Автор фото, AFP via Getty Images
Підпис до фото, У 2016 році до періодичної таблиці було додано чотири елементи, включно із елементом 113 (нігоній), який був відкритий в Інституті Рікен у Японії
Востаннє періодичну таблицю елементів було оновлено десятиліття тому. Своє місце в ній зайняли елементи 113, 115, 117 та 118. А міжнародний наглядовий орган у галузі хімії зробив унікальний крок: назвав один із елементів на честь живого фізика.
Юрій Оганесян керував російсько-американською дослідницькою групою, яка виявила елемент 118 (оганесон) у 2002 році. Знадобилися роки для верифікації результатів – елемент настільки радіоактивний, що було створено лише кілька його атомів.
Можна поставити запитання: чому за 10 років відтоді не було додано жодного нового елемента, і чи можна коли-небудь вважати періодичну таблицю остаточно сформованою?
Автор фото, International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
Підпис до фото, Періодична таблиця наразі містить 118 елементів у семи рядках без пробілів; два кольорові рядки внизу відокремлені від основної таблиці для зручності відображення
Що таке періодична таблиця
Періодична таблиця – це, по суті, карта хімічних елементів, що складається з численних квадратів, заповнених їхніми скороченнями, також відомими як хімічні символи. Її постійно переробляють.
Елемент – це чиста субстанція, утворена виключно одним типом атомів. Атоми є фундаментальними будівельними блоками матерії та містять ядро, яке зазвичай складається з позитивно заряджених протонів та нейтральних нейтронів, оточене негативно зарядженими електронами. З елементів періодичної таблиці складається все, що нам відомо у Всесвіті, включно з нами самими.
На початку 1800-х років було відкрито багато елементів, але вони не були систематизовані. Декілька вчених прагнули виправити цю ситуацію.
Одним з них був британський хімік Джон Ньюлендс. Він класифікував елементи за атомною вагою (мірою маси атома) і виявив, що кожен восьмий має подібні характеристики. Наприклад, літій, натрій і калій розташовані на відстані восьми позицій один від одного та демонструють схожі взаємодії з водою. Він назвав це законом октав.
Автор фото, Oxford Science Archive/Print Collector via Getty Images
Підпис до фото, Російський хімік Дмитро Менделєєв широко визнаний батьком періодичної таблиці елементів
Російський хімік Дмитро Менделєєв, якого часто називають батьком періодичної таблиці, розвинув ідею повторюваних властивостей, сформулювавши її у так званий періодичний закон.
У 1869 році він заклав основу сучасної періодичної таблиці, розташувавши елементи за їхньою атомною вагою. На відміну від версії Ньюлендса, його таблиця мала прогалини для елементів, які ще не були відкриті. Його робота здобула визнання, коли ці передбачені ним елементи згодом було виявлено.
Сьогодні елементи в періодичній таблиці визначаються та впорядковуються за їхнім атомним номером – кількістю протонів у ядрі. Водень має один протон, тоді як оганесон – 118.
Елементи, що знаходяться в одному вертикальному стовпці, мають подібні хімічні властивості, наприклад, як вони взаємодіють з іншими субстанціями.
Вони часто також демонструють певну закономірність у своїх фізичних характеристиках, таких як температура плавлення, що допомагає вченим прогнозувати їхню поведінку. Інженери, наприклад, можуть використовувати періодичну таблицю для вибору матеріалів при проєктуванні мостів та літаків.
Автор фото, Jiojio via Getty Images
Підпис до фото, Інженерам потрібно дуже ретельно вибирати матеріали з бажаними властивостями, і періодична таблиця може допомогти їм у цьому
Якщо вчений вважає, що він виявив новий елемент, глобальний контролюючий орган, відомий як Міжнародний союз чистої та прикладної хімії (IUPAC), перевіряє його існування, після чого елемент отримує своє місце в таблиці. Цей процес може зайняти роки.
Припускається, що всі природні елементи на Землі вже знайдені, і вони складають значну частину таблиці. Важчі елементи можуть бути штучно синтезовані в лабораторних умовах шляхом комбінування двох легших.
Завдяки прогресу в технологіях вчені змогли додати більше надважких елементів до таблиці. Теоретично, люди могли б продовжувати намагатися синтезувати нові елементи, але це стає дедалі складніше.
Створення нових елементів
Щоб мати можливість поєднати легші елементи для створення дедалі важчих, «нам потрібно залучати все більше енергії, будуючи все більші циклотрони або прискорювачі», — пояснює професор Філ Блоуер, керівник кафедри хімії та біології в Королівському коледжі Лондона.
«Оскільки елементи стають дедалі більшими та важчими, вони стають менш стабільними через протони в ядрі», — зазначає Блоуер.
Автор фото, San Francisco Chronicle/Hearst Newspapers via Getty Images
Підпис до фото, Дослідники з Національної лабораторії імені Лоуренса в Берклі в США успішно створили елемент 116, прискоривши пучок атомів за допомогою 88-дюймового циклотрона, який має 3-метрові бетонні стіни для ізоляції випромінювання
Співвідношення протонів і нейтронів у ядрі визначає, чи буде ядро стабільним чи нестабільним. Позитивно заряджені протони природним чином відштовхуються один від одного, але присутність нейтронів може утримувати їх разом.
«Коли ви створюєте все важчі й важчі елементи, ви додаєте більше протонів до ядра, і щоб воно не розпалося, вам потрібна зростаюча кількість нейтронів», — пояснює доктор Чінція Імберті, керівник групи Imaging Metallomics у Королівському коледжі Лондона.
Елемент може існувати з різною кількістю нейтронів – ці варіації називаються ізотопами. Нестабільні ізотопи є радіоактивними – вони розпадаються, випромінюючи радіацію.
Автор фото, KTSDESIGN/Science Photo Library via Getty Images
Підпис до фото, Атоми складаються з протонів і нейтронів, що утримуються разом у центральному ядрі, а навколо них розташовані електрони
«Усі елементи, важчі за свинець (елемент 82), є радіоактивними, вони за своєю суттю нестабільні та розпадаються», — пояснює доктор Джонатан Рурк, хімік з Університету Кардіффа та почесний професор Університету Ворвіка у Великій Британії.
«Якби ми змогли синтезувати один атом одного з цих елементів, він би недовго існував», — пояснює він.
Це особливо стосується елементів, починаючи з номера 100 (фермій) і далі.
«Ви створюєте декілька атомів, і можете дізнатися трохи про їхні фізичні властивості. Але вони не мають жодного практичного застосування», — пояснює доктор Імберті.
Проте, пошуки наступних елементів, які могли б додати новий рядок до періодичної таблиці, тривають. Численні спроби виявити числа 119 та 120 досі не увінчалися успіхом, але різні дослідницькі команди продовжують свої зусилля.
Вчені стверджують, що дослідження елементів на крайніх межах може надати нам нове розуміння принципів функціонування атомів, меж атомних ядер та можливість перевірити теорії ядерної фізики.
«Потрібно не тільки думати про те, чи зможемо ми це створити, — каже Імберті, — але й про те, чи зможе воно проіснувати достатньо довго, щоб ми могли виявити його в осмисленому сенсі, дізнатися про нього трохи… перш ніж воно зникне».