¿Por qué la gente piensa que hemos descubierto todos los elementos?

Nadie (al menos nadie serio) afirma que hemos descubierto todos los elementos. A lo largo de los siglos hemos encontrado más de un centenar de ellos. Un elemento se especifica por el número de protones (o electrones). Ambos vienen solo en múltiplos enteros. A partir del hidrógeno, cada elemento conocido en la tabla periódica contiene un protón más que el anterior. La tabla periódica está “llena” en el sentido de que es imposible concebir un elemento nuevo que pueda encajar en algún lugar entre los elementos conocidos. Al igual que no puedes ajustar más enteros menores que 5 y mayores que 1 en la secuencia 1, 2, 3, 4, 5. Se toman todos los lugares.

Entonces, ¿qué hay de agregar nuevos elementos al final de la tabla periódica? Bueno, es exactamente lo que hacen algunos físicos nucleares: crean elementos cada vez más pesados. Es por eso que se agregaron cuatro elementos nuevos (con nombres oficiales) el mes pasado: Oganesson, Nihonium, Tennessene y Moscovium. La búsqueda continúa y todos esperan que se descubran nuevos elementos en un futuro previsible.

Este esfuerzo no es fácil. Los protones son fermiones y están cargados positivamente. Naturalmente, no tienden a agruparse. Lo que los une es la fuerte interacción nuclear. Pero mientras que la repulsión electrostática de Coulombic es de largo alcance (cayendo con el cuadrado de la distancia entre dos protones), la atracción es de corto alcance (puede describirse como caída de forma exponencial). Sin embargo, por encima de un cierto límite, la interacción atractiva entre protones no es suficiente para unir el núcleo. Cada protón siente solo la atracción de sus vecinos más cercanos, mientras que al mismo tiempo la repulsión de todos los otros protones en el núcleo. Cuando hay demasiados protones presentes en un núcleo espacialmente grande, la repulsión de Coulomb domina la atracción y el átomo es inestable.

Afortunadamente, existen neutrones. Los neutrones también interactúan con los protones (y ellos mismos) a través de la fuerza nuclear fuerte atractiva, pero no agregan repulsión adicional. Por lo tanto, actúan como un pegamento, sosteniendo núcleos pesados juntos. Pero a medida que aumentamos el número de protones en los núcleos, nos encontramos con problemas similares. Para cada protón necesitamos agregar un número cada vez mayor de neutrones. Todas estas partículas hacen que el núcleo sea más grande, lo que aumenta la distancia promedio entre protones, lo que permite que la repulsión de Coulomb de largo alcance domine. Todos los elementos anteriores al plomo son por naturaleza inestables, son radioactivos. La vida media se reduce drásticamente a medida que aumentamos el número de protones, de varios miles de millones de años a microsegundos (por supuesto, hay muchos más efectos que ignoro que causan una fuerte variación en las tendencias de las que hablamos).

Esto significa que los científicos solo pueden tener la esperanza de crear nuevos elementos en segundos divididos. Por lo general, bombardeando átomos muy pesados con núcleos más pequeños, con la esperanza de que algunos de los nucleones se mantengan unidos durante una millonésima de segundo, y luego se desplacen a través de grandes volúmenes de datos para encontrar los pocos átomos que podrían haber existido allí en un abrir y cerrar de ojos. Hay especulaciones sobre una llamada isla de estabilidad: por encima de un cierto número de nucleones, se esperan elementos más estables. Pero lo más probable es que ya se hayan descubierto todos los elementos estables (isótopos de).