À medida que se aproxima o 150º aniversário da formulação da Tabela Periódica de Elementos Químicos, um professor da Michigan State University investiga os limites da mesa em um recente Perspectiva da Física da Natureza .

O próximo ano marcará o 150º aniversário da formulação da tabela periódica criada por Dmitry Mendeleev. De acordo, as Nações Unidas proclamaram 2019 como o Ano Internacional da Tabela Periódica dos Elementos Químicos (IYPT 2019). Aos 150 anos, a mesa ainda está crescendo. Em 2016, quatro novos elementos foram adicionados a ele:nihonium, Moscou, tennessine, e oganesson. Seus números atômicos - o número de prótons no núcleo que determina suas propriedades químicas e sua localização na tabela periódica - são 113, 115, 117, e 118, respectivamente.

Demorou uma década e um esforço mundial para confirmar esses quatro últimos elementos. E agora os cientistas se perguntam:até onde essa mesa pode ir? Algumas respostas podem ser encontradas em um recente Perspectiva da Física da Natureza por Witek Nazarewicz, Hannah Distinguished Professora de Física na MSU e cientista-chefe da Facility for Rare Isotope Beams.

Todos os elementos com mais de 104 prótons são rotulados como "superpesados", e fazem parte de um vasto, terra totalmente desconhecida que os cientistas estão tentando descobrir. Prevê-se que átomos com até 172 prótons possam formar fisicamente um núcleo unido pela força nuclear. Essa força é o que impede sua desintegração, mas apenas por algumas frações de segundo.

Esses núcleos feitos em laboratório são muito instáveis, e se decompõem espontaneamente logo após serem formados. Para os mais pesados ​​que oganesson, isso pode ser tão rápido que os impede de ter tempo suficiente para atrair e capturar um elétron para formar um átomo. Eles passarão a vida inteira como congregações de prótons e nêutrons.

Se esse é o caso, isso desafiaria a maneira como os cientistas hoje definem e entendem "átomos". Eles não podem mais ser descritos como um núcleo central com elétrons orbitando como os planetas orbitam o sol.

E se esses núcleos podem se formar, ainda é um mistério.

Os cientistas estão lenta mas seguramente rastejando para essa região, sintetizando elemento por elemento, sem saber como eles serão, ou onde será o fim. A busca pelo elemento 119 continua em vários laboratórios, principalmente no Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear da Rússia, na GSI na Alemanha, e RIKEN no Japão.

"A teoria nuclear não tem a capacidade de prever com segurança as condições ideais necessárias para sintetizá-las, então você tem que fazer suposições e executar experimentos de fusão até encontrar algo. Desta maneira, voce poderia correr por anos, "disse Nazarewicz.

Embora a nova instalação para feixes de isótopos raros na MSU não vá produzir esses sistemas superpesados, pelo menos dentro de seu design atual, pode lançar luz sobre quais reações podem ser usadas, empurrando os limites dos métodos experimentais atuais. Se o elemento 119 for confirmado, ele adicionará um oitavo período à tabela periódica. Isso foi capturado pelo haicai Elemental por Mary Soon Lee:A cortina vai subir? / Você vai abrir o oitavo ato? / Reivindicar o centro do palco?

Nazarewicz disse que a descoberta pode não estar muito longe:"Em breve. Pode ser agora, ou em dois a três anos. Nós não sabemos. Os experimentos estão em andamento. "

Outra questão interessante permanece. Núcleos superpesados ​​podem ser produzidos no espaço? Pensa-se que estes podem ser feitos em fusões de estrelas de nêutrons, uma colisão estelar tão poderosa que literalmente abala a própria estrutura do universo. Em ambientes estelares como este, onde os nêutrons são abundantes, um núcleo pode se fundir com mais e mais nêutrons para formar um isótopo mais pesado. Teria o mesmo número de prótons, e, portanto, é o mesmo elemento, mas mais pesado. O desafio aqui é que os núcleos pesados ​​são tão instáveis ​​que se rompem muito antes de adicionar mais nêutrons e formar esses núcleos superpesados. Isso atrapalha sua produção em estrelas. A esperança é que, por meio de simulações avançadas, os cientistas serão capazes de "ver" esses núcleos indescritíveis por meio dos padrões observados dos elementos sintetizados.

Conforme os recursos experimentais progridem, os cientistas buscarão esses elementos mais pesados ​​para adicionar à mesa remodelada. Enquanto isso, eles podem apenas se perguntar quais aplicações fascinantes esses sistemas exóticos terão.

"Não sabemos como são, e esse é o desafio ", disse Nazarewicz. "Mas o que aprendemos até agora pode significar o fim da tabela periódica como a conhecemos."

A MSU está estabelecendo o FRIB como uma nova instalação de usuário científico para o Office of Nuclear Physics do Departamento de Energia do Departamento de Ciência dos EUA. Em construção no campus e operado pela MSU, O FRIB permitirá que os cientistas façam descobertas sobre as propriedades de isótopos raros, a fim de melhor compreender a física dos núcleos, astrofísica nuclear, interações fundamentais, e aplicações para a sociedade, inclusive na medicina, segurança interna e indústria.