Fundația patrimoniului Atomic a primit recent un videoclip istoric care arată unii dintre oamenii de știință celebri care au condus cursa pentru a descoperi noi elemente chimice. Videoclipul descrie descoperirea lui mendelevium sau a elementului 101. Produs și povestit de Claude Lyneis, fizician pensionar la Laboratorul Național Lawrence Berkeley, videoclipul evidențiază instrumentele și tehnicile folosite de oamenii de știință în descoperirea lor interesantă. Faceți clic aici sau derulați în jos pentru a vedea videoclipul.
căutarea elementelor transuranice
oamenii de știință caută elemente noi de sute de ani. Când Dmitri Mendeleev a organizat elementele cunoscute conform unui sistem periodic sau repetat în anii 1860, au existat lacune, elemente încă necunoscute, dar cu proprietăți care ar putea fi prezise de relația lor cu vecinii chimici apropiați. Tabelul lui Mendeleev a fost extins de atunci pentru a încorpora elemente noi dincolo de cele postulate de Mendeleev. Astfel de elemente includ uraniu, plutoniu și mendeleviu.
Uraniul are unul dintre cele mai mari numere atomice, 92, dintre orice element natural de pe pământ. Elemente dincolo de uraniu, elementele transuranice, au existat pe pământ după formarea sa, dar timpul lor de înjumătățire mai scurt a dus la dispariția lor în timp. Descoperirea elementelor transuranice a avut loc astfel în laborator. În timp ce urme de două elemente transuranice—neptuniu și plutoniu—au fost descoperite în natură, ambele au fost sintetizate înainte de a se constata că apar în mod natural.
Dmitri Mendeleev
primele încercări de a produce aceste elemente transuranice au început cu Enrico Fermi, Emilio Segri și colegii lor din Roma. În 1934, la scurt timp după ce neutronul a fost descoperit de James Chadwick, Fermi și colegii săi au folosit neutroni pentru a bombarda uraniul, după care au observat noi produse radioactive. La început, ei au crezut că acestea sunt elemente noi. Cu toate acestea, experimentele lui Otto Hahn și Fritz Strassmann au indicat că erau izotopi ai unor elemente mai mici, cunoscute anterior, rezultate din divizarea nucleului de uraniu. Aceste experimente au inaugurat Epoca atomică și, pentru o vreme, fizicienii s-au concentrat pe studierea acestui fenomen nou descoperit de fisiune.
elementele transuranice au fost sintetizate folosind aceeași metodă generală pe care Fermi și Segra au folosit-o în experimentele lor la începutul anilor 1930. Când o particulă mai mică se ciocnește cu un nucleu greu, nucleul se poate rupe în bucăți mai mici, un proces numit fisiune, sau cele două corpuri se pot fuziona pentru a forma un element mai greu. Coliziunile particulelor la viteze mari au dus la descoperirea unui număr mare de elemente grele. Totuși, aceasta nu este o sarcină simplă. A fost nevoie de noi tehnici și materiale și mult noroc pentru a sintetiza mai întâi aceste elemente.
descoperirea lui Mendelevium
în capitolul lor scris pentru noua Chimie, Glenn T. Seaborg și Walter D. Loveland a descris descoperirea mendeleviului ca fiind „una dintre cele mai dramatice din secvența sintezelor elementelor transuranice.”În special”, a fost primul caz în care a fost produs un element nou și a identificat câte un atom la un moment dat.”
descoperirea lui Mendelevium a început cu o explozie sau, mai precis, cu o explozie în Pacificul de Sud. În 1952, primul dispozitiv termonuclear, Ivy Mike, a fost aruncat pe atolul Eniwetok, o explozie de zece megatone care a trimis un nor radioactiv de peste 130.000 de metri în aer. Probele din acel nor au fost duse în laboratoarele din Statele Unite, unde au fost descoperite două elemente noi printre resturi—elementele 99 și 100, numite ulterior einsteinium și, respectiv, fermium.
aceste descoperiri au fost făcute în mijlocul unei alte rase nucleare care se desfășoară la mijlocul secolului al XX-lea, una pentru a descoperi noi elemente. În Statele Unite, cercetătorii de frunte au fost concentrați la laboratorul de radiații de la Universitatea din California, Berkeley, sub conducerea lui Ernest Lawrence. Folosind ciclotronul de 60 de inci al lui Lawrence, cercetătorii au alergat să găsească dovezi pentru elemente noi. Aceste elemente noi, sperau, vor debloca secretele atomului și vor deschide noi domenii de cercetare, așa cum a făcut descoperirea plutoniului în 1940.
folosind un miliard de atomi de einsteiniu-253 formați într—un reactor din Idaho prin iradierea plutoniului cu neutroni, echipa de oameni de știință—care a inclus Albert Ghiorso, Stanley G. Thompson, Bernard G. Harvey, Gregory R. Choppin și Seaborg-a conceput un plan pentru a produce un nou element, elementul 101. În primul rând, atomii de einsteiniu au fost răspândiți pe o folie subțire de aur. Deoarece einsteinium are un timp de înjumătățire de aproximativ trei săptămâni, oamenii de știință au avut doar aproximativ o săptămână după ce au primit elementul pentru a-și efectua experimentele.
