Gdy odkrywamy nowe pierwiastki

Ostatnio dość często zdarza mi się pisać o najnowszych odkryciach naszych kreatywnych naukowców. Tak będzie i tym razem, choć muszę przyznać, że dzisiaj prezentowana przeze mnie nowinka ze świata nauki jest tylko okazją do opowiedzenia nieco szerszej historii. A tematem dzisiejszego artykułu są zupełnie nowiutkie pierwiastki chemiczne, których odkrycie zostało nie tak dawno potwierdzone. Co to za indywidua? Jak je "odnaleziono"? I co zrobić, by do katalogu pierwiastków dorzucić coś jeszcze? Na te pytania odpowiemy sobie za chwilkę.

Schemat budowy ununoctium (pierwiastek 118). We wnętrzu znajduje się jądro atomowe
złożone z protonów i neutronów, zaś wokół niego istnieje siedem powłok elektronowych
z elektronami ukazanymi w postaci mniejszych kuleczek.

Pierwsze pierwiastki ludzie odkryli już kilka tysięcy lat temu. Aż do epoki oświecenia odkrycia te nie były jednak jeszcze zakrojone na jakąś szczególnie szeroką skalę. Rozwój chemii ruszył z kopyta dopiero w połowie XVIII wieku. W ciągu ostatnich dwóch stuleci udało się zarejestrować niemalże sto nowych pierwiastków, dobijając z ich liczbą do 118. Cztery z nich, o numerkach 113, 115, 117 i 118, zostały uznane przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej w pierwszych dniach stycznia tego roku.

Układ okresowy pierwiastków w wersji z czterema nowoodkrytymi pierwiastkami oraz pierwiastkiem
ununonium (119), którego odkrycia jeszcze nie potwierdzono.

Warto zaznaczyć, że odkrywanie jako takie zakończono w roku 1940. Wszystkie odkryte później pierwiastki nie występowały już w przyrodzie, więc trzeba je było wyprodukować. Z każdym kolejnym "odkrytym" pierwiastkiem produkcja jest jednak coraz trudniejsza (o czym jeszcze opowiem), więc w ostatnich latach na rynku ich poszukiwania wystąpiła znacząca specjalizacja. W latach 90. prym w tej materii wiódł niemiecki Instytut Badań Ciężkich Jonów w Wixhausen. Począwszy od roku 1999 niemalże wszystkie kolejne pierwiastki odkryli naukowcy reprezentujący rosyjski Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych w Dubnej i amerykański Lawrence Livermore National Laboratory. Ich zasługą są także pierwiastki numer 115, 117 i 118. Pierwiastek 113. odkryli natomiast badacze z japońskiego instytutu Riken.

Lawrence Livermore National Laboratory z lotu ptaka. Robi wrażenie, prawda? ;)

Pewnie zastanawiacie się, jakie nazwy noszą nowoodkryte pierwiastki. Już spieszę zaspokoić Waszą ciekawość. Otóż są to kolejno: ununtrium, ununpentium, ununseptium oraz ununoctium. Niezbyt proste do zapamiętania, prawda? Nie martwcie się jednak o to, gdyż nazwy te nie zagrzeją na długo miejsca w układzie okresowym. Są to bowiem jedynie imiona przejściowe, obowiązujące do momentu, kiedy nie wymyśli się czegoś lepszego. Podobne nazwy nosiły niegdyś dzisiejsze roentgen, kopernik, czy też liwermor. A jak można nowe pierwiastki nazwać? Od pewnego czasu utartą regułą jest nadawanie nazw związanych ze słynnymi postaciami świata nauki, bądź miejscami ściśle z nauką powiązanymi - co zobaczyć możecie chociażby na trzech powyższych przykładach.

Schemat przedstawiający budowę atomu kopernika.

Na koniec trzeba jeszcze wyjaśnić, jakie mamy perspektywy na wyprodukowanie kolejnych pierwiastków. Jak zapewne zauważyliście, zapełniliśmy już siódmy okres w tablicy Mendelejewa i kolejne pierwiastki będą już stanowić okres ósmy. Oczywiście wiele instytutów badawczych rozpoczęło już wyścig o odkrycie numerów 119, 120, a nawet dalszych. Tyle że, jak już wcześniej wspominałem, nie będzie to zbyt łatwe. Każdy kolejny pierwiastek jest bowiem coraz mniej trwały. Ununoctium (118) był sobą przez 0,0001 sekundy, po czym zaczął się gwałtownie rozpadać na pierwiastki o mniejszej liczbie atomowej, czyli opatrzone niższym numerkiem. Warto też dodać, że sam proces "produkcji" nie polega tylko na wymieszaniu ze sobą dwóch substancji i poczekaniu na efekty. Nie. Nowe pierwiastki tworzy się poprzez zderzanie jąder atomowych pierwiastków znacznie lżejszych. Prędkość musi być jednak ogromna, zbliżona do prędkości światła. A takie prędkości mogą zapewnić praktycznie tylko akceleratory cząstek, takie jak słynny szwajcarski Wielki Zderzacz Hadronów, i inne im podobne urządzenia.

Wielki Zderzacz Hadronów, największy akcelerator cząstek na świecie. Na zdjeciu lotniczym przy
pomocy kolorowych linii przedstawiono jego położenie (znajduje się on pod ziemią). Ten akcelerator
nie zajmuje się jednak bezpośrednio poszukiwaniem nowych pierwiastków.

No dobra. Tylko skoro to takie trudne, a tworzone pierwiastki nie istnieją nawet przez mgnienie oka, to po co ich poszukujemy? Po kiego grzyba poświęcamy tyle czasu, pieniędzy i energii na uzyskanie atomu, który i tak przestanie istnieć zanim pomyślimy "Udało się"? Działania te wynikają z pewnej hipotezy, która jest dość popularna w środowisku badaczy. Wielu naukowców jest bowiem przekonanych, że gdzieś tam, hen daleko, znajduje się swego rodzaju wyspa stabilności, grupa nieznanych nam jeszcze pierwiastków, które będą w stanie utrzymać się przez kilka godzin, miesięcy, a może nawet i lat. Według niektórych koncepcji takie pierwiastki są już tylko na wyciągnięcie ręki, według innych - daleko nam jeszcze do ich odkrycia. Niemniej jeżeli je już odkryjemy, to z całą pewnością będziemy mogli je w jakiś kreatywny sposób wykorzystać.

Schemat obrazujący koncepcję o wyspie stabilności. Kolorowe słupki przedstawiają stabilność izotopów
różnych pierwiastków. W lewym dolnym rogu mamy pierwiastki już poznane, zaś "wysepka" w prawym
górnym rogu do nasz cel. Ze względu na fakt, że wyspa stabilności jest póki co jedynie teorią, schemat
nie jest zbyt dokładny, a podane wartości mogą nie oddawać w pełni rzeczywistości.

No i co o tym wszystkim myślicie? Czy uda nam się zapełnić ósmy okres tablicy Mendelejewa? Czy uda nam się znaleźć tą przesławną wyspę stabilności? Zachęcam do wypowiedzenia się na ten temat w komentarzach! :)

Zobacz też:
1. Gwiazdy na Ziemi, czyli o energii przyszłości
2. Wikipedia, Spotify, Firefox - skąd te nazwy?
3. Muzea nie z tego świata