¿Cómo sintetizaron los científicos los elementos superpesados ​​como Oganesson?

Answer 1

Hermosa pregunta! Todo lo que necesitamos es energía y tiempo. (¡y dinero!)

La forma en que sintetizan elementos superpesados ​​es al golpear dos elementos juntos y esperar que se peguen. Las matemáticas son muy fáciles; si golpeas un átomo con 2 protones en un átomo que tiene 6 protones, obtienes un átomo con 8 protones. Fácil, ¿verdad? Sin embargo, el problema es que, por lo general, la cantidad de neutrones será insuficiente, por lo que se desintegrará inmediatamente antes de que lo detectemos. No puedes simplemente golpear [math] _ {92} [/ math] U con [math] _ {83} [/ math] Bi para crear el elemento 175 porque el número de neutrones para mantener los protones juntos será tan insuficiente, todo el átomo se romperá violentamente. Por lo tanto, lo primero es asegurarse de que haya un número suficiente de neutrones en el elemento sintetizado final.

También hay otro problema. Todos sabemos que los átomos tienen un núcleo interno hecho de protones (carga positiva), mientras que la capa externa está formada por electrones (carga negativa). ¡Los núcleos se repelen! Esto plantea un problema porque tan pronto como los reúnes, se rechazarán. Por lo tanto, normalmente hay que golpearlos a velocidades muy altas para superar esto (alto significa cerca de la velocidad de la luz alta).

¡Otro problema es que el núcleo es tan pequeño en comparación con el átomo! Son tan pequeños que conseguir que dos de ellos se encuentren es una hazaña por sí misma. Un colisionador de átomos no es algo que dejas de la noche a la mañana y ves que has creado Og mañana. Por lo general, hay que dejarlo durante meses o incluso años.

Una vez que hayas superado las dificultades anteriores, ¡felicidades! Tienes tu og. Creo que golpearon a Calcio-48 y Californio-249 juntos para crear Og. El calcio-48 es un isótopo muy raro del calcio y es inusualmente rico en neutrones, por lo que puede ver por qué el Og recién sintetizado duró tanto tiempo. De todos modos, una vez que haces Og, se descompone casi inmediatamente . ¡Sí! Incluso si lo hiciste, ¿cómo puedes estar tan seguro de que es Og? No puedes detectar directamente a Og … entonces, ¿cómo sabían que lo crearon en primer lugar?

La razón es a través de la detección de los subproductos de la desintegración nuclear y su vinculación con otra cadena de desintegración nuclear bien conocida. Una cadena de desintegración nuclear es una cadena de desintegración seguida por un átomo hasta que alcanza la estabilidad. Por ejemplo, la siguiente es la cadena de desintegración nuclear para [math] ^ {238} [/ math] U.

Cadena de desintegración nuclear

Como puede ver arriba, si ha sintetizado un elemento desconocido y se ha descompuesto en [math] ^ {222} [/ math] Ra a través de la desintegración alfa, puede estar muy seguro de que ha sintetizado [math] ^ {230} [/ math] Th si ya conoces la cadena de decaimiento para [math] ^ {222} [/ math] Ra.

En el caso de Oganesson, el resultado resultante [math] ^ {294} [/ math] Og se descompuso en [math] ^ {290} [/ math] Lv a través de la desintegración alfa. [math] ^ {290} [/ math] Lv se descompondrá aún más en otros productos, así que para estar seguro de que fue [math] ^ {294} [/ math] Og que entró en [math] ^ {290} [/ math] Lv, nuevamente creas [math] ^ {290} [/ math] Lv para ver si sigue la misma cadena de decaimiento. Si lo hace, felicidades!

De todos modos, aquí está la cadena de decadencia para Og:

Cadena de decaimiento para [math] ^ {294} [/ math] Og

Answer 2

Hay un tipo especial de acelerador de partículas llamado “acelerador de iones pesados”.

Esencialmente, toma una especie (isótopo) de un elemento químico (isótopo) liviano, costoso y liviano, destrúyalo de modo que pueda acelerar átomos de él utilizando campos electromagnéticos. En este caso, el isótopo ligero era Calcio-48. (El número se refiere a la masa atómica A, no al número atómico Z, más comúnmente presentado en tablas periódicas). No solo es pequeño el radio de un núcleo atómico, sino que es más fácil y barato acelerar predeciblemente muchos átomos más pequeños que los más grandes.

Esta aceleración luego “dispara” sobre un objetivo hecho de un elemento mucho más pesado, en este caso, un elemento transuránico (más allá del uranio) Californio-249. Como todos los elementos superpesados, esto también es radioactivo, pero tiene un núcleo relativamente estable con una vida media calculada / predicha de 349 años.

Hay una pequeña posibilidad de que los átomos se mezclen entre sí en el momento adecuado , generen la partícula correcta y luego los detectores puedan detectarla, por lo que estos experimentos cuestan una buena cantidad de dinero (en facturas de electricidad, prime y personal) y requieren un período de tiempo suficientemente largo para producir resultados estadísticamente significativos. He mantenido esta respuesta deliberadamente ligera en la física.

Eligieron estos elementos por su relativa estabilidad y probabilidad de éxito para sintetizar un nuevo elemento. El recuento de neutrones de un isótopo es importante porque la fuerza nuclear fuerte dirige cómo se comportará la cadena de reacción nuclear. El Sr. Angdembay ya ha mostrado un ejemplo de decaimiento radiactivo: Wikipedia, un proceso un poco más importante para el conocimiento general y la vida cotidiana. La detección de esas huellas es generalmente más fácil que la Oganesson de muy corta vida.

Así que la física básica es comparativamente simple (-ish). Lo que no se dijo fue la historia del asesinato de un dragón que detectó la partícula , que otro laboratorio repitiera sus hallazgos, analice dichos datos, simule para tratar de explicarlo, se asegure de que todo se verifique y sea el primero en publicar los hallazgos …

Debido a que estos procesos se ejecutan en femtosegundos (1 quadrillionth de un segundo), necesita automatizar la mayor parte de la tarea de detección que pueda. Grandes computadoras, grandes datos. No es difícil creer por qué la red mundial comenzó a partir de científicos que trabajan en colisionadores de partículas. Cuando establezcan un laboratorio experimental a gran escala como ese, los científicos ya tendrán una buena idea de lo que podría suceder con los modelos teóricos / computacionales, y sabrán qué longitudes de onda / bandas de energía deben observar en sus sensores. Las computadoras descartarán la mayor parte de los datos inútiles, el ruido y otras interacciones nucleares. Lo que queda, aún es una gran cantidad de adivinanzas y manejo de esos datos; Por lo general, una tarea ingrata realizada por científicos de carrera temprana.

Por favor vea el video del Prof. Sir Martyn Polyakoff al respecto:

Videos periódicos – ver los otros videos en la serie

Answer 3

Normalmente se eligen dos elementos, como el estaño y el calcio en este caso (solo un ejemplo). El átomo del elemento grande es átomos bombardeados del átomo más pequeño. Con suficientes intentos, los átomos se fusionarán, produciendo así el elemento superpesado.

El plomo es muy comúnmente utilizado para este propósito. Luego, se elige un elemento en función de su número atómico para sumar el número deseado de protones.