelium, mis olid 19. sajandi lõpuni tuvastamata, kuna nad ei reageerinud muude elementidega.
Kaasaegne perioodiline tabel on olnud enam-vähem kooskõlas kvantfüüsikaga, see kehtestati 20. sajandil, et selgitada subatomaatiliste osakeste, näiteks prootonite ja elektronide käitumist. Lisaks on rühmitused enamasti toimunud, kuna on kinnitatud ka raskemaid elemente. Bohrium, millele element 1987. aastal pärast selle avastamist anti nimele 107, sobib nii hästi seda ümbritsevate niinimetatud siirdemetallidega, üks uurijatest, kes avastas selle, kuulutas „bohrium igavaks”.
Kuid huvitavad ajad võivad ees oodata.
Üks lahtine küsimus puudutab lantaani ja aktiiniumi, millel on oma vastavate rühmade teiste liikmetega vähem ühist kui luteetsiumil ja seadrentsiumil. IUPAC määras hiljuti selle teema uurimiseks töörühma. Isegi heelium, element 2, pole sirgjooneline - eksisteerib perioodilise tabeli alternatiivne versioon, kus heelium asetatakse väärisgaasinaabrite asemel berülliumi ja magneesiumiga, tuginedes kõigi selle elektronide paigutusele, mitte ainult äärepoolseimatele.
"Periooditabeli alguses, keskel ja lõpus on probleeme, " ütleb Los Angelese California ülikooli keemiaosakonna ajaloolane Eric Scerri.
Einsteini spetsiaalne relatiivsusteooria, mis avaldati aastakümneid pärast Mendelejevi tabelit, tutvustas süsteemis ka mõningaid chinks. Relatiivsus tingib osakese massi suurenemise kiirusega. See võib põhjustada aatomi positiivselt laetud tuuma tiirlevate negatiivselt laetud elektronide veidra käitumise, mõjutades elemendi omadusi.
Mõelge kullale: tuumas on 79 positiivset prootonit, nii et sissepoole kukkumise vältimiseks peavad kulla elektronid vilkuma enam kui poole valguse kiirusest. See muudab nad massiivsemaks ja tõmbab nad tihedamale, madalama energiaga orbiidile. Selles konfiguratsioonis neelavad elektronid selle peegeldamise asemel sinist valgust, andes pulmavöötmetele eristava sära.
Väidetavalt on kurikuulus bongo-mänguline füüsik Richard Feynman väitnud relatiivsust, et ennustada perioodilise tabeli lõppu elemendil 137. Feynmani jaoks oli 137 maagiline arv - see oli mujal füüsikas ilmse põhjuseta üles hüpanud. Tema arvutused näitasid, et kaugemal kui 137 asuvates elementides peaksid elektronid liikuma kiiremini kui valguse kiirus ja rikkuma seega relatiivsuse reegleid, et vältida tuuma sattumist.
Hiljem on arvutused selle piiri ületanud. Feynman käsitles tuuma ühe punktina. Laske see olla osakeste pall ja elemendid võivad liikuda umbes aastani 173. Siis puruneb kogu põrgu. Sellest piirist kõrgemad aatomid võivad eksisteerida, kuid ainult kummaliste olenditena, kes suudavad tühjast ruumist kutsuda elektronid.
Suhteline olemus pole ainus probleem. Positiivselt laetud prootonid tõrjuvad üksteist, seega mida rohkem te tuumasse pakendate, seda vähem stabiilne see kipub olema. Uraan, mille aatomnumber on 92, on viimane piisavalt stabiilne element, et esineda looduslikult Maal. Igal väljaspool seda asuval elemendil on tuum, mis kiiresti laguneb, ja nende poolestusaeg - aeg, mille jooksul pool materjali laguneb - võib olla minutid, sekundid või isegi sekundite pikkused.
Raskemad, ebastabiilsed elemendid võivad esineda mujal universumis, nagu tihedate neutrontähtede sees, kuid teadlased saavad neid siin uurida ainult selleks, et purustada kergemad aatomid raskemateks ja seejärel sõeluda läbi lagunemisahela.
