Πώς το νησί της σταθερότητας μπορεί να μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε νέα στοιχεία

Το νησί της σταθερότητας είναι εκείνο το θαυμάσιο μέρος όπου είναι βαρύ ισότοπα του στοιχεία κολλήσει αρκετά για να μελετηθεί και να χρησιμοποιηθεί. Το "νησί" βρίσκεται μέσα σε μια θάλασσα ραδιοϊσότοπων που αποσυντίθεται σε κόρες τόσο γρήγορα δύσκολο για τους επιστήμονες να αποδείξουν ότι το στοιχείο υπήρχε, πολύ λιγότερο χρησιμοποιήστε το ισότοπο για μια πρακτική εφαρμογή.

Βασικές επιλογές: Νησί Σταθερότητας

Γκλεν Τ. Seaborg επινόησε τη φράση «νησί της σταθερότητας» στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Χρησιμοποιώντας το μοντέλο πυρηνικού κελύφους, πρότεινε την πλήρωση των ενεργειακών επιπέδων ενός δεδομένου κελύφους με τον βέλτιστο αριθμό πρωτόνια και νετρόνια θα μεγιστοποιήσει δεσμευτική ενέργεια ανά νουκλεόνιο, επιτρέποντας στο συγκεκριμένο ισότοπο να έχει μεγαλύτερο ημιζωή από άλλα ισότοπα, τα οποία δεν είχαν γεμισμένα κελύφη. Τα ισότοπα που γεμίζουν πυρηνικά κελύφη διαθέτουν τους λεγόμενους «μαγικούς αριθμούς» πρωτονίων και νετρονίων.

Η τοποθεσία του νησιού σταθερότητας προβλέπεται βάσει των γνωστών ημιζωών ισότοπων και της ημιζωής για στοιχεία που δεν έχουν παρατηρηθεί, βάσει υπολογισμών που βασίζονται στα στοιχεία που συμπεριφέρονται όπως αυτά πάνω από τον περιοδικό πίνακα (συγγενείς) και υπακούοντας σε εξισώσεις που αντιπροσωπεύουν σχετικιστικά αποτελέσματα.

Η απόδειξη ότι η έννοια του «νησιού της σταθερότητας» είναι σωστή όταν οι φυσικοί συνθέτουν το στοιχείο 117. Αν και το ισότοπο του 117 αποσυντέθηκε πολύ γρήγορα, ένα από τα προϊόντα της αλυσίδας αποσύνθεσης ήταν ένα ισότοπο του Lawrencium που δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ πριν. Αυτό το ισότοπο, lawrencium-266, εμφάνισε χρόνο ημιζωής 11 ωρών, η οποία είναι εξαιρετικά μεγάλη για ένα άτομο με τόσο βαρύ στοιχείο. Τα παλαιότερα γνωστά ισότοπα του lawrencium είχαν λιγότερα νετρόνια και ήταν πολύ λιγότερο σταθερά. Το Lawrencium-266 έχει 103 πρωτόνια και 163 νετρόνια, υπονοώντας τους μαγικούς αριθμούς που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σχηματισμό νέων στοιχείων.

Ποιες διαμορφώσεις ενδέχεται να διαθέτουν μαγικούς αριθμούς; Η απάντηση εξαρτάται από το ποιος ρωτάτε, γιατί είναι θέμα υπολογισμού και δεν υπάρχει τυπικό σύνολο εξισώσεων. Μερικοί επιστήμονες προτείνουν ότι μπορεί να υπάρχει ένα νησί σταθερότητας γύρω στα 108, 110 ή 114 πρωτόνια και 184 νετρόνια. Άλλοι προτείνουν έναν σφαιρικό πυρήνα με 184 νετρόνια, αλλά 114, 120 ή 126 πρωτόνια μπορεί να λειτουργούν καλύτερα. Το Unbihexium-310 (στοιχείο 126) είναι «διπλά μαγικό» επειδή ο αριθμός πρωτονίου του (126) και ο αριθμός νετρονίων (184) είναι και οι δύο μαγικός αριθμός. Ωστόσο, κυλάτε τα μαγικά ζάρια, τα δεδομένα που λαμβάνονται από τη σύνθεση των στοιχείων 116, 117 και 118 δείχνουν την αύξηση της ημιζωής καθώς ο αριθμός νετρονίων πλησίαζε το 184.

Μερικοί ερευνητές πιστεύουν ότι το καλύτερο νησί σταθερότητας μπορεί να υπάρχει σε πολύ μεγαλύτερους ατομικούς αριθμούς, όπως γύρω από το στοιχείο 164 (164 πρωτόνια). Οι θεωρητικοί ερευνούν την περιοχή όπου το Ζ = 106 έως 108 και το Ν είναι περίπου 160-164, το οποίο φαίνεται αρκετά σταθερό σε σχέση με τη διάσπαση και τη σχάση βήτα.

Παρόλο που οι επιστήμονες μπορεί να είναι σε θέση να σχηματίσουν νέα σταθερά ισότοπα γνωστών στοιχείων, δεν έχουμε την τεχνολογία να ξεπεράσουμε το 120 (εργασία που βρίσκεται σε εξέλιξη). Είναι πιθανό να χρειαστεί να κατασκευαστεί ένας νέος επιταχυντής σωματιδίων που θα μπορούσε να εστιάσει σε έναν στόχο με μεγαλύτερη ενέργεια. Θα πρέπει επίσης να μάθουμε να κάνουμε μεγαλύτερες ποσότητες γνωστών βαρών νουκλεΐδια να χρησιμεύσει ως στόχος για τη δημιουργία αυτών των νέων στοιχείων.

Το συνηθισμένο ατομικός πυρήνας μοιάζει με μια συμπαγή μπάλα πρωτονίων και νετρονίων, αλλά τα άτομα των στοιχείων στο νησί της σταθερότητας μπορεί να έχουν νέα σχήματα. Μία πιθανότητα θα ήταν ένας πυρήνας σε σχήμα φυσαλίδας ή κοίλος, με τα πρωτόνια και τα νετρόνια να σχηματίζουν ένα είδος κελύφους. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς μια τέτοια διαμόρφωση μπορεί να επηρεάσει τις ιδιότητες του ισότοπου. Ένα πράγμα είναι σίγουρο, ωστόσο... Υπάρχουν νέα στοιχεία που δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί, οπότε ο περιοδικός πίνακας του μέλλοντος θα φαίνεται πολύ διαφορετικός από αυτόν που χρησιμοποιούμε σήμερα.