La Fundación del Patrimonio Atómico ha recibido recientemente un video histórico que muestra a algunos de los famosos científicos que lideraron la carrera para descubrir nuevos elementos químicos. El video muestra el descubrimiento de mendelevio, o elemento 101. Producido y narrado por Claude Lyneis, un físico retirado del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el video destaca las herramientas y técnicas utilizadas por los científicos en su emocionante descubrimiento. Haga clic aquí o desplácese hacia abajo para ver el video.
La búsqueda de elementos Transuránicos
Los científicos han estado buscando nuevos elementos durante cientos de años. Cuando Dmitri Mendeleev organizó los elementos conocidos de acuerdo con un sistema periódico, o repetido, en la década de 1860, había huecos, elementos aún no conocidos, pero con propiedades que podían predecirse por su relación con vecinos químicos cercanos. La tabla de Mendeleev se ha ampliado para incorporar nuevos elementos más allá de los postulados por Mendeleev. Tales elementos incluyen uranio, plutonio y mendelevio.
El uranio tiene uno de los números atómicos más altos, 92, de cualquier elemento natural en la tierra. Elementos más allá del uranio, los elementos transuránicos, existieron en la tierra después de su formación, pero sus vidas medias más cortas han llevado a su desaparición con el tiempo. El descubrimiento de los elementos transuránicos ocurrió así en el laboratorio. Si bien se han descubierto en la naturaleza trazas de dos elementos transuránicos, el neptunio y el plutonio, ambos se sintetizaron antes de que se encontraran en la naturaleza.
Dmitri Mendeleev
Los primeros intentos para producir estos elementos transuránicos comenzó con Enrico Fermi, Emilio Segrè, y sus colegas en Roma. En 1934, poco después de que James Chadwick descubriera el neutrón, Fermi y sus colegas utilizaron neutrones para bombardear uranio, tras lo cual observaron nuevos productos radiactivos. Al principio, creían que estos eran elementos nuevos. Sin embargo, los experimentos de Otto Hahn y Fritz Strassmann indicaron que eran isótopos de elementos más pequeños, previamente conocidos, resultantes de la división del núcleo de uranio. Estos experimentos marcaron el comienzo de la era atómica y, por un tiempo, el foco de los físicos se desplazó al estudio de este fenómeno de fisión recién descubierto.
Los elementos transuránicos se sintetizaron utilizando el mismo método general que Fermi y Segrè utilizaron en sus experimentos a principios de la década de 1930. Cuando una partícula más pequeña choca con un núcleo pesado, el núcleo puede romperse en pedazos más pequeños, un proceso llamado fisión, o los dos cuerpos pueden fusionarse para formar un elemento más pesado. Las colisiones de partículas a altas velocidades han llevado al descubrimiento de un gran número de elementos pesados. Sin embargo, no es una tarea sencilla. Se necesitaron nuevas técnicas y materiales, y mucha suerte, para sintetizar primero estos elementos.
El descubrimiento de Mendelevium
En su capítulo escrito para The New Chemistry, Glenn T. Seaborg y Walter D. Loveland describió el descubrimiento de mendelevio como » uno de los más dramáticos en la secuencia de síntesis de elementos transuránicos.»En particular», fue el primer caso en el que se produjo un nuevo elemento e identificó un átomo a la vez.»
El descubrimiento de Mendelevium comenzó con una explosión, o, más específicamente, con una explosión en el Pacífico Sur. En 1952, el primer dispositivo termonuclear, Ivy Mike, fue lanzado en el Atolón Eniwetok, una explosión de diez megatones que envió una nube radiactiva a más de 130.000 pies en el aire. Muestras de esa nube se llevaron a laboratorios en los Estados Unidos, donde se descubrieron dos nuevos elementos entre los desechos: los elementos 99 y 100, más tarde llamados einsteinium y fermium, respectivamente.
Estos descubrimientos se hicieron en medio de otra carrera nuclear que se desarrollaba a mediados del siglo XX, una para descubrir nuevos elementos. En los Estados Unidos, los principales investigadores se concentraron en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, Berkeley, bajo la dirección de Ernest Lawrence. Usando el ciclotrón de 60 pulgadas de Lawrence, los investigadores corrieron para encontrar evidencia de nuevos elementos. Estos nuevos elementos, esperaban, revelarían los secretos del átomo y abrirían nuevas áreas de investigación, como lo hizo el descubrimiento del plutonio en 1940.
Utilizando mil millones de átomos de einsteinio-253 formados en un reactor en Idaho por la irradiación de plutonio con neutrones, el equipo de científicos, que incluía a Albert Ghiorso, Stanley G. Thompson, Bernard G. Harvey, Gregory R. Choppin y Seaborg, ideó un plan para producir un nuevo elemento, el elemento 101. Primero, los átomos de einsteinio se extendieron sobre una fina lámina de oro. Dado que el einsteinio tiene una vida media de aproximadamente tres semanas, los científicos solo tuvieron alrededor de una semana después de recibir el elemento para realizar sus experimentos.
