Insel der Stabilität - Entdeckung neuer superschwerer Elemente
Die Insel der Stabilität in der Chemie verstehen
Die Stabilitätsinsel der Elemente (eingekreist) wird auf der Grundlage der Halbwertszeiten von Isotopen vorhergesagt. Gemessene Halbwertszeiten sind in Kästchen dargestellt, während vorhergesagte Halbwertszeiten schattiert sind.
Die Insel der Stabilität ist dieser wundersame Ort, an dem es schwer ist Isotope von Elemente Bleiben Sie lange genug in der Nähe, um studiert und verwendet zu werden. Die „Insel“ befindet sich in einem Meer von Radioisotopen, die so schnell in Tochterkerne zerfallen, dass es für Wissenschaftler schwierig ist, die Existenz des Elements zu beweisen, geschweige denn, das Isotop für eine praktische Anwendung zu nutzen.
SCHLUSSELERKENNTNISSE: Insel der Stabilität
- Das Insel der Stabilität bezieht sich auf eine Region des Periodensystems, die aus superschweren radioaktiven Elementen besteht, die mindestens ein Isotop mit einer relativ langen Halbwertszeit haben.
- Das Kernschalenmodell wird verwendet, um die Position der 'Inseln' vorherzusagen, basierend auf der Maximierung der Bindungsenergie zwischen Protonen und Neutronen.
- Es wird angenommen, dass Isotope auf der 'Insel' vorhanden sind 'magische Zahlen' von Protonen und Neutronen, die es ihnen ermöglichen, eine gewisse Stabilität aufrechtzuerhalten.
Geschichte der Insel
Glenn T. Seaborgprägte Ende der 1960er Jahre den Begriff „Insel der Stabilität“. Unter Verwendung des Kernschalenmodells schlug er vor, die Energieniveaus einer gegebenen Schale mit der optimalen Anzahl von zu füllen Protonen und Neutronen maximieren würde Bindungsenergie pro Nukleon, wodurch dieses bestimmte Isotop länger sein kann Halbwertszeit als andere Isotope, die keine gefüllten Schalen hatten. Isotope, die Kernhüllen füllen, besitzen sogenannte „magische Zahlen“ von Protonen und Neutronen.
Auf der Suche nach der Insel der Stabilität
Die Position der Stabilitätsinsel wird auf der Grundlage bekannter Isotopenhalbwertszeiten und vorhergesagter Halbwertszeiten für nicht beobachtete Elemente vorhergesagt, basierend auf Berechnungen, die sich darauf stützen, dass sich die Elemente wie die über ihnen im Periodensystem verhalten ( Kongenere ) und gehorchenden Gleichungen, die relativistische Effekte berücksichtigen.
Der Beweis, dass das Konzept der „Insel der Stabilität“ richtig ist, kam, als Physiker das Element 117 synthetisierten. Obwohl das Isotop von 117 sehr schnell zerfiel, war eines der Produkte seiner Zerfallskette ein Lawrencium-Isotop, das noch nie zuvor beobachtet worden war. Dieses Isotop, Lawrencium-266, zeigte eine Halbwertszeit von 11 Stunden, was für ein Atom eines so schweren Elements außerordentlich lang ist. Bisher bekannte Isotope von Lawrencium hatten weniger Neutronen und waren viel weniger stabil. Lawrencium-266 hat 103 Protonen und 163 Neutronen, was auf noch unentdeckte magische Zahlen hinweist, die zur Bildung neuer Elemente verwendet werden könnten.
Welche Konfigurationen könnten magische Zahlen besitzen? Die Antwort hängt davon ab, wen Sie fragen, denn es ist eine Frage der Berechnung und es gibt keinen Standardsatz von Gleichungen. Einige Wissenschaftler vermuten, dass es bei etwa 108, 110 oder 114 Protonen und 184 Neutronen eine Insel der Stabilität geben könnte. Andere schlagen einen kugelförmigen Kern mit 184 Neutronen vor, aber 114, 120 oder 126 Protonen könnten am besten funktionieren. Unbihexium-310 (Element 126) ist „doppelt magisch“, weil seine Protonenzahl (126) und seine Neutronenzahl (184) beide eine magische Zahl sind. Wie auch immer Sie die magischen Würfel würfeln, Daten aus der Synthese der Elemente 116, 117 und 118 deuten auf eine zunehmende Halbwertszeit hin, wenn sich die Neutronenzahl 184 nähert.
Einige Forscher glauben, dass die beste Stabilitätsinsel bei viel größeren Ordnungszahlen existieren könnte, wie etwa bei der Elementnummer 164 (164 Protonen). Theoretiker untersuchen den Bereich, in dem Z = 106 bis 108 und N etwa 160–164 beträgt, was ausreichend stabil in Bezug auf Beta-Zerfall und Spaltung erscheint.
Neue Elemente von der Insel der Stabilität machen
Obwohl Wissenschaftler in der Lage sein könnten, neue stabile Isotope bekannter Elemente zu bilden, haben wir nicht die Technologie, um weit über 120 hinauszugehen (Arbeiten, die derzeit im Gange sind). Es ist wahrscheinlich, dass ein neuer Teilchenbeschleuniger gebaut werden muss, der in der Lage wäre, mit größerer Energie auf ein Ziel zu fokussieren. Wir müssen auch lernen, größere Mengen bekannter schwerer zu machen Nuklide als Ziele für die Herstellung dieser neuen Elemente dienen.
Neue Atomkernformen
Das Übliche Atomkern ähnelt einer festen Kugel aus Protonen und Neutronen, aber Atome von Elementen auf der Insel der Stabilität können neue Formen annehmen. Eine Möglichkeit wäre ein blasenförmiger oder hohler Kern, bei dem die Protonen und Neutronen eine Art Hülle bilden. Es ist schwer vorstellbar, wie eine solche Konfiguration die Eigenschaften des Isotops beeinflussen könnte. Eines ist jedoch sicher ... es gibt noch neue Elemente zu entdecken, sodass das Periodensystem der Zukunft ganz anders aussehen wird als das, das wir heute verwenden.