Hoe worden nieuwe elementen ontdekt?

Nieuwe elementen en het periodiek systeem

Er kunnen nieuwe elementen worden gevonden om hiaten op te vullen en toe te voegen aan het periodiek systeem. Jaap Hart, Getty Images

Dmitri Mendelejev wordt gecrediteerd met het maken van het eerste periodiek systeem dat lijkt op de modern periodiek systeem . Zijn tafel ordende de elementen door te verhogen atoomgewicht (we gebruiken atoomnummer vandaag ). Hij kon zien terugkerende trends , of periodiciteit, in de eigenschappen van de elementen. Zijn tabel kon worden gebruikt om het bestaan ​​en de kenmerken te voorspellen van elementen die niet waren ontdekt.

Als je kijkt naar de modern periodiek systeem , ziet u geen gaten en spaties in de volgorde van de elementen. Nieuwe elementen worden niet bepaald meer ontdekt. Ze kunnen echter worden gemaakt met behulp van deeltjesversnellers en kernreacties. EEN nieuw element is gemaakt door een proton toe te voegen (of meer dan één) of neutron naar een reeds bestaand element. Dit kan worden gedaan door protonen of neutronen in atomen te breken of door botsende atomen met elkaar. De laatste paar elementen in de tabel hebben nummers of namen, afhankelijk van de tabel die u gebruikt. alle nieuwe elementen zijn zeer radioactief. Het is moeilijk te bewijzen dat je een nieuw element hebt gemaakt, omdat het zo snel vergaat.

Belangrijkste afhaalrestaurants: hoe nieuwe elementen worden ontdekt

• Hoewel onderzoekers elementen met atoomnummer 1 tot en met 118 hebben gevonden of gesynthetiseerd en het periodiek systeem vol lijkt, zullen er waarschijnlijk extra elementen worden gemaakt.
• Superzware elementen worden gemaakt door reeds bestaande elementen te raken met protonen, neutronen of andere atoomkernen. De processen van transmutatie en fusie worden gebruikt.
• Sommige zwaardere elementen zijn waarschijnlijk gemaakt in sterren, maar omdat ze zo'n korte halfwaardetijden hebben, hebben ze het vandaag niet overleefd om op aarde te worden gevonden.
• Op dit moment is het probleem minder om nieuwe elementen te maken dan om ze te detecteren. De atomen die worden geproduceerd, vervallen vaak te snel om te worden gevonden. In sommige gevallen kan verificatie komen door het observeren van dochterkernen die zijn vervallen, maar die niet het gevolg kunnen zijn van een andere reactie, behalve het gebruik van het gewenste element als ouderkern.

De processen die nieuwe elementen maken

De elementen die tegenwoordig op aarde worden gevonden, werden in sterren geboren via nucleosynthese of ze vormden zich als vervalproducten. Alle elementen van 1 (waterstof) tot 92 (uranium) komen in de natuur voor, hoewel de elementen 43, 61, 85 en 87 het gevolg zijn van radioactief verval van thorium en uranium. Neptunium en plutonium werden ook in de natuur ontdekt, in uraniumrijk gesteente. Deze twee elementen waren het gevolg van het invangen van neutronen door uranium:

²³⁸U + n →²³⁹In →²³⁹Bijvoorbeeld →²³⁹Kon

De belangrijkste conclusie hier is dat het bombarderen van een element met neutronen nieuwe elementen kan produceren, omdat neutronen in protonen kunnen veranderen via een proces dat neutronen-bèta-verval wordt genoemd. Het neutron vervalt in een proton en laat een elektron en antineutrino vrij. Door een proton aan een atoomkern toe te voegen, verandert de elementidentiteit ervan.

Kernreactoren en deeltjesversnellers kunnen doelen bombarderen met neutronen, protonen of atoomkernen. Om elementen te vormen met atoomnummers groter dan 118, is het niet voldoende om een ​​proton of neutron toe te voegen aan een reeds bestaand element. De reden is dat de superzware kernen tot ver in het periodiek systeem gewoonweg in geen enkele hoeveelheid beschikbaar zijn en niet lang genoeg meegaan om te worden gebruikt bij de synthese van elementen. Dus, onderzoekers proberen lichtere kernen te combineren die protonen hebben die optellen tot het gewenste atoomnummer of ze proberen kernen te maken die vervallen tot een nieuw element. Helaas is het vanwege de korte halfwaardetijd en het kleine aantal atomen erg moeilijk om een ​​nieuw element te detecteren, laat staan ​​om het resultaat te verifiëren. De meest waarschijnlijke kandidaten voor nieuwe elementen zullen atoomnummer 120 en 126 zijn, omdat wordt aangenomen dat ze isotopen hebben die lang genoeg kunnen duren om te worden gedetecteerd.

Superzware elementen in sterren

Als wetenschappers fusie gebruiken om superzware elementen te creëren, maken sterren ze dan ook? Niemand weet het antwoord zeker, maar het is waarschijnlijk dat sterren ook transuraniumelementen maken. Omdat de isotopen echter zo kort leven, overleven alleen de lichtere vervalproducten lang genoeg om te worden gedetecteerd.

bronnen

• Fowler, William Alfred; Burbidge, Margaret; Burbidge, Geoffrey; Hoyle, Fred (1957). 'Synthese van de elementen in sterren.' Beoordelingen van Moderne Natuurkunde . Vol. 29, nummer 4, blz. 547-650.
• Greenwood, Norman N. (1997). 'Recente ontwikkelingen met betrekking tot de ontdekking van elementen 100-111.' Zuivere en toegepaste chemie. 69 (1): 179-184. doi:10.1351/pac199769010179
• Heenen, Paul-Henri; Nazarewicz, Witold (2002). 'Zoek naar superzware kernen.' Europhysics-nieuws . 33 (1): 5–9. doi:10.1051/epn:2002102
• Lougheed, R.W.; et al. (1985). 'Zoeken naar superzware elementen met behulp van⁴⁸Als +²⁵⁴ESG-reactie.' Fysieke beoordeling C . 32 (5): 1760-1763. doi: 10.1103/PhysRevC.32.1760
• Silva, Robert J. (2006). 'Fermium, Mendelevium, Nobelium en Lawrencium.' In Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (red.). De chemie van de actinide- en transactinide-elementen (3e ed.). Dordrecht, Nederland: Springer Science+Business Media. ISBN 978-1-4020-3555-5.