Recogiendo la lámina de oro que contiene trazas de mendelevio.
Cuando Ghiorso calculó el número aproximado de átomos del elemento 101 que se crearían cuando la lámina de oro fuera bombardeada con partículas alfa, descubrió que el número era mucho menor de lo que esperaba. Según los cálculos de Ghiorso, solo se crearía aproximadamente un átomo del nuevo elemento 101 por cada tres horas que la lámina de oro fuera bombardeada por partículas alfa.
Para separar la cantidad inimaginablemente pequeña del nuevo elemento que se produciría en el experimento, los científicos establecieron una segunda pieza de lámina de oro detrás de la primera para atrapar los átomos que se soltarían por el impacto de las partículas alfa. Este pedazo de papel de aluminio fue llevado por la colina desde el ciclotrón hasta el Laboratorio Rad, donde fue disuelto y analizado. La vida media del elemento 101 estaba en el orden de las horas, por lo que fue una carrera para descubrir el nuevo elemento antes de que desapareciera de nuevo.
En las primeras horas de la mañana del 19 de febrero de 1955, los científicos vieron cinco recuentos de fisión, un producto de la división recogido por uno de los muchos detectores, característicos del elemento 101, y ocho del elemento 100, el fermio. Esta era la evidencia concluyente que necesitaban; el elemento 101 ya no era desconocido. El descubrimiento del átomo más pesado entonces conocido fue anunciado a finales de abril de 1955. En un comunicado de prensa emitido por la universidad, se destacó la emocionante naturaleza del descubrimiento: «Los átomos del nuevo elemento pueden haber sido las unidades de materia más raras que han existido en la tierra durante casi 5 mil millones de años The Los 17 átomos del nuevo elemento se descompusieron, por supuesto, y el elemento ‘nuevo’ está extinto para el presente una vez más. Los científicos publicaron su descubrimiento en la edición de junio de 1955 de Physical Review Letters, nombrando su elemento «mendelevium» en honor de Dmitri Mendeleev y su tabla periódica.
En 1967, se descubrió un nuevo isótopo de mendelevio, que en ese momento se convirtió en el átomo más pesado conocido por los científicos. Lo que era más emocionante, sin embargo, era la vida media del isótopo: el mendelevio-258 duraría en el laboratorio durante meses, lo que aumentó drásticamente las oportunidades para un mayor estudio de los elementos pesados y sus propiedades. Sobre el potencial de otros elementos pesados con períodos de semidesintegración largos, dijo Seaborg, » Agregarán inconmensurablemente a nuestra comprensión básica de la estructura nuclear. Aún no se lo que significará en términos prácticos, pero no sabíamos para qué serviría el plutonio cuando se descubrió hace años y ahora está alimentando naves.»Hay dieciséis isótopos conocidos de mendelevio.
El video
El bicho VW sobrealimentado de Ghiorso conduce la muestra al laboratorio Rad.
Parte de 18 minutos de imágenes filmadas por KQED, una estación de radiodifusión pública en el norte de California, el video muestra el descubrimiento de mendelevium recreado por algunos de los mismos científicos que realizaron los experimentos. El video muestra de manera espectacular la habilidad y la velocidad necesarias para sintetizar el nuevo elemento, y el dramático viaje desde el ciclotrón hasta el Laboratorio Rad en el VW Bug sobrealimentado de Ghiorso.
Estas técnicas ponen al equipo de Berkeley a la vanguardia del descubrimiento elemental. El trabajo de Seaborg y Ghiorso llevó al descubrimiento de más de una docena de elementos nuevos, y ayudó a expandir y cambiar la forma de la tabla periódica, agregando y completando lo que ahora es la serie actínidos. Si bien las imágenes pueden haber sido filmadas originalmente para un documental sobre las técnicas experimentales del Laboratorio Rad, no se sabe si las imágenes fueron lanzadas antes del descubrimiento del Sr. Lyneis.
El video fue encontrado por Lyneis, un ex Director de Operaciones y Desarrollo en el laboratorio de Berkeley donde se realizaron los experimentos, en una caja de películas dirigidas a la basura. Lyneis editó el video para agregar efectos de sonido y narración, explicando las técnicas utilizadas por Ghiorso y sus colegas hace más de sesenta años. La caja también contenía una grabación de la celebración del 25 aniversario en Hanford, que Lyneis también donó a la Atomic Heritage Foundation y se puede ver aquí.
A partir de 2016, ya no hay espacios en las primeras siete filas de la tabla periódica. La expansión futura sigue siendo incierta, pero la búsqueda de nuevos elementos continúa hasta el día de hoy. La Atomic Heritage Foundation está agradecida al Dr. Lyneis por su trabajo y explicaciones de este descubrimiento revolucionario.