Hồi năm ngoái, các nhà khoa học ở Đức đã bắt đầu tiến hành tạo ra nguyên tố nặng nhất được biết trong vũ trụ: nguyên tố 119. Trong 5 tháng, họ đã nỗ lực hợp nhất các nguyên tử thuộc hai nguyên tố nhẹ hơn để tạo ra một nguyên tử lớn với 119 proton trong hạt nhân của nó. Giống như những nguyên tố siêu nặng được điều chế nhân tạo khác (những nguyên tố có 103 proton trở lên), nguyên tố 119 sẽ phân hủy trong một phần nhỏ của một giây. Các nhà khoa học phấn đấu tạo ra những nguyên tố ngày càng nặng hơn để giành lấy sự tán dương (các nhà khoa học người Mĩ và Liên Xô thường xuyên kình địch với nhau về những khám phá của họ thời Chiến tranh Lạnh) và tìm hiểu quá trình chi phối hành trạng của hạt nhân nguyên tử. Kể từ khi mở màn thí nghiệm của họ hồi cuối năm ngoái, các nhà nghiên cứu người Đức đã và đang sàng lọc hàng terabyte dữ liệu để tìm kiếm vết tích của nguyên tố 119. Nếu họ tìm thấy bằng chứng, thì các nhà khoa học này không những giành được quyền đặt tên cho nó, mà họ sẽ còn làm một việc quan trọng hơn: thêm vào một hàng mới cho bảng tuần hoàn hóa học.
Cách tạo ra nguyên tố 119. Ảnh: Jim Kopp
Công thức cho nguyên tố 119
1) Gia tốc
Một máy gia tốc hạt thẳng tại Trung tâm Nghiên cứu Ion Nặng GSI Helmholtz ở Darmstadt, Đức, gia tốc một chùm titanium ion hóa vào một cái ống dài 400 foot đến tốc độ hơn 67 triệu dặm/giờ - bằng 10% tốc độ ánh sáng.
2) Va chạm
Trong 5 tháng, chùm titanium ion hóa đã lao vào một tấm bia khảm các nguyên tử berkelium. Các nhà khoa học dự đoán, cứ với vài tỉ va chạm, một nguyên tử titanium (có 22 proton) va chạm với bia ở tốc độ và vị trí hợp lí để hợp nhất với một nguyên tử berkelium (có 97 proton) tạo ra một nguyên tử mới với 119 proton.
3) Phân tách
Các nguyên tử siêu nặng mới được tạo ra thì nặng hơn và chậm hơn nhiều (tốc độ chỉ bằng 2% tốc độ ánh sáng) so với nguyên tử titanium ion hóa. Chúng cũng phản ứng khác đi với từ trường. Sử dụng những nam châm mạnh, các nhà khoa học có thể lái nguyên tố 119 ra khỏi titanium và hướng về một detector.
4) Phát hiện
Các nguyên tử thuộc nguyên tố 119 tự ghim chúng vào một detector silicon. Nguyên tố mới có tính phóng xạ và trong khi nó ở trong detector, nó giải phóng các hạt alpha – gồm 2 proton và 2 neutron – theo một kiểu có thể dự đoán được. Detector ghi nhận những phân hủy này, và các nhà khoa học sử dụng nó để chứng minh sự tồn tại của nguyên tố mới.
Một vài con số
4 là số lượng nguyên tố đã biết chưa có tên đặt chính thức.
11 là số lượng nguyên tố chiếm 99,9% số nguyên tử có trong cơ thể người.
118 là số nguyên tố đã được xác nhận.
177 là số neutron có trong hạt nhân của nguyên tố 119.
200 là số micro giây được dự đoán là chu kì bán rã của nguyên tố 119.
Lược sử khám phá các nguyên tố nặng
1) Số 43: Technetium
Emilio Segrè tạo ra technetium, nguyên tố được điều chế nhân tạo đầu tiên, vào năm 1937. Với chỉ 43 proton, nó là nguyên tố nhẹ nhất không có đồng vị nào bền.
2) Số 92: Uranium
Hơn 100 năm trôi qua kể từ khi uranium được nhận dạng vào năm 1789, nhà vật lí người Pháp Antoine Becquerel mới khám phá ra các tính chất phóng xạ của nó vào năm 1896.
3) Số 93 – 103: Neptunium – Fermium
Vào năm 1940, các nhà vật lí tại Berkeley đã tạo ra nguyên tố 93, nguyên tố đầu tiên nặng hơn uranium. Sau đó nó được đặt tên là neptunium. Plutonium, nguyên tố 94, nhanh chóng được tạo ra sau đó. Các nhà vật lí đã tạo ra các nguyên tố từ 95 đến 103 vào các năm từ 1940 đến 1961.
4) Số 104 – 106: Rutherfordium–Seaborgium
Từ năm 1966 đến 1974, các nhà nghiên cứu người Liên Xô và Mĩ đã đua nhau tạo ra các nguyên tố từ 104 đến 106. Người Mĩ giành vinh quang với 104 và 106; người Nga giành thắng lợi với 105.
5) Số 107 – 112: Bohrium – Copernicum
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Ion Nặng GSI Helmholtz ở Đức là những người đầu tiên xác nhận nguyên tố 107 vào năm 1981. Trong hơn 15 năm sau đó, họ đã tạo ra các nguyên tố từ 108 đến 112.
6) Số 113 – 118: Ununtrium – Ununoctium
Từ năm 2003 đến 2011, các nhà khoa học thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Livermore ở Mĩ và Liên viện Nghiên cứu Hạt nhân ở Nga đã hợp tác khám phá ra các nguyên tố từ 113 đến 118.
7) Số 119
Đang chờ khám phá.
Những câu hỏi thường gặp
Có bao nhiêu nguyên tố hóa học?
Các mô hình dự đoán rằng nguyên tố nặng nhất sẽ có tới 126 proton. Cao hơn thế thì hạt nhân nguyên tử rất không bền nên khó tồn tại. Các mô hình cũng đề xuất một hòn đảo ổn định – các nguyên tử trong bảng tuần hoàn hóa học có hạt nhân ít bị phân hủy phóng xạ hơn – nằm ở đâu đó giữa những nguyên tố siêu nặng.
Ai đặt tên cho các nguyên tố?
Hiệp hội Hóa học và Hóa học Ứng dụng Quốc tế phê chuẩn tên của từng nguyên tố. Quá trình mất hàng năm trời, một phần vì các nhóm nghiên cứu phải xác thực các kết quả thực nghiệm ban đầu. Trong khi chờ đợi tên đặt chính thức của chúng, các nguyên tố siêu nặng được gọi theo tên Latin. Nguyên tố 117 được gọi là ununseptium, ghép từ tiếng Latin có nghĩa là một-một-bảy.
Nguồn: Popular Science (tháng 5/2013)
