Intente leer fuentes en inglés sobre la historia de la química y busque referencias a la tabla periódica. Se sorprenderá, pero aún así asegúrese de evitar cuidadosamente esta redacción. De manera persistente y de alguna manera políticamente correcta, escriben sobre la "tabla periódica de elementos". Con la mención no solo del periódico, sino de todos los involucrados, destacando el papel de Meyer , Dobereiner y Chancourtois con no menos fervor que el papel determinante de abrir un segundo frente en las etapas finales de la Segunda Guerra Mundial.
Rindiendo homenaje a los respetados socios occidentales de Mendeleev y personalmente a Robert Bunsen, con quien Dmitry Ivanovich estudióen 1859-1861, notamos que Mendeleev pasó a la historia de la ciencia no como un clasificador de lo conocido, como Linneo, sino como un visionario que supo predecir elementos aún no descubiertos y, lo que es más importante en el contexto de este artículo, ordenar correctamente el yodo y el telurio, a pesar del hecho que el telurio es más pesado que el yodo.
En la actualidad cierra la tabla periódica Oganesson (Og) nº 118, que se ubica exactamente debajo del radón (nº 86) y, según la lógica de Mendeleev, debería ser un gas noble, ya que cierra el séptimo período. Pero con el final de este período más asombroso, efímero y explosivo, que contiene uranio, plutonio, mendelevio, flerovio y oganesson, las preguntas se actualizan nuevamente: ¿dónde termina la tabla periódica? ¿Y se observa la ley periódica hasta su límite? Sorprendentemente, la primera respuesta a esta pregunta la dio Richard Feynman con bastante seguridad.
Al hacerlo, se basó en el modelo tradicional del átomo propuesto por Bohr. Como se sabe, en el modelo de Bohr, el núcleo atómico está rodeado por una nube de electrones y los electrones giran alrededor del núcleo solo en órbitas permitidas estrictamente definidas. Un electrón no puede ocupar una órbita intermedia, pero puede moverse de una órbita permitida a otra. Esta transición ocurre instantáneamente con la emisión o absorción de un cuanto de energía y se denomina "salto cuántico".
La velocidad de un electrón en un estado cuántico particular se calcula mediante la siguiente fórmula
,
donde
Z
es el número atómico correspondiente al número de protones en el núcleo de un átomo y, en consecuencia, al número de electrones que orbitan alrededor de un átomo neutro. aquí
n
Es el estado cuántico del electrón y
es la
constante de la estructura fina . La constante de estructura fina se calcula mediante la fórmula
,
donde e es la carga elemental, h es la constante de Planck y e0 es la constante dieléctrica, también llamada permeabilidad al vacío libre.
En consecuencia, cuanto más lejos del núcleo está la capa externa de electrones del átomo, mayor es la velocidad del electrón que se mueve a lo largo de él. Richard Feynman calculó que en Z = 137 la velocidad del electrón será ligeramente menor que la velocidad de la luz. Si sigue esta lógica, el elemento con número atómico 138 no puede existir; de lo contrario, su electrón más externo excedería la velocidad de la luz.
Rutherfordium y anarquía
Sin embargo, en la práctica, las cosas son más complicadas. En primer lugar, comienzan a aparecer efectos relativistas en los núcleos de elementos pesados y superpesados. Los cálculos que predicen dónde podría terminar la tabla periódica se basan en la teoría de la relatividad. Con un aumento en el núcleo, hay más y más protones en él, lo que significa que la fuerza de atracción que actúa sobre los electrones también aumenta. En consecuencia, la velocidad de los electrones más externos crece, acercándose cada vez más a la velocidad de la luz. A tales velocidades, los electrones se vuelven "relativistas", y las propiedades de estos elementos no pueden explicarse completamente por la posición del elemento en la tabla solamente. Algunos de estos efectos son visibles a simple vista. Entonces, en los átomos de oro, los electrones giran alrededor del núcleo a aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz. Debido a esto, los contornos de los orbitales cambian tantoese oro absorbe la parte azul del espectro visible, y el resto de los fotones se reflejan en él. Observamos la luz blanca menos el componente azul-violeta y, como resultado, el oro adquiere un brillo característico amarillo-rojo, que se destaca sobre el fondo de los metales plateados que lo rodean.
Ya en la década de 1990 se realizaron los primeros experimentos, que demostraron que el rutherfordio (104) y el dubnio (105) exhiben propiedades distintas de las que les han sido asignadas de acuerdo con las posiciones en la tabla periódica. De acuerdo con la ley periódica, deberían parecerse en propiedades a los elementos que se encuentran directamente encima de ellos, respectivamente, hafnio y tantalio. De hecho, el rutherfordio reacciona como el plutonio, situado bastante lejos de él, y el dubnio, como el protactinio. Por otro lado, el seborgio (106) y el borio (107) siguen la ley derivada de Mendeleev.
