Island of Stability - Oppdag nye supertunge elementer
Forstå øya med stabilitet i kjemi
Øya med elementenes stabilitet (omringet) er forutsagt basert på halveringstidene til isotoper. Målte halveringstider er i bokser, mens anslåtte halveringstider er skraverte.
Øya av stabilitet er det fantastiske stedet hvor det er tungt isotoper av elementer holde seg lenge nok til å bli studert og brukt. 'Øya' ligger innenfor et hav av radioisotoper som forfaller til datterkjerner så raskt at det er vanskelig for forskere å bevise at elementet eksisterte, og langt mindre bruke isotopen til en praktisk anvendelse.
Viktige takeaways: Island of Stability
- De stabilitetens øy refererer til en region av det periodiske system som består av supertunge radioaktive elementer som har minst en isotop med en relativt lang halveringstid.
- De kjernefysisk skallmodell brukes til å forutsi plasseringen av 'øyene', basert på å maksimere bindingsenergien mellom protoner og nøytroner.
- Isotoper på 'øya' antas å ha 'magiske tall' av protoner og nøytroner som gjør at de kan opprettholde en viss stabilitet.
Øyas historie
Glenn T. Seaborgskapte uttrykket 'stabilitetens øy' på slutten av 1960-tallet. Ved å bruke kjernefysisk skallmodell foreslo han å fylle energinivåene til et gitt skall med det optimale antallet protoner og nøytroner ville maksimere bindende energi per nukleon, slik at den spesielle isotopen har en lengre halvt liv enn andre isotoper, som ikke hadde fylte skjell. Isotoper som fyller kjernefysiske skjell har det som kalles 'magiske tall' av protoner og nøytroner.
Finne stabilitetens øy
Plasseringen av stabilitetsøya er forutsagt basert på kjente isotophalveringstider og forutsagte halveringstider for grunnstoffer som ikke er observert, basert på beregninger basert på at elementene oppfører seg som de over dem på det periodiske systemet ( kongener ) og adlyde ligninger som forklarer relativistiske effekter.
Beviset på at 'stabilitetsøyen'-konseptet er forsvarlig kom da fysikere syntetiserte element 117. Selv om isotopen til 117 forfalt veldig raskt, var et av produktene av forfallskjeden en isotop av lawrencium som aldri hadde blitt observert før. Denne isotopen, lawrencium-266, viste en halveringstid på 11 timer, noe som er usedvanlig lang for et atom av et så tungt grunnstoff. Tidligere kjente isotoper av lawrencium hadde færre nøytroner og var mye mindre stabile. Lawrencium-266 har 103 protoner og 163 nøytroner, noe som tyder på ennå uoppdagede magiske tall som kan brukes til å danne nye elementer.
Hvilke konfigurasjoner kan ha magiske tall? Svaret avhenger av hvem du spør, fordi det er et spørsmål om beregning og det er ikke et standard sett med ligninger. Noen forskere antyder at det kan være en øy med stabilitet rundt 108, 110 eller 114 protoner og 184 nøytroner. Andre foreslår en sfærisk kjerne med 184 nøytroner, men 114, 120 eller 126 protoner kan fungere best. Unbihexium-310 (element 126) er 'dobbeltmagisk' fordi protontallet (126) og nøytrontallet (184) begge er magiske tall. Uansett hvordan du kaster de magiske terningene, peker data innhentet fra syntesen av elementene 116, 117 og 118 mot økende halveringstid når nøytrontallet nærmet seg 184.
Noen forskere mener at den beste stabilitetsøya kan eksistere ved mye større atomtall, som rundt element nummer 164 (164 protoner). Teoretikere undersøker området der Z = 106 til 108 og N er rundt 160-164, noe som virker tilstrekkelig stabilt med hensyn til beta-forfall og fisjon.
Lage nye elementer fra stabilitetens øy
Selv om forskere kan være i stand til å danne nye stabile isotoper av kjente elementer, har vi ikke teknologien til å gå mye forbi 120 (arbeid som er i gang for øyeblikket). Det er sannsynlig at en ny partikkelakselerator må konstrueres som vil være i stand til å fokusere på et mål med større energi. Vi må også lære å gjøre større mengder kjent tungt nuklider å tjene som mål for å lage disse nye elementene.
Nye atomkjerneformer
Det vanlige atomkjernen ligner en solid kule av protoner og nøytroner, men atomer av grunnstoffer på stabilitetsøya kan ta nye former. En mulighet ville være en bobleformet eller hul kjerne, hvor protonene og nøytronene danner et slags skall. Det er vanskelig å forestille seg hvordan en slik konfigurasjon kan påvirke egenskapene til isotopen. En ting er imidlertid sikkert ... det er nye grunnstoffer som ennå ikke er oppdaget, så fremtidens periodiske system vil se veldig annerledes ut enn den vi bruker i dag.