La tavola periodica contiene più di un centinaio di elementi chimici, i mattoni fondamentali del tutto intorno a noi — viventi e non viventi.
Il numero atomico di un elemento è determinato da quanti protoni si trovano nel nucleo di un atomo di quell’elemento.
Alcuni degli elementi sono ben noti, come l’idrogeno (1), l’ossigeno (8) e il carbonio (6), mentre lo sono meno; seaborgium (106), flerovium (114) e darmstadtium (110)., Più di tre quarti degli elementi sulla tavola periodica esistono naturalmente sulla Terra o altrove nell’Universo.
L’ultimo elemento naturale ad essere scoperto fu il francio (87) nel 1939. Da quella scoperta, plutonio (94), nettunio (93) e astatina (85), che sono stati inizialmente creati in laboratorio nel 1940, sono stati trovati in natura.
Gli unici elementi rimasti da scoprire rientrano nella categoria super-pesante — elementi che contengono più di 104 protoni — dice la dottoressa Elizabeth Williams, fisica nucleare presso l’Australian National University.,
Ma è improbabile che scopriremo nuovi elementi super-pesanti presenti in natura sulla Terra, dice Williams.
Dice che sono necessarie due cose per scoprire nuovi elementi super-pesanti presenti in natura.
” In primo luogo, ci dovrebbe essere un processo naturale che produrrebbe questi elementi, e in secondo luogo gli elementi dovrebbero vivere abbastanza a lungo (e in quantità sufficiente) per farci rilevare la loro esistenza.,
Tuttavia, dice, sintetizzare elementi super-pesanti in laboratorio può aiutare gli scienziati a capire meglio le proprietà di questi elementi e come vengono creati, il che li aiuta a capire se e come si possono trovare altri elementi naturali.
“Sulla base di ciò che sappiamo su come creare elementi pesanti in un laboratorio, questo processo naturale dovrebbe essere piuttosto estremo, e anche abbastanza comune, per rilevare un nuovo elemento nel nostro ambiente.,”
” Ma è del tutto possibile che alcuni degli elementi che abbiamo sintetizzato qui sulla Terra possano anche essere creati nell’Universo, in ambienti più estremi di quelli che troviamo qui sulla Terra”, dice Williams.
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Creazione di elementi pesanti
Dal 1939, tutti gli elementi chimici appena scoperti sono stati sintetizzati in laboratorio. La maggior parte di questi sono stati realizzati utilizzando un acceleratore di particelle.
Solo nell’ultimo anno, i ricercatori hanno creato atomi di due nuovi elementi: 117 — noto come ununseptium per ora — e 115 — ununpentium.,
“Il modo in cui creiamo tipicamente questi elementi è che abbiamo un atomo più leggero, diciamo calcio, e lo acceleriamo e lo distruggiamo in una lamina composta da atomi più pesanti”, dice Williams.
“Se l’atomo accelerato sta andando abbastanza veloce, è possibile che il suo nucleo — il nucleo compatto di protoni e neutroni al suo centro — possa entrare in contatto con il nucleo di uno degli atomi più pesanti. Se ciò accade, c’è la possibilità che si fondano insieme per formare un elemento più pesante.”
Mentre un foglio di alluminio potrebbe sembrare solido all’occhio umano, è molto diverso sulla scala atomica., Il nucleo occupa solo una piccola frazione dello spazio occupato da un atomo. Per creare un nuovo elemento, i nuclei di ciascun atomo devono scontrarsi e fondersi.
“Se pensi che un atomo abbia le dimensioni del Melbourne Cricket Ground (circa 170 metri di diametro), il nucleo è una piccola uva al centro di questo”, dice.
Ma non è tutto.
Se i due nuclei sono diretti verso una collisione, devono superare una forte forza repulsiva che si oppone alla loro fusione in un nuovo elemento. Questo è noto come l’elettrostatica, o Coulomb, forza., Solo se i nuclei colpiscono con abbastanza energia supereranno questa forza e si fonderanno insieme.
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Island of stability
Williams e i suoi colleghi stanno attualmente studiando nuovi modi per creare nuovi elementi pesanti.
“Una delle cose che sappiamo è che anche piccoli cambiamenti nei modi in cui cerchiamo di produrre questi elementi hanno un’influenza drammatica sulla probabilità che venga creato un nuovo elemento”, afferma Williams.,
“Ad esempio, quanto velocemente acceleriamo la particella del fascio, cosa scegliamo in termini di atomi leggeri e pesanti che collidiamo insieme, che possono tutti avere un effetto sulla probabilità di creare un nuovo elemento superpesante.”
Attualmente, alcuni degli elementi sintetici più pesanti possono durare diversi millisecondi e quindi decadere in elementi più piccoli, emettendo particelle alfa, fotoni e altri prodotti di decadimento.
Ma gli scienziati nucleari stanno anche esplorando la possibilità che ci sia un gruppo di elementi pesanti che vivono molto più a lungo di quelli creati oggi., Chiamano questo gruppo “L’isola della stabilità”.
“I nuclei nell’isola della stabilità sono vicini a quelli che i fisici nucleari chiamano” numeri magici “di protoni e neutroni”, afferma Williams.
“I nuclei con questi numeri speciali di protoni o neutroni sono più strettamente legati insieme rispetto ai nuclei circostanti. Ciò significa che tendono a vivere più a lungo dei loro vicini immediati.”
Si prevede che questi elementi pesanti relativamente stabili potrebbero durare diversi minuti, forse anche più a lungo.,
Spetta a Williams e ai suoi colleghi determinare quale combinazione di protoni e neutroni li porta sull’isola.
” Abbiamo previsto che ci sarà una regione di stabilità relativa intorno a 114 o 120 . Alcuni dicono che c’è un numero di neutroni relativamente stabile intorno a 184″, afferma Williams.
” Se possiamo avvicinarci a questi numeri, dovremmo essere in grado di fare abbastanza bene, ma è difficile prevedere la scienza.”
La dottoressa Elizabeth Williams è stata intervistata da Darren Osborne. È assegnista di ricerca nel Dipartimento di Fisica Nucleare presso l’Australian National University., Il suo obiettivo è esplorare come creare nuovi elementi superpesanti.
