Hiệp hội Quốc tế Hóa học và Hóa học Ứng dụng (IUPAC) vừa chính thức xác nhận sự tồn tại của bốn nguyên tố mới với số nguyên tử 113, 115, 117 và 118, hoàn tất hàng thứ bảy, hay chu kì bảy, của bảng tuần hoàn hóa học.
Sự tồn tại của các nguyên tố trên đã được công bố bởi các nhà nghiên cứu người Nga và người Mĩ, cũng như một đội nghiên cứu độc lập ở Nhật Bản, trong vài năm trở lại đây, nhưng họ phải chờ sự đánh giá và chấp thuận chính thức từ phía IUPAC. Nay quá trình xác nhận đã hoàn tất, các nhà nghiên cứu sẽ được phép đặt tên gọi cố định cho các nguyên tố của mình. IUPAC quy định các nguyên tố có thể mang tên một nhân vật thần thoại, một khoáng chất, một địa danh hay quốc gia, một di sản hay tên một nhà khoa học. Các nguyên tố mới hiện đang được gọi theo tên tạm thời, ví dụ như tên gọi ununseptium cho nguyên tố 117.
Bốn nguyên tố mới sẽ tham gia vào họ nguyên tố “siêu nặng” thuộc chu kì thứ bảy của bảng tuần hoàn, trong đó có flerovium và livermorium, chúng được bổ sung vào năm 2011.
Một đội nghiên cứu thuộc Viện Riken ở Nhật Bản, đứng đầu bởi Kosuke Morita, lần đầu tiên tìm thấy bằng chứng của nguyên tố 113, hay ununtrium, hồi năm 2004 khi họ bắn một chùm ion kẽm vào một lớp mỏng bismuth, và xác nhận kết quả của họ vào năm 2012. Chuyển động ở 10% tốc độ ánh sáng, hạt nhân của hai nguyên tử thỉnh thoảng hợp nhất với nhau, tạo ra một nguyên tố có 113 proton.
Bảng tuần hoàn hóa học đã hoàn tất đến hàng thứ bảy
Thoáng qua trong chớp mắt
Tuy nhiên, bạn đừng tốn công tìm kiếm những bổ sung mới này cho bảng tuần hoàn. Do bản chất phù du của chúng, toàn bộ những nguyên tố mới tìm thấy này đều chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm, và biến mất không bao lâu sau khi chúng hình thành. Như với các nguyên tố hậu uranium, các nguyên tố mới này có tính phóng xạ, nghĩa là theo thời gian chúng phân rã thành các nguyên tố khác bằng cách giải phóng các cặp proton và neutron gọi là hạt alpha.
Các nguyên tố siêu nặng có thời gian sống đặc biệt ngắn, thường biến mất trong một phần nhỏ của một giây sau khi chúng hình thành. Ví dụ, nguyên tố mới 113 tồn tại chưa tới một phần nghìn của một giây trước khi nó phân rã thành roentgenium.
Khó thu lấy bằng chứng
Sự tồn tại ngắn ngủi của các nguyên tố siêu nặng khiến người ta khó chứng minh là chúng có thật. Đội của Morita mất gần một thập kỉ mới chứng minh rõ ràng được rằng nguyên tố của họ có tồn tại kể từ khi họ tìm thấy nó lần đầu tiên. Họ làm việc này bằng cách khảo sát chuỗi phân rã mà nguyên tố trải qua trên tiến trình trở nên bền vững. Đa số các nguyên tố phóng xạ không biến đổi trực tiếp thành các nguyên tử bền vững, mà thay vậy chúng biến đổi qua một loạt liên tiếp những nguyên tử không bền, lần lượt giải phóng proton và neutron từng chút một khi chúng trở nên bền hơn. Với thời gian dài và có chút may mắn, các nhà nghiên cứu đã quan sát nguyên tố của họ ở từng giai đoạn nó phân rã thành các nguyên tố đã biết, bắt đầu với roentgenium và kết thúc với mendelevium.
Thời gian sống cực kì ngắn ngủi khiến các nguyên tố siêu nặng hầu như vô dụng đối với các ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên, các khám phá mới này đưa các nhà nghiên cứu tiến thêm một bước gần hơn đến cái gọi là “Đảo Bền vững”, một vùng thuộc bảng tuần hoàn trong đó các nguyên tố vừa siêu nặng vừa bền vững mà người ta cho là tồn tại, và người ta tin rằng vùng này bắt đầu đâu đó từ số nguyên tử 120. Trong khi chưa có nguyên tử nào thuộc vùng này từng được khám phá, nhưng sự tồn tại của chúng đã được dự đoán bởi lí thuyết “số thần kì”. Lí thuyết này phát biểu rằng những số lượng nhất định của proton và neutron là bền vững hơn những số lượng khác, vì chúng tạo ra các lớp vỏ năng lượng được lấp đầy hoàn toàn bên trong hạt nhân.
Trong khi việc tạo ra các nguyên tố huyền thoại này thật có sức mê hoặc, thì ưu tiên lớn nhất hiện nay là tìm tên gọi cho các bổ sung mới nhất cho bảng tuần hoàn. IUPAC đã ra quyết định trao quyền đặt tên cho các nhà nghiên cứu người Nhật (nguyên tố 113), người Nga và người Mĩ (nguyên tố 115, 117 và 118).
Nguồn: Discover Magazine