Además. Resulta que el roentgenium (111) se acerca en las propiedades con el astato, y no con el oro, y el copernicium (112) gravita en las propiedades a los gases nobles, incluso más que el oganesson (118). Probablemente, la tennessina (117) es más similar en propiedades al galio y el niconio (113) es comparable a los metales alcalinos. Todas estas anomalías están asociadas con una manifestación cada vez más pronunciada de efectos relativistas en átomos supergrandes.
Un poco sobre el dualismo partícula-onda
El modelo del átomo de Bohr en esa interpretación, según la cual la tabla debería cerrarse con el elemento número 137, tampoco corresponde completamente al estado real de las cosas. El tema de la física cuántica es mucho más complejo que el tema de la física clásica; por regla general, los fenómenos cuánticos no tienen un análogo visual en el nivel macro. Por ejemplo, de acuerdo con las leyes de la física clásica, los electrones que giran alrededor del núcleo deben caer sobre el núcleo y los átomos deben colapsar.
Parecería que la mera existencia del átomo es una refutación de las leyes de la física. Pero en realidad todo es diferente. Las leyes clásicas son inquebrantables, pero los electrones no caen sobre el núcleo, ya que, estrictamente hablando, un electrón no es una partícula. El electrón obedece a la dualidad onda-partícula, es decir, presenta simultáneamente las características de una partícula y una onda, por lo que no cae sobre el núcleo. Sin embargo, incluso teniendo en cuenta la dualidad onda-partícula, la velocidad de un electrón no puede superar la velocidad de la luz en el vacío.
El propio Sr. Feynman,
Richard Feynman, creía que con un número atómico superior a
Z
= 137, no puede existir un átomo neutro. El punto es que, de acuerdo con la ecuación relativista de Dirac, para valores grandes
Z
el estado de energía fundamental del electrón más cercano al núcleo se expresará como un número imaginario. Sin embargo, este razonamiento asume que el núcleo es puntual. Si asumimos que el núcleo tiene un tamaño físico, incluso si es el mínimo, pero no cero, entonces la tabla periódica debe continuar hasta
Z
≈173.
Que sigue
Se cree que para
Z
≈ 173 1s-subshell bajo la influencia del campo eléctrico del núcleo se "sumerge" en el continuo negativo ( mar de Dirac ), lo que conduce a la creación espontánea de pares electrón-positrón y, como consecuencia, a la ausencia de átomos neutros por encima del elemento Ust (Unseptrium) con
Z
= 173. Los átomos con
Z > Zcr
173 se denominan átomos supercríticos . También se supone que los elementos con
Z > Zcr
solo pueden existir como iones.
Los átomos supercríticos no se pueden ionizar completamente, ya que la producción espontánea de pares ocurrirá violentamente en su primera capa de electrones, en la que un electrón y un positrón emergen del mar de Dirac, además, el electrón se teje en el átomo y el positrón se va volando. Es cierto que el fuerte campo de interacción que rodea al núcleo atómico es de muy corto alcance, por lo que el principio de exclusión de Pauli no permite una mayor producción de pares espontáneos después de llenar esas conchas que están sumergidas en el mar de Dirac. Los elementos 173-184 se denominan átomos débilmente supercríticos , ya que solo tienen una capa sumergida en el mar de Dirac
1s
; se supone que la cáscara
2p1/2
se llenará completamente alrededor del elemento 185, y la cáscara
2s
- sobre el elemento 245. Hasta ahora, no ha sido posible lograr experimentalmente la producción de pares espontáneos, tratando de recolectar cargas supercríticas colisionando núcleos pesados (por ejemplo, plomo con uranio, que podría dar
Z
= 174; uranio con uranio, que da
Z
= 184, y uranio con californio, que da
Z
= 190). Quizás la inestabilidad nuclear juegue un papel clave en el final de la tabla periódica, más que la inestabilidad de las capas de electrones.
Finalmente, se supone que
Z
todo un continente de estabilidad , que consiste en hipotética materia de quarks, puede estar oculto en la región > 300 (también es materia cromodinámica cuántica). Esta materia puede estar compuesta de quarks up y down libres, en lugar de quarks unidos a protones y neutrones. Se supone que este es el estado fundamental de la materia bariónica , que tiene una energía de enlace por barión más alta que la materia nuclear. Si tal estado de la materia es real, entonces tal vez pueda sintetizarse en el curso de reacciones termonucleares de núcleos superpesados ordinarios. Los productos de tales reacciones, debido a la alta energía de enlace, deben superar completamente la barrera de Coulomb.
Hasta ahora, todo esto es teoría, y repetimos, logramos llenar solo el séptimo período de la tabla periódica en el 150 aniversario del descubrimiento de la Ley Periódica (1869-2019). De cualquier manera, la vida media de los nuevos elementos pesados está disminuyendo rápidamente; si para Rutherfordium-267 es aproximadamente 1,3 horas, entonces para X-ray-282 es sólo 2,1 minutos, y para Oganesson se calcula en cientos de microsegundos. Por lo tanto, el final está cerca, y después de él puede abrirse una secuela o una versión del director del mundo material. El camino se encuentra a través de los orbitales subluz de Feynmania.