Bảng tuần hoàn hóa học có thêm 4 nguyên tố mới, chu kỳ 7 đã được lấp đầy
Bảng tuần hoàn hóa học
Cùng với việc công nhận nguyên tố 113 là nguyên tố hóa học, IUPAC cũng đã chính thức đưa 3 nguyên tố khác với số hiệu nguyên tử lần lượt là 115, 117 và 118 vào bảng tuần hoàn. Đây được xem như một "bản cập nhật lớn" của bảng tuần hoàn tính từ năm 2011, khi 114 và 116 được đưa vào và giờ đây, chu kỳ 7 đã được lấp đầy, bảng tuần hoàn đã trở nên đầy đặn hơn, giới hạn kiến thức của nhân loại lại được tiến thêm một bậc nhỏ và tài năng "tiên tri" cách đây gần 200 năm của Mendeleev lại một lần nữa được khẳng định.
Sau khi xem xét các nghiên cứu hóa học đệ trình bởi các nhà khoa học đến từ Mỹ, Nhật và Nga, Liên minh Quốc tế về Hóa học cơ bản và ứng dụng (IUPAC) đã xác nhận 4 nguyên tố mang số hiệu nguyên tử 113, 115, 117 và 118 là đáp ứng các tiêu chí để trở thành nguyên tố mới được phát hiện. Đây đều là những nguyên tố nặng nhất trong bảng tuần hoàn và chưa từng được thấy tồn tại bên ngoài phòng thí nghiệm. Nguyên nhân là do chúng rất kém bền vững, chỉ có thể tạo ra trong phòng thí nghiệm bằng cách tổng hợp từ các hạt nhân nhẹ hơn và thật ra, chúng chỉ tồn tại chưa đến một giây trước khi bị vỡ ra thành các nguyên tố khác.
Bảng tuần hoàn hóa học mới
Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học mới được cập nhật với chu kỳ 7 đã được lấp đầy.
Hồi năm 2011, các nhà nghiên cứu đã tìm ra flerovium (số hiệu nguyên tử 114) và livermorium (số hiệu nguyên tử 116) và đưa nó vào bảng tuần hoàn. Bây giờ, thêm 4 nguyên tố nữa tiếp tục được lấp vào với các tên tạm gọi trước giờ là ununtrium (Uut, 113), ununpentium (Uup, 115), ununseptium (Uus, 117), và ununoctium (Uuo, 118). Trong vài tháng tới, những nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra các nguyên tố này sẽ đề xuất những tên gọi mới cho chúng.
Và hãy còn nhớ tính từ lúc bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học được Mendeleev tạo ra hồi năm 1869, nó vẫn còn rất nhiều chỗ trống, tuy nhiên dần dần các nhà khoa học thế hệ sau đã dần dần lấp vào các khoảng trống đó và cho tới nay, nó đã tương đối đẹp và đầy đặn. Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng hiện nó vẫn chưa được hoàn thành và vẫn còn rất nhiều câu hỏi xung quanh các nguyên tố tưởng chừng đơn giản nhưng đã cấu tạo nên vũ trụ này.
IUPAC lưu ý rằng, cần phải có một cách hữu hiệu hơn để đo lường số hiệu nguyên tử các nguyên tố một cách nhanh chóng và trực tiếp hơn. Được biết nhóm nghiên cứu Nhật chưa muốn dừng lại ở 113 mà còn muốn tiến xa hơn, họ hy vọng sẽ tiếp tục phát hiện ra các nguyên tố từ 119 trở đi và thậm chí là "hòn đảo ổn định" vốn là giả thuyết làm đau dầu các nhà hóa học hiện nay.
Bảng tuần hoàn hóa học có bao nhiêu nguyên tố?
Theo mô hình dự đoán trước giờ thì nguyên tố nặng nhất sẽ có 126 proton. Nếu cao hơn thì hạt nhân nguyên tử sẽ không còn đủ độ ổn định để tồn tại. Đồng thời, người ta dự đoán rằng có tồn tại một khu vực "hòn đảo ổn định" - nằm đâu đó trên bảng tuần hoàn - nơi mà các nguyên tố siêu nặng thuộc nhóm này có khả năng bị phân rã ít hơn. Tuy nhiên, tới nay thì khu vực này vẫn còn lá bí ẩn.
Các nhà khoa học đã tạo ra nguyên tố mới như thế nào?
Hồi năm 2012, các nhà khoa học Đức đã tiến hành dự án tạo ra nguyên tố nặng nhất từng được biết tới trong vũ trụ tính tới hiện tại với số hiệu nguyên tố là 119. Trong suốt 5 tháng, họ đã cho hợp nhất hạt nhân của 2 nguyên tố nhẹ hơn nhằm tạo thành một nguyên tử lớn hơn với số proton là 119. Quá trình này cũng tương tự như việc tổng hợp các nguyên tố siêu nặng khác (có từ 103 proton trở lên), nguyên tố 119 được tạo thành chỉ tồn tại chưa tới 1 giây và sẽ phân rã thành các nguyên tố khác nhẹ hơn.
Thật ra, trong quá khứ các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra các nguyên tố siêu nặng kiểu này đã giành được thành tựu (trong chiến tranh lạnh, các nhà khoa học Mỹ và Nga cũng từng ganh đua nhau trong việc phát hiện ra các nguyên tố này), đông thời để có hiểu biết thêm về đặc tính của hạt nhân nguyên tử. Trở lại nghiên cứu của các nhà khoa học Đức, sau 5 tháng thí nghiệm, họ bắt đầu phân tích hàng terabytes dữ liệu thu được nhằm tìm dấu hiệu của nguyên tố 119. Nếu có bằng chứng được phát hiện, họ chẳng những giành được quyền đặt tên nó mà còn một bước ngoặt khác lớn hơn: mở ra thêm 1 chu kỳ (dòng) mới trong bảng tuần hoàn: chu kỳ thứ 8.