colectarea foliei de aur care conține urme de mendelevium.
când Ghiorso a calculat numărul aproximativ de atomi ai elementului 101 care ar fi creat atunci când folia de aur a fost bombardată cu particule alfa, el a găsit Numărul mult mai mic decât spera. Conform calculelor lui Ghiorso, doar aproximativ un atom al noului element 101 ar fi creat pentru fiecare trei ore folia de aur a fost bombardată de particule alfa.
pentru a separa cantitatea inimaginabil de mică a noului element care ar fi produs în experiment, oamenii de știință au creat o a doua bucată de folie de aur în spatele primei pentru a prinde atomii care ar fi slăbiți de impactul particulelor alfa. Această bucată de folie a fost grăbită pe deal de la ciclotron la Laboratorul Rad, unde a fost dizolvată și analizată. Timpul de înjumătățire al elementului 101 a fost de ordinul orelor, așa că a fost o cursă pentru a descoperi noul element înainte de a dispărea din nou.
în primele ore ale dimineții din 19 februarie 1955, oamenii de știință au văzut cinci numere de fisiune, un produs al divizării preluat de unul dintre numeroșii detectori, caracteristic elementului 101 și opt din elementul 100, fermiu. Aceasta a fost dovada concludentă de care aveau nevoie; elementul 101 nu mai era necunoscut. Descoperirea celui mai greu atom cunoscut atunci a fost anunțată la sfârșitul lunii aprilie 1955. Într-un comunicat de presă emis de universitate, a fost evidențiată natura interesantă a descoperirii: „Atomii noului element ar fi putut fi cele mai rare unități de materie care au existat pe pământ de aproape 5 miliarde de ani…cei 17 atomi ai noului element s-au descompus, desigur, iar elementul” nou ” este din nou dispărut. Oamenii de știință și-au publicat descoperirea în numărul din iunie 1955 Al Physical Review Letters, numind elementul lor „mendelevium” în onoarea lui Dmitri Mendeleev și a tabelului său periodic.
în 1967, a fost descoperit un nou izotop al mendeleviului, care la acea vreme a preluat drept cel mai greu atom cunoscut oamenilor de știință. Cu toate acestea, ceea ce a fost mai interesant a fost timpul de înjumătățire al izotopului: Mendelevium-258 va dura în laborator luni de zile, ceea ce a sporit dramatic oportunitățile de studiu suplimentar al elementelor grele și al proprietăților lor. Despre potențialul altor elemente grele cu timp de înjumătățire lung, Seaborg a spus: „vor adăuga incomensurabil înțelegerii noastre de bază a structurii nucleare. Nu știu încă ce va însemna în termeni practici, dar nu știam la ce ar fi bun plutoniul când a fost descoperit cu ani în urmă și acum alimentează navele.”Există șaisprezece izotopi cunoscuți ai mendeleviului.
videoclipul
Bug-ul VW supraîncărcat al lui Ghiorso conduce proba la Laboratorul Rad.
o parte din cele 18 minute de filmare filmate de KQED, un post public de radiodifuziune din nordul Californiei, videoclipul descrie descoperirea lui mendelevium ca fiind reconstituită de unii dintre aceiași oameni de știință care au efectuat experimentele. Videoclipul prezintă dramatic abilitatea și viteza necesare pentru a sintetiza noul element și călătoria dramatică de la ciclotron la Laboratorul Rad din bug-ul VW supraalimentat al lui Ghiorso.
aceste tehnici au pus echipa Berkeley în fruntea descoperirii elementare. Lucrarea lui Seaborg și Ghiorso a dus la descoperirea a peste o duzină de elemente noi și a ajutat la extinderea și schimbarea formei tabelului periodic, adăugând și completând ceea ce este acum seria actinidelor. Deși este posibil ca filmările să fi fost inițial filmate pentru un documentar despre tehnicile experimentale ale laboratorului Rad, nu se știe dacă filmările au fost lansate vreodată înainte de descoperirea Domnului Lyneis.
videoclipul a fost găsit de Lyneis, fost Director de operațiuni și dezvoltare la Laboratorul Berkeley unde au fost efectuate experimentele, într-o cutie de filme care se îndreptau spre gunoi. Lyneis a editat videoclipul pentru a adăuga efecte sonore și narațiune, explicând tehnicile folosite de Ghiorso și colegii săi în urmă cu peste șaizeci de ani. Cutia conținea, de asemenea, o înregistrare a celebrării a 25 de ani de la Hanford, pe care Lyneis a donat-o și Fundației Atomic Heritage și poate fi văzută aici.
începând cu 2016, nu mai există lacune în primele șapte rânduri ale tabelului periodic. Extinderea viitoare rămâne incertă, dar căutarea de noi elemente continuă până în prezent. Fundația Atomic Heritage îi este recunoscătoare Dr. Lyneis pentru munca sa și explicațiile acestei descoperiri revoluționare.