"Me tõesti ei tea, mis on kõige raskem element, mis võiks eksisteerida, " ütleb Michigani osariigi ülikooli tuumafüüsik Witold Nazarewicz.
Teooria ennustab, et saabub punkt, kus meie laboris valmistatud tuumad ei ela piisavalt kaua, et moodustada õige aatom. Radioaktiivsel tuumal, mis laguneb vähem kui kümne triljoni sekundi jooksul, poleks aega koguda elektronid enda ümber ja teha uus element.
Siiski eeldavad paljud teadlased, et stabiilsuse saared eksisteerivad ka kaugemal maanteel, kus ülitäpsetel elementidel on suhteliselt pikaealised tuumad. Teatavate üliraskete aatomite laadimine, kus on palju täiendavaid neutroneid, võib anda stabiilsuse, takistades prootonirikaste tuumade deformeerumist. Näiteks eeldatakse, et elemendil 114 on maagiliselt stabiilne neutronite arv 184 juures. Elementidel 120 ja 126 on samuti ennustatud, et need võivad olla vastupidavamad.
Kuid mõned ülitäpse stabiilsuse väited on juba lagunenud. 1960. aastate lõpus tegi keemik Edward Anders ettepaneku, et Mehhiko pinnasesse langenud meteoriidis sisalduv ksenoon oli pärit müstelemendi purunemisest vahemikus 112–119, mis on looduses piisavalt stabiilne. Pärast aastatepikkust otsingu kitsendamist taganes ta lõpuks oma hüpoteesist 1980. aastatel.
Raskete elementide võimaliku stabiilsuse ennustamine pole lihtne. Arvutusi, mis nõuavad tohutut arvutusvõimsust, pole paljude tuntud mängijate jaoks tehtud. Ja isegi kui see on olemas, on see tuumafüüsika jaoks väga uus territoorium, kus isegi väikesed muutused sisendites võivad avaldada oodatavatele tulemustele sügavat mõju.
Üks on kindel: iga uue elemendi muutmine muutub raskemaks mitte ainult seetõttu, et lühema elueaga aatomeid on raskem tuvastada, vaid ka seetõttu, et ülipikenduste tegemiseks võib olla vaja aatomite palki, mis on ise radioaktiivsed. Olenemata sellest, kas perioodiline tabel on lõppenud või mitte, võib meie uute toodete loomise võime lõppeda.
"Arvan, et oleme perioodilise tabeli lõpust kaugel, " ütleb Scerri. "Praegu on piiravaks teguriks inimese leidlikkus."
Toimetaja märkus: Witold Nazarewiczi kuuluvus on parandatud.
Perioodilise tabeli soovitatav lugemisloend
Seitsme elemendi lugu
OstaAutoriteetse ülevaate perioodilise tabeli varasest ajaloost võib leida Eric Scerri raamatust „ A lugu seitsmest elemendist“, milles käsitletakse sügavalt vaidlusi, mis ümbritsevad seitsme elemendi avastusi.
Perioodiline tabel
OstaHolokausti vastu huvi tundvad lugejad peaksid korjama Primo Levi liikuva memuaari "Periooditabel" koopia . Ka kaaluka autobiograafia kohta, mis kasutab periooditabelit ühe maailma armastatuima neuroloogi elu raamimiseks, vaadake Oliver Sacksi New York Timesi väljaannet "Minu perioodiline tabel ".
Kaotav lusikas: ja muud tõesed jutud hullusest, armastusest ja maailma ajaloost elementide perioodilisustabelist
OstaSam Kean viib oma lugejad elava ja kaootilise lõtvumiseni läbi filmi "Kaovad lusikad" elementide .
Kadunud elemendid: perioodilise tabeli varjukülg
OstaTeadushuvilised, kes tunnevad huvi siseringi pesapallide vastu, mis pole kunagi perioodilisustabelisse jõudnud, saavad vaadata Marco Fontani, Mariagrazia Costa ja Mary Virginia Orna põhjalikult uuritud The Lost Elementsi .
