Het eiland van stabiliteit is die wonderlijke plaats waar zwaar is isotopen van elementen blijf lang genoeg rond om te worden bestudeerd en gebruikt. Het "eiland" bevindt zich in een zee van radio-isotopen die zo snel vervallen in dochterkernen moeilijk voor wetenschappers om te bewijzen dat het element bestond, laat staan de isotoop gebruiken voor een praktische toepassing.
Belangrijkste afhaalrestaurants: eiland van stabiliteit
- De eiland van stabiliteit verwijst naar een gebied van het periodiek systeem dat bestaat uit superzware radioactieve elementen die ten minste één isotoop hebben met een relatief lange halfwaardetijd.
- De nucleair schaalmodel wordt gebruikt om de locatie van de "eilanden" te voorspellen, gebaseerd op het maximaliseren van de bindingsenergie tussen protonen en neutronen.
- Er wordt aangenomen dat isotopen op het "eiland" bestaan "magische nummers" protonen en neutronen waardoor ze enige stabiliteit kunnen behouden.
- Element 126als het ooit wordt geproduceerd, wordt aangenomen dat het een isotoop heeft met een halfwaardetijd die lang genoeg is om te worden bestudeerd en mogelijk te worden gebruikt.
Geschiedenis van het eiland
Glenn T. Seaborg bedacht de uitdrukking "eiland van stabiliteit" eind jaren zestig. Met behulp van het nucleaire schaalmodel stelde hij voor om de energieniveaus van een bepaalde schaal te vullen met het optimale aantal protonen en neutronen zou maximaliseren bindende energie per nucleon, waardoor die specifieke isotoop langer kan hebben halveringstijd dan andere isotopen, die geen gevulde schelpen hadden. Isotopen die nucleaire schillen vullen, hebben zogenaamde "magische getallen" van protonen en neutronen.
Het eiland van stabiliteit vinden
De locatie van het eiland van stabiliteit wordt voorspeld op basis van bekende isotoophalfwaardetijden en voorspelde halfwaardetijden voor elementen die niet zijn waargenomen, gebaseerd op berekeningen die erop zijn gebaseerd dat de elementen zich gedragen zoals die erboven in het periodiek systeem (soortgenoten) en gehoorzamen aan vergelijkingen die verantwoordelijk zijn voor relativistische effecten.
Het bewijs dat het concept van "eiland van stabiliteit" gezond is, kwam toen natuurkundigen element 117 synthetiseerden. Hoewel de isotoop van 117 zeer snel verviel, was een van de producten van de vervalketen een isotoop van lawrencium die nog nooit eerder was waargenomen. Deze isotoop, lawrencium-266, vertoonde een halfwaardetijd van 11 uur, wat buitengewoon lang is voor een atoom met zo'n zwaar element. Eerder bekende isotopen van lawrencium hadden minder neutronen en waren veel minder stabiel. Lawrencium-266 heeft 103 protonen en 163 neutronen, wat duidt op nog niet ontdekte magische getallen die kunnen worden gebruikt om nieuwe elementen te vormen.
Welke configuraties kunnen magische nummers bevatten? Het antwoord hangt af van wie je het vraagt, want het is een kwestie van berekening en er is geen standaardreeks vergelijkingen. Sommige wetenschappers suggereren dat er mogelijk een eiland van stabiliteit is rond 108, 110 of 114 protonen en 184 neutronen. Anderen suggereren een sferische kern met 184 neutronen, maar 114, 120 of 126 protonen werken misschien het beste. Unbihexium-310 (element 126) is "dubbel magisch" omdat het protonnummer (126) en het neutronnummer (184) beide een magisch getal zijn. Hoe je de magische dobbelstenen ook gooit, gegevens die zijn verkregen uit de synthese van elementen 116, 117 en 118 wijzen op een verlenging van de halfwaardetijd naarmate het neutronengetal de 184 naderde.
Sommige onderzoekers geloven dat het beste eiland van stabiliteit zou kunnen bestaan bij veel grotere atoomaantallen, zoals rond elementnummer 164 (164 protonen). Theoretici onderzoeken het gebied waar Z = 106 tot 108 en N ongeveer 160-164 is, wat voldoende stabiel lijkt met betrekking tot bèta-verval en splijting.
Nieuwe elementen maken van het eiland van stabiliteit
Hoewel wetenschappers mogelijk nieuwe stabiele isotopen van bekende elementen kunnen vormen, hebben we niet de technologie om de 120 voorbij te gaan (werk dat momenteel gaande is). Het is waarschijnlijk dat er een nieuwe deeltjesversneller moet worden gebouwd die zich met meer energie op een doelwit kan concentreren. We zullen ook moeten leren om grotere hoeveelheden bekend zwaar te maken nucliden om te dienen als doelen voor het maken van deze nieuwe elementen.
Nieuwe atoomkernvormen
Het gebruikelijke atoomkern lijkt op een massieve bol van protonen en neutronen, maar atomen van elementen op het eiland van stabiliteit kunnen nieuwe vormen aannemen. Een mogelijkheid is een bellenvormige of holle kern, waarbij de protonen en neutronen een soort omhulsel vormen. Het is moeilijk voor te stellen hoe zo'n configuratie de eigenschappen van de isotoop zou kunnen beïnvloeden. Eén ding is echter zeker... er zijn nog nieuwe elementen die ontdekt moeten worden, dus het periodiek systeem van de toekomst zal er heel anders uitzien dan wat we nu gebruiken.