Các nhà khoa học đã tiến hành dự án tạo ra nguyên tố nặng nhất từng được biết tới trong vũ trụ tính tới hiện tại với số hiệu nguyên tố là 119.
1. Gia tốc hạt
Các nhà khoa học sẽ dùng máy gia tốc hạt tuyến tính tại Trung tâm nghiên cứu ion nặng GSI Helmholtz đặt tại Darmstadt, Đức để gia tốc cho một chùm tia Titan ion hóa trong một ống dài gần 122 mét với tốc độ 29.951.680m/s, khoảng 1/10 vận tốc ánh sáng.
2. Va chạm
Trong suốt 5 tháng, chùm tia Titan ion hóa sẽ được ngắm và cho đập vào hạt nhân nguyên tử berkeli. Các nhà khoa học dự đoán rằng sẽ có 1 trong số vài tỷ cú va chạm, một hạt nhân titan với 22 proton sẽ va chạm đúng vào mục tiêu là hạt nhân berkeli 96 proton tại 1 tốc độ và vị trí cụ thể, sau đó xảy ra hợp hạch hạt nhân và tạo thành nguyên tử mới có 119 proton.
3. Cách ly
Hạt nhân siêu nặng mới nếu được tạo thành sẽ có nguyên tử khối lớn hơn và sẽ di chuyển chậm hơn, chỉ bằng 2% vận tốc ánh sáng. Đồng thời, hạt nhân mới này sẽ có phản ứng với từ trường. Bằng cách sử dụng một nam châm cực mạnh, các nhà khoa học có thể sẽ mang nguyên tố 119 ra khỏi đám titan và đưa tới máy dò.
4. Phát hiện
Hạt nhân nguyên tử 119 sẽ được đưa vào trong máy dò silic. Do 119 là một nguyên tố phóng xạ nên khi ở trong máy dò, người ta dự đoán rằng nó sẽ phát ra các hạt alpha (2 proton và 2 neutron) . Và máy dò nếu phát hiện ra các phân rã này thì đồng nghĩa với việc các nhà khoa học đã chứng minh được sự tồn tại của nguyên tố mới. Nói thì có vẻ đơn giản thế nhưng thật ra, cho tới giờ các nhà khoa học không riêng gì Đức mà nhiều nơi khác trên thế giới vẫn chưa làm thành công.
Sơ lược lịch sử việc phát hiện ra các nguyên tố siêu nặng trong bảng tuần hoàn
Người ta dự đoán rằng có tồn tại một khu vực "hòn đảo ổn định" - Nơi mà các nguyên tố siêu nặng thuộc nhóm này có khả năng bị phân rã ít hơn.
1. Số hiệu nguyên tử 43 - Technetium
Đây là nguyên tố tổng hợp đầu tiên được tạo ra bởi nhà vật lý học Emilio Segrè vào năm 1937. Với chỉ có 43 proton, đây là nguyên tố nhẹ nhất mà không có đồng vị bền.
2. Số hiệu nguyên tử 92 - Uranium
Nguyên tố thuộc họ Actini nằm trong chu kỳ 7, được phát hiện vào năm 1789 bởi nhà hóa học người Đức Martin Heinrich Klaproth nhưng mãi tới hơn 100 năm sau, nhà vật lý học người Pháp Henri Becquerel mới phát hiện ra hiện tượng phóng xạ khi đang sử dụng urani.
3. Số hiệu nguyên tử từ 93 - 103 - Neptunium–Fermium
Vào năm 1940, các nhà vật lý học tại Berkeley đã tổng hợp thành công nguyên tố thứ 93, nguyên tố đầu tiên nặng hơn uranium. Sau đó, nó được đặt tên là neptunium. Tiếp theo, nguyên tố thứ 94 là Plutonium nhanh chóng được phát hiện. Cuối cùng, các nhà vật lý học tiếp tục tạo ra các nguyên tố từ 95 đến 103 từ năm 1940 đến 1961.
4. Số hiệu nguyên tử từ 104 đến 106 - Rutherfordium–Seaborgium
Vào giữa những năm 1966 - 1974, các nhà khoa học Liên Xô và Mỹ đua nhau tạo ra các nguyên tố với số hiệu nguyên tử từ 104 đến 106. Người Mỹ tạo ra 104 đến 106, còn người Nga tạo ra 105.
5. Số hiệu nguyên tử từ 107-112 - Bohrium–Copernicium
Các nhà khoa học tại Trung tâm nghiên cứu ion nặng GSI Helmholtz đặt tại Darmstadt, Đức đã lần đầu tiên xác nhận sự tồn tại của nguyên tố thứ 107 vào năm 1981. Sau đó 15 năm, họ đã tạo ra thêm các nguyên tố 108 - 112.
6. Số hiệu nguyên tử 113 -118 - Ununtrium–Ununoctium
Từ năm 2003 đến nay, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Livermore, Mỹ, phòng thí nghiệm hạt nhân Nga, và phòng thí nghiệm RIKEN, Nhật đã phát hiện, nghiên cứu và tạo ra được các nguyên tố từ 113 đến 118.
7. Số hiệu 119?