Confermate le scoperte degli elementi Z=113,115,117,118.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Claudio della Volpe

Con un annuncio (http://www.iupac.org/fileadmin/user_upload/news/2015/IUPAC-Press-Release_30Dec2015.pdf) che si attendeva da tempo lo IUPAC ha confermato ufficialmente la scoperta degli elementi Z=113, 115, 117, 118 che completano in tal modo il 7 periodo della Tavola periodica degli elementi. In effetti da molti anni tali elementi erano stati inseriti nel 7 periodo, ma non in modo ufficiale, come perfino gli elementi Z=119 e 120 nell’8 periodo; vediamo perchè.

Periodic_Table_of_the_elements

il sistema periodico completo del 7 periodo

Anzitutto esaminiamo alcune caratteristiche dei nuovi elementi:

Nome temporaneo Z Simbolo temporaneo emivita Luogo, anno e reazione prima sintesi Note
Ununtrio 113 Uut Da 0.24ms a 20 min 70Zn + 209Bi

RIKEN 2004

7 isotopi

 

Ununpenzio 115 Uup Da 16 a 220 ms 48Ca + 243Am

 

DUBNA-LLNL 2003

4 isotopi
Ununseptio 117 Uus Da 14 a 78 ms 48Ca + 249Bk

DUBNA 2010

 

2 isotopi
Ununoctio 118 Uuo 0.89 ms 48Ca + 249Cf

DUBNA-LLNL 2006

1999 ritrattato 2002

1 isotopo

sistemaperSi tratta di elementi estremamente instabili perchè radioattivi; non esistono in natura ma vengono prodotti bombardando un isotopo in molti casi a sua volta instabile con un proiettile ionico che si spera dia in un certo numero di casi e con una certa probabilità il risultato sperato, costituendo un nuovo nucleo col numero giusto di neutroni e protoni; gli atomi durano pochi millisecondi e solo in casi rari qualche secondo o minuto e i prodotti del decadimento radioattivo servono a caratterizzare il risultato; si tratta quindi di individuare prodotti transienti di reazioni nucleari ottenute sotto vuoto in macchine acceleratrici apposite.

I metodi impiegati sono quelli tipici delle reazioni nucleari: bersagli costituiti da piccole quantità di sostanza (mg) trattate sotto vuoto estremo usando ioni proiettile accelerati con metodi elettromagnetici (ciclotrone) e rivelazione usando i tipici sensori per reazioni nucleari come le camera e bolle, o più modernamente rivelatori a stato solido di eventi che possono essere anche singoli (un solo atomo creato per una frazione di secondo) e che in genere non superano il centinaio, ma che per essere rivelati hanno bisogno di essere ripetuti per migliaia di tentativi. Processi al confine tra la chimica nucleare e la fisica delle alte energie.

(http://www.asimmetrie.it/index.php/lo-scatto-giusto)

Un ciclotrone è una macchina usata per accelerare fasci di particelle elettricamente cariche (normalmente ioni leggeri) utilizzando una corrente alternata ad alta frequenza ed alta tensione, in associazione con un campo magnetico perpendicolare. La traiettoria percorsa dalle particelle è a spirale a partire dal centro. Raggiunto il bordo esterno della macchina il fascio fuoriesce ad alta velocità, prossima alla velocità della luce.

ciclotrone

Il ciclotrone di Lawrence, 1932

Molte proprietà sono calcolate, perchè non possono essere misurate direttamente, o solo stimate, estrapolando il comportamento degli elementi del medesimo gruppo o periodo. Per l’elemento 118 ci sono volute 1000 ore di esperimento per avere tre atomi, ossia per registrare tre eventi, con una vita media inferiore al millisecondo. L’elemento 118 a causa degli effetti della relatività sul comportamento degli orbitali 8s non sarebbe un gas nobile ma un solido con molecole biatomiche a T ambiente, gli atomi sono polarizzabili ed elettropositivi e può formare (teoricamente) parecchi composti.

Questi metodi e queste condizioni rendono molto difficile la conferma degli esperimenti; IUPAC impone che il numero di esperimenti e la loro ripetizione in differenti laboratori siano al di sopra di ogni sospetto, specie dopo lo spiacevole episodio della ritrattazione dell’elemento 118 nel 2002.

Non si tratta quindi di una semplice scoperta, ma di una catena di procedimenti di estrema difficoltà condotti obbligatoriamente in diversi laboratori fino a che il numero di eventi registrati superi quello possibile per caso in modo tale da essere praticamente impossibile da ottenere per mera casualità.

E quindi si capisce perchè IUPAC parli di conferma non di scoperta semplicemente e perchè possano passare molti anni fra la prima rivelazione e la conferma definitiva.

160104111407-periodic-table-new-elements-exlarge-169

Kosuke Morita, leader del Riken team, brinda alla conferma della scoperta dell’elemento 113.

Ma di tutto questo i giornali spesso ignorano gli aspetti importanti, parlando semplicemente di scoperta.

Adesso tocca agli elementi 119 e 120 la cui sintesi attende da oltre trenta anni di tentativi.

A cosa serve fare questi esperimenti? Serve a testare i nostri metodi sperimentali e le nostre teorie in condizioni sempre più spinte, allargando in tal modo il loro campo di applicazione e di misura, serve a perfezionare i metodi di calcolo della meccanica quantistica a sistemi più complessi e quindi a testarne la validità e migliorarne la precisione.

Giusto per dare un termine di paragone, uno solo di questi atomi ha una massa dell’ordine di 300 uma (da 284 a 314), quindi di poco inferiore a quella di una molecola organica relativamente complessa, come, poniamo, il saccarosio, lo zucchero comune, costituita da decine di atomi leggeri, che pesa 342.

Uno dei topics di ricerca più esotici è l’isola della stabilità, cioè l’ipotesi che esistano nuclei transuranici particolarmente stabili a causa del numero “magico” di neutroni (184) e protoni, ma la cosa non è ancora stata confermata definitivamente.

Island-of-Stability

Si veda per esempio qui (http://www.lescienze.it/news/2014/05/12/news/elemento_117_tavola_periodica-2136585/)

I nomi definitivi saranno attribuiti nei prossimi mesi dopo una procedura che prevede un periodo di 5 mesi di pubblica discussione con una decisione finale del consiglio IUPAC.

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  1. Pingback: Ordine Regionale dei Chimici del Trentino Alto Adige – Nuovi elementi in tavola periodica

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