Adesso bisognerà scoprirne le proprietà
di Silvia Fracchia
I nuovi elementi inseriti ufficialmente nella tavola periodica. (Cortesia: New Scientist)
A stabilire e ufficializzare l’ingresso dei due elementi con numero atomico 114 e 116 nella tavola periodica è stato un gruppo di scienziati della IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) e della IUPAP (International Union of Pure and Applied Physics), organizzati in un comitato, il Joint Working Party on Discovery of Elements, avente proprio la funzione di supervisionare la ricerca di nuovi elementi. La notizia è stata annunciata in un paper pubblicato sull’edizione on line di “Pure and Applied Chemistry”, la rivista della IUPAC.
La tavola periodica comprende tutti gli elementi chimici conosciuti, organizzati in ordine crescente di numero atomico. Quest’ultimo è indicato con Z e rappresenta il numero di protoni presenti nel nucleo dell’atomo di ciascun elemento: il numero atomico 1, ad esempio, corrisponde all’idrogeno, mentre il 94 corrisponde al plutonio, che è l’ultimo elemento chimico naturale. Aumentando ulteriormente Z, infatti, si trovano gli atomi prodotti artificialmente dall’uomo. Ed è proprio questo il caso degli elementi 114 e 116.
Produrre un nuovo elemento chimico non è un hobby da praticare nel garage di casa: in effetti, dovresti come minimo disporre di un reattore nucleare o di un acceleratore di particelle. Se tuttavia non possiedi un sincrotrone in giardino, non devi preoccuparti: ci ha già pensato qualcun altro. Nella fattispecie due collaborazioni di scienziati: la prima, guidata da Yuri Oganessian, ha operato al Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna, in Russia, mentre la seconda, capitanata da Ken Moody, al Lawrence Livermore National Laboratory, in California.
L'acceleratore del JINR. (Cortesia: JINR)
I membri delle collaborazioni hanno realizzato quello che, in fisica nucleare, è comunemente noto come un esperimento a bersaglio fisso, ossia hanno mandato un fascio di particelle accelerate, in questo caso ioni di calcio con numero atomico pari a 20, su un bersaglio di curio, con Z pari a 96. In seguito alla collisione ha quindi modo di originarsi un nucleo di elemento 116, il quale tuttavia è soggetto dopo qualche millisecondo a un decadimento alfa e si trasforma in un nucleo di elemento 114, emettendo un nucleo di elio con due protoni e due neutroni (una particella alfa, appunto). Ma non è finita qui: il nucleo di 114, che può essere prodotto anche in modo diretto mandando il fascio di ioni su un bersaglio di plutonio, è a sua volta instabile e decade dopo circa mezzo secondo in copernicio, un nucleo con 92 protoni, a sua volta una new entry nella tavola periodica, della quale fa parte dal 2009.
L’evidenza sperimentale della produzione dei nuovi elementi era stata annunciata già nel 1999, ma sono stati due articoli, uno del 2004 e l’altro del 2006, a dare effettivamente il via alle verifiche e alle valutazioni dell’apposito comitato. L’avvenuta ufficializzazione ha portato ora una ventata di entusiasmo per molti fisici e chimici, che sperano di essere un po’ più vicini alla scoperta della quasi leggendaria “isola di stabilità”. Detta così sembra una storia di pirati, ma in realtà l’isola in questione è semplicemente un insieme di elementi transuranici particolarmente stabili, con vite medie molto più lunghe degli altri. Ricordi i “numeri magici” di cui avevamo parlato in un articolo? Ebbene, la stabilità di questi elementi sarebbe legata proprio alla presenza di un numero magico di protoni e neutroni nei loro nuclei.
Restano ora aperte due questioni riguardanti i nuovi elementi. La prima, puramente formale, è la scelta dei nomi: sebbene siano stati provvisoriamente battezzati “ununquadio” e “ununhexio”, secondo la nomenclatura sistematica IUPAC, il nome ufficiale è ancora sconosciuto. Spetta ora agli scopritori il compito di proporne uno e sottoporlo all’approvazione dei responsabili della IUPAC. I nomi degli elementi chimici prodotti artificialmente sono soliti evocare qualche grande scienziato del passato o, in alternativa, il luogo dove è avvenuta la loro scoperta, basti pensare all’einstenio e al berkelio.
La seconda questione, più rilevante dal punto di vista scientifico, riguarda le ancora sconosciute proprietà chimiche dei nuovi arrivati: essi hanno infatti una vita media troppo breve e sono stati prodotti in quantità troppo piccole per permettere di ricavare qualche informazione. Ma, come sappiamo, gli scienziati non si arrendono mai. E la ricerca continua.
Barber, R., Karol, P., Nakahara, H., Vardaci, E., & Vogt, E. (2011). Discovery of the elements with atomic numbers greater than or equal to 113 (IUPAC Technical Report) Pure and Applied Chemistry DOI: 10.1351/PAC-REP-10-05-01
Oganessian, Y., Utyonkov, V., Lobanov, Y., Abdullin, F., Polyakov, A., Shirokovsky, I., Tsyganov, Y., Gulbekian, G., Bogomolov, S., Gikal, B., Mezentsev, A., Iliev, S., Subbotin, V., Sukhov, A., Voinov, A., Buklanov, G., Subotic, K., Zagrebaev, V., Itkis, M., Patin, J., Moody, K., Wild, J., Stoyer, M., Stoyer, N., Shaughnessy, D., Kenneally, J., & Lougheed, R. (2004). Measurements of cross sections for the fusion-evaporation reactions Pu244(Ca48,xn)292?x114 and Cm245(Ca48,xn)293?x116 Physical Review C, 69 (5) DOI: 10.1103/PhysRevC.69.054607
Oganessian, Y., Utyonkov, V., Lobanov, Y., Abdullin, F., Polyakov, A., Sagaidak, R., Shirokovsky, I., Tsyganov, Y., Voinov, A., Gulbekian, G., Bogomolov, S., Gikal, B., Mezentsev, A., Iliev, S., Subbotin, V., Sukhov, A., Subotic, K., Zagrebaev, V., Vostokin, G., Itkis, M., Moody, K., Patin, J., Shaughnessy, D., Stoyer, M., Stoyer, N., Wilk, P., Kenneally, J., Landrum, J., Wild, J., & Lougheed, R. (2006). Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the Cf249 and Cm245+Ca48 fusion reactions Physical Review C, 74 (4) DOI: 10.1103/PhysRevC.74.044602
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