Desde a virada do século, seis novos elementos químicos foram descobertos e posteriormente adicionados à tabela periódica dos elementos, o próprio ícone da química. Esses novos elementos têm números atômicos elevados, até 118, e são significativamente mais pesados ​​que o urânio, o elemento com maior número atômico (92) encontrado em maiores quantidades na Terra.



Isto levanta as seguintes questões:quantas mais destas espécies superpesadas estão à espera de serem descobertas? Onde – se é que existe – está um limite fundamental na criação desses elementos? E quais são as características da chamada ilha de maior estabilidade?

Numa revisão recente, especialistas em química e física teórica e experimental dos elementos mais pesados ​​e seus núcleos resumem os principais desafios e oferecem uma nova visão sobre novos elementos superpesados ​​e o limite da tabela periódica.

Um deles é o professor Christoph Düllmann do GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung em Darmstadt, da Universidade Johannes Gutenberg em Mainz e do Helmholtz Institute Mainz (HIM). Na edição de fevereiro, Nature Review Physics apresenta o tema como matéria de capa.

Visualizando uma ilha de estabilidade de núcleos superpesados

Já na primeira metade do século passado, os investigadores perceberam que a massa dos núcleos atómicos é menor do que a massa total dos seus constituintes protões e neutrões. Essa diferença de massa é responsável pela energia de ligação dos núcleos. Certos números de nêutrons e prótons levam a uma ligação mais forte e são chamados de “mágicos”.

Na verdade, os cientistas observaram desde cedo que os prótons e os nêutrons se movem em camadas individuais semelhantes às camadas eletrônicas, sendo os núcleos do metal chumbo os mais pesados, com camadas completamente preenchidas contendo 82 prótons e 126 nêutrons – um núcleo duplamente mágico.

As primeiras previsões teóricas sugeriam que a estabilidade extra dos próximos números "mágicos", distantes dos núcleos conhecidos naquela época, poderia levar a tempos de vida comparáveis ​​à idade da Terra. Isto levou à noção de uma chamada ilha de estabilidade de núcleos superpesados ​​separados do urânio e dos seus vizinhos por um mar de instabilidade.

Existem inúmeras representações gráficas da ilha de estabilidade, retratando-a como uma ilha distante. Muitas décadas se passaram desde que esta imagem surgiu, por isso é hora de olhar de novo para a estabilidade dos núcleos superpesados ​​e ver aonde a jornada até os limites de massa e carga pode nos levar.

Em seu recente artigo intitulado “A busca por elementos superpesados ​​e o limite da tabela periódica”, os autores descrevem o estado atual do conhecimento e os desafios mais importantes no campo desses superpesados. Eles também apresentam considerações importantes para o desenvolvimento futuro.

Elementos até oganesson (elemento 118) foram produzidos em experimentos, nomeados e incluídos na tabela periódica de elementos em instalações de aceleradores em todo o mundo, como no GSI em Darmstadt e no futuro no FAIR, o centro acelerador internacional que está sendo construído em GSI. Esses novos elementos são altamente instáveis, com os mais pesados ​​se desintegrando em segundos, no máximo.

Uma análise mais detalhada revela que o seu tempo de vida aumenta em direção ao número de nêutrons mágicos 184. No caso do copernicium (elemento 112), por exemplo, que foi descoberto no GSI, o tempo de vida aumenta de menos de um milésimo de segundo para 30 segundos. No entanto, o número de neutrões 184 ainda está muito longe de ser alcançado, pelo que os 30 segundos são apenas um passo no caminho.

Como a descrição teórica ainda está sujeita a grandes incertezas, não há consenso sobre onde ocorrerão os tempos de vida mais longos e qual será a sua duração. No entanto, existe um acordo geral de que não são mais esperados núcleos superpesados ​​verdadeiramente estáveis.

Revisando o mapa de elementos superpesados

Isto leva a uma revisão da paisagem superpesada de duas maneiras importantes. Por um lado, chegámos de facto às costas da região de maior estabilidade e confirmámos experimentalmente o conceito de uma ilha de maior estabilidade. Por outro lado, ainda não sabemos quão grande é esta região – para ficarmos com a imagem. Quanto tempo serão os tempos de vida máximos, com a altura das montanhas na ilha representando tipicamente a estabilidade, e onde ocorrerão os tempos de vida mais longos?

A A Natureza Revê a Física O artigo discute vários aspectos da teoria relevante da estrutura nuclear e eletrônica, incluindo a síntese e detecção de núcleos e átomos superpesados ​​em laboratório ou em eventos astrofísicos, sua estrutura e estabilidade, e a localização dos elementos superpesados ​​atuais e previstos na tabela periódica.

A investigação detalhada dos elementos superpesados ​​continua a ser um pilar importante do programa de investigação do GSI Darmstadt, apoiado pela infra-estrutura e experiência do HIM e da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, formando um cenário único para tais estudos.

Ao longo da última década, foram obtidos vários resultados inovadores, incluindo estudos detalhados da sua produção, que levaram à confirmação do elemento 117 e à descoberta do isótopo de vida comparativamente longa lawrencium-266, da sua estrutura nuclear por uma variedade de técnicas experimentais. , da estrutura de suas conchas atômicas, bem como de suas propriedades químicas, onde o fleróvio (elemento 114) representa o elemento mais pesado para o qual existem dados químicos.

Cálculos sobre a produção no cosmos, especialmente durante a fusão de duas estrelas de nêutrons, observada experimentalmente pela primeira vez em 2017, completam o portfólio de pesquisas. No futuro, a investigação de elementos superpesados ​​poderá ser ainda mais eficiente graças ao novo acelerador linear HELIAC, para o qual o primeiro módulo foi recentemente montado na HIM e depois testado com sucesso em Darmstadt, para que ainda mais, ainda mais exótico e, portanto, presumivelmente mais longo núcleos vivos também serão alcançáveis ​​experimentalmente.

Uma visão geral das descobertas de elementos e dos primeiros estudos químicos no GSI pode ser encontrada no artigo "Cinco décadas de descobertas de elementos superpesados ​​e investigação química do GSI", publicado em maio de 2022 na Radiochimica Acta. .

Mais informações: Odile R. Smits et al, A busca por elementos superpesados ​​e o limite da tabela periódica, Nature Reviews Physics (2023). DOI:10.1038/s42254-023-00668-y
Fornecido pela Associação Helmholtz de Centros de Pesquisa Alemães