Wie werden neue Elemente entdeckt?

Neue Elemente und das Periodensystem

Neue Elemente können gefunden werden, um Lücken zu füllen und dem Periodensystem hinzuzufügen. Jaap Hart, Getty Images

Dimitri Mendelejew wird die Erstellung des ersten Periodensystems zugeschrieben, das dem ähnelt modernes Periodensystem . Seine Tabelle ordnete die Elemente durch Aufsteigen atomares Gewicht (wir gebrauchen Ordnungszahl heute ). Er konnte sehen wiederkehrende Tendenzen , oder Periodizität, in den Eigenschaften der Elemente. Seine Tabelle konnte verwendet werden, um die Existenz und Eigenschaften von Elementen vorherzusagen, die noch nicht entdeckt worden waren.

Beim Betrachten der modernes Periodensystem , sehen Sie keine Lücken und Leerzeichen in der Reihenfolge der Elemente. Neue Elemente werden nicht mehr gerade entdeckt. Sie können jedoch mit Teilchenbeschleunigern und Kernreaktionen hergestellt werden. EIN neues Element gemacht wird durch Hinzufügen eines Protons (oder mehr als eins) oder Neutron zu einem bereits existierenden Element. Dies kann durch Zertrümmern von Protonen oder Neutronen in Atome oder erfolgen durch kollidierende Atome miteinander. Die letzten paar Elemente in der Tabelle haben Nummern oder Namen, je nachdem, welche Tabelle Sie verwenden. Alle der neue Elemente sind stark radioaktiv. Es ist schwierig zu beweisen, dass Sie ein neues Element hergestellt haben, weil es so schnell zerfällt.

SCHLUSSELERKENNTNISSE: Wie neue Elemente entdeckt werden

• Während Forscher Elemente mit den Ordnungszahlen 1 bis 118 gefunden oder synthetisiert haben und das Periodensystem voll erscheint, ist es wahrscheinlich, dass zusätzliche Elemente hergestellt werden.
• Superschwere Elemente werden hergestellt, indem bereits vorhandene Elemente mit Protonen, Neutronen oder anderen Atomkernen getroffen werden. Dabei werden die Prozesse der Transmutation und Verschmelzung genutzt.
• Einige schwerere Elemente werden wahrscheinlich in Sternen hergestellt, aber weil sie so kurze Halbwertszeiten haben, haben sie es nicht überlebt, heute auf der Erde gefunden zu werden.
• An diesem Punkt besteht das Problem weniger darin, neue Elemente herzustellen, als sie zu entdecken. Die entstehenden Atome zerfallen oft zu schnell, um gefunden zu werden. In einigen Fällen könnte die Verifizierung durch die Beobachtung von Tochterkernen erfolgen, die zerfallen sind, aber nicht aus einer anderen Reaktion resultieren konnten, außer der Verwendung des gewünschten Elements als Elternkern.

Die Prozesse, die neue Elemente machen

Die heute auf der Erde vorkommenden Elemente sind durch Nukleosynthese in Sternen entstanden oder als Zerfallsprodukte entstanden. Alle Elemente von 1 (Wasserstoff) bis 92 (Uran) kommen in der Natur vor, obwohl die Elemente 43, 61, 85 und 87 durch radioaktiven Zerfall von Thorium und Uran entstehen. Neptunium und Plutonium wurden auch in der Natur in uranreichem Gestein entdeckt. Diese beiden Elemente entstanden durch Neutroneneinfang durch Uran:

²³⁸U + n →²³⁹Im →²³⁹Zum Beispiel →²³⁹Könnte

Die wichtigste Erkenntnis hier ist, dass das Beschießen eines Elements mit Neutronen neue Elemente erzeugen kann, da Neutronen durch einen Prozess namens Neutronen-Beta-Zerfall in Protonen umgewandelt werden können. Das Neutron zerfällt in ein Proton und setzt ein Elektron und ein Antineutrino frei. Das Hinzufügen eines Protons zu einem Atomkern ändert seine Elementidentität.

Kernreaktoren und Teilchenbeschleuniger können Ziele mit Neutronen, Protonen oder Atomkernen beschießen. Um Elemente mit Ordnungszahlen größer als 118 zu bilden, reicht es nicht aus, einem bereits vorhandenen Element ein Proton oder Neutron hinzuzufügen. Der Grund dafür ist, dass die superschweren Kerne so weit im Periodensystem einfach nicht in beliebiger Menge verfügbar sind und nicht lange genug halten, um in der Elementsynthese verwendet zu werden. Forscher versuchen also, leichtere Kerne zu kombinieren, die Protonen haben, die sich zu der gewünschten Ordnungszahl addieren, oder sie versuchen, Kerne herzustellen, die in ein neues Element zerfallen. Leider ist es aufgrund der kurzen Halbwertszeit und der geringen Anzahl von Atomen sehr schwierig, ein neues Element nachzuweisen, geschweige denn das Ergebnis zu verifizieren. Die wahrscheinlichsten Kandidaten für neue Elemente werden die Ordnungszahlen 120 und 126 sein, da angenommen wird, dass sie Isotope haben, die lange genug bestehen, um entdeckt zu werden.

Superschwere Elemente in Sternen

Wenn Wissenschaftler die Fusion verwenden, um superschwere Elemente zu erzeugen, stellen Sterne sie dann auch her? Niemand weiß die Antwort genau, aber es ist wahrscheinlich, dass Sterne auch Transurane herstellen. Da die Isotope jedoch so kurzlebig sind, überleben nur die leichteren Zerfallsprodukte lange genug, um nachgewiesen zu werden.

Quellen

• Fowler, William Alfred; Burbidge, Margaret; Burbidge, Geoffrey; Hoyle, Fred (1957). 'Synthese der Elemente in Sternen.' Rezensionen der modernen Physik . Vol. 29, Ausgabe 4, S. 547–650.
• Greenwood, Norman N. (1997). 'Jüngste Entwicklungen bezüglich der Entdeckung der Elemente 100–111.' Reine und Angewandte Chemie. 69 (1): 179–184. doi:10.1351/pac199769010179
• Heenen, Paul-Henri; Nazarewicz, Witold (2002). 'Suche nach superschweren Kernen.' Europhysics Nachrichten . 33 (1): 5–9. doi:10.1051/epn:2002102
• Lougheed, R. W.; et al. (1985). 'Suche nach superschweren Elementen mit⁴⁸Als +²⁵⁴Esg-Reaktion.' Körperliche Überprüfung C . 32 (5): 1760–1763. doi:10.1103/PhysRevC.32.1760
• Silva, Robert J. (2006). 'Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium.' In Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (Hrsg.). Die Chemie der Actinid- und Transactinid-Elemente (3. Aufl.). Dordrecht, Niederlande: Springer Science+Business Media. ISBN 978-1-4020-3555-5.