I fisici del RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science cercheranno di sintetizzare nuovi elementi chimici pesanti osservando le collisioni tra nuclei atomici. Questi esperimenti potrebbero portare allo sviluppo di una nuova chimica.
La tavola periodica, completata grazie alle scoperte fatte nel corso degli anni, è nata da un’idea di Dmitri Mendeleev, che però arrivò alla sistematizzazione di tutti gli elementi esistenti in natura soprattutto grazie al lavoro svolto da altri fisici come Dalton, Newlands e Dobereiner.
La tavola periodica degli elementi o Tavola di Mendeleev è uno degli strumenti di lavoro più importanti a disposizione dei chimici. Le caratteristiche della tavola periodica sono abbastanza semplici su un lato della tavola, sono posti i metalli; dall’altro lato, i non metalli, tra cui i gas nobili detti anche “gas rari”.
Attualmente gli elementi della tavola periodica sono 118, ma gli scienziati sono al lavoro per trovare anche gli elementi chimici pesanti 119 e 120.
Negli ultimi anni, ulteriori scoperte hanno ampliato le nostre conoscenze e ora la tavola periodica comprende anche elementi pesanti sintetizzati in laboratorio.
Nel 2010, il Joint Institute for Nuclear Research a Dubna e il Lawrence Livermore National Laboratory, in California, hanno annunciato di aver ottenuto alcuni atomi di tennesso, che nella tavola periodica è l’elemento 117, all’epoca della sua sintetizzazione conosciuto col nome provvisorio ununseptio.
Nel 2012 è stato completato il settimo periodo della tavola periodica ufficiale dell’IUPAC con l’aggiunta di ulteriori elementi chimici pesanti quali il flerovio (elemento 114) e il livermorio (elemento 116). Il 30 dicembre 2015, sono stati aggiunti anche gli elementi 113, 115, 117 e 118.
I nomi ufficiali di questi ultimi elementi chimici pesanti sintetizzati sono: nihonio, moscovio, tennesso e oganesson. Questi elementi sono stati approvati in modo ufficiale il 28 novembre 2016. Il merito della scoperta dell’elemento 113 è andato agli scienziati del Riken Institute (Giappone).
Oggi esiste una nuova grande possibilità per i fisici nucleari che si occupano della sintetizzazione in laboratorio di ulteriori elementi chimici pesanti, quella di realizzare un’ottavo periodo nella tavola di Mendeleev aprendo nuove prospettive per la chimica.
L’isola di stabilità degli elementi chimici pesanti
Inoltre, questo consentirà di individuare un’isola di stabilità nel mare degli elementi chimici.
L’isola di stabilità descrive la possibilità dell’esistenza di elementi chimici pesanti particolarmente stabili, aventi un “numero magico” di protoni e neutroni.
Questo permetterebbe ad alcuni isotopi di elementi transuranici di essere molto più stabili rispetto ad altri decadendo più lentamente, con un dimezzamento dell’ordine dei minuti o dei giorni. Sono stati ipotizzati tempi di dimezzamento dell’ordine di milioni di anni.
Gli elementi pesanti devono la loro instabilità al numero elevato di protoni che compone il loro nucleo. Ad esempio, l’isotopo più stabile del nichelio con 113 protoni, ha un’emivita di quasi otto secondi, mentre quello di oganesson ha un’emivita di soli 0,7 millisecondi.
Questa tendenza, secondo i teorici, potrebbe cambiare con i nuclei atomici che si trovano oltre l’elemento Oganesson. I teorici si aspettano di poter sintetizzare nuclei particolarmente stabili e di lunga durata che permetteranno reazioni chimiche che si protrarranno molto più a lungo.
Elementi chimici pesanti, nuova chimica
Tuttavia sintetizzare nuovi elementi chimici pesanti è complicato e richiede molto tempo, perciò gli sperimentatori dovranno tenere conto di un gran numero di variabili in quanto produrre un’atomo pesante richiederà più di tre mesi e per ottenerlo dovranno conoscere con estrema precisione la forza repulsiva esistente tra due nuclei quando si avvicinano l’un l’altro a causa della forza attrattiva del potenziale nucleare.
Ora, Taiki Tanaka e i suoi collaboratori hanno misurato questa repulsione sparando piccoli nuclei di neon, magnesio e calcio contro nuclei più grandi di curio e uranio misurandone la dispersione.
Il team ha scoperto che la repulsione è principalmente influenzata dalla deformazione del nucleo più grande, che assume la forma di un pallone da rugby.
Il confronto con le funzioni di eccitazione per produrre elementi chimici pesanti conosciuti suggerisce che sparare il nucleo più piccolo in modo tale che si avvicini al lato deformato del nucleo più grande sarà il modo migliore per produrre nuovi elementi chimici pesanti.
Se questa tendenza vale per i nuclei più pesanti, allora l’energia ottimale del nucleo più piccolo potrà essere calcolata molto accuratamente misurando la repulsione del nucleo più grande, che richiede solo un giorno.
“Da questo studio sistematico, abbiamo proposto un nuovo metodo per stimare l’energia incidente ottimale per sintetizzare un nuovo elemento chimico”, ha spiegato Tanaka.
Il team prevede di utilizzare la scoperta per creare nuovi elementi chimici pesanti. “A breve termine, proveremo a creare nuovi elementi come il 119 o il 120”, ha concluso Tanaka. “In un decennio o due, vogliamo raggiungere l’isola della stabilità, ma non siamo sicuri di dove si trova”.
