el 30 de diciembre de 2015, la ciencia de la química obtuvo oficialmente cuatro nuevos temas. La Unión Internacional de Química Pura y aplicada (IUPAC) confirmó el descubrimiento de cuatro nuevos elementos químicos, todos los cuales habían sido creados en laboratorios.

algunos informes han sugerido que estos elementos «completan» la Tabla periódica de elementos. Esto está mal. Puede esperar con confianza más elementos nuevos después del último lote., Pero puede tomar un tiempo, porque cada vez son más difíciles de hacer.

lo que completan los nuevos elementos es la séptima fila de la Tabla periódica. Si y cuando se hacen los elementos 119 o 120, comenzarán una fila completamente nueva.

nadie sabe cuánto tiempo más se puede extender la tabla mediante la creación de nuevos elementos. Algunos sospechan que no hay límite. Otros dicen que puede haber un punto más allá del cual los átomos no pueden hacerse más pesados: tales átomos enormes serían completamente inestables, desintegrándose instantáneamente en una ráfaga de radioactividad.

Pero una cosa está clara., Si logramos construir elementos cada vez más pesados, encontraremos que se comportan de maneras realmente peculiares.

Los elementos son los bloques de construcción fundamentales de la química. Un elemento es esencialmente una sustancia que solo contiene un tipo de átomo. Así que hacer un nuevo elemento significa hacer un nuevo tipo de átomo.

a cada elemento se le asigna un número: por ejemplo, el carbono es el número 6. Estos números no son etiquetas arbitrarias, pero tienen un significado fundamental. Especifican cuántos protones, una especie de partícula elemental, contiene el átomo.,

suena extravagante, pero en realidad está sucediendo todo el tiempo, incluso en algunos de los átomos de su cuerpo

los protones tienen una carga eléctrica positiva, y están agrupados en una mancha en el centro del átomo. Los electrones mucho más ligeros, con cargas negativas que equilibran los protones, «orbitan» el núcleo en una nube difusa.

con la excepción de los átomos de hidrógeno, los núcleos atómicos también contienen un segundo tipo de partícula: el neutrón, con una masa casi exactamente igual a la de un protón pero sin carga eléctrica., Los átomos de un elemento pueden tener diferentes números de neutrones, y estas variantes se llaman «isótopos».

los neutrones sirven como una especie de pegamento que ayuda a unir los protones. Sin ellos, las cargas eléctricas positivas de los protones los separarían.

de todos modos, los núcleos de átomos muy pesados como el uranio están tan llenos de protones que se repelen mutuamente que ni siquiera una preponderancia de neutrones puede mantenerlos juntos. Estos átomos sufren «desintegración radiactiva»: desprenden partículas y energía.,

Las estrellas más grandes pueden generar elementos más pesados como mercurio

Cuando un átomo se descompone, el número total de protones en el núcleo cambia, y así el proceso de desintegración radiactiva convierte un elemento en otro. Suena extravagante, pero en realidad está sucediendo todo el tiempo, incluso en algunos de los átomos de su cuerpo.

Cada tipo de núcleo tiene una relación óptima de protones a neutrones. Así que los átomos decaerán si tienen demasiados o muy pocos neutrones, incluso si tienen núcleos pequeños.,

Para los elementos ligeros como el carbono y el oxígeno, la relación estable es casi 1:1. Los elementos más pesados necesitan un ligero exceso de neutrones.

los procesos naturales del universo solo pueden producir elementos hasta un cierto peso.

los cinco elementos más ligeros, desde el hidrógeno hasta el boro, fueron creados en su mayoría en el Big Bang que dio inicio al Universo.

cualquier cosa más pesada tenía que hacerse dentro de las estrellas. Allí, las intensas temperaturas y presiones fuerzan a los núcleos de elementos ligeros a fusionarse. Esto se llama fusión nuclear., Las estrellas más grandes pueden generar elementos más pesados como mercurio, que tiene 80 protones en su núcleo.

El descubrimiento de plutonio siguió siendo un secreto militar hasta después de la Segunda Guerra Mundial

pero muchos de los elementos en la Tabla periódica se hacen en el ambiente intenso de una estrella en explosión o «supernova». Las enormes energías liberadas pueden producir nuevos tipos de fusión a medida que los átomos chocan entre sí, produciendo elementos tan pesados como el uranio, con sus 92 protones.,

Se necesita mucha energía para que estas reacciones de fusión nuclear ocurran, porque los núcleos atómicos cargados positivamente se repelen entre sí. Un núcleo debe moverse muy rápido para atravesar esta barrera y fusionarse con otro.

como resultado, el uranio es el elemento más pesado encontrado en cantidades significativas en la naturaleza. No se ha encontrado ningún proceso natural que haga mucho de cualquier cosa más pesada.

así que cuando los científicos quieren hacer nuevos elementos, tienen que usar aceleradores de partículas para impulsar los átomos que chocan a velocidades enormes, tal vez una décima parte de la velocidad de la luz.,

esto se hizo por primera vez en 1939. Los científicos que trabajan en la Universidad de California en Berkeley crearon el elemento 93, que ahora se llama neptunio.

Una vez terminada la guerra, los físicos se pusieron a buscar nuevos elementos en serio

dos años más tarde, el equipo bombardeó uranio con núcleos de «hidrógeno pesado», cada uno de los cuales contenía un protón y un neutrón. El resultado fue el elemento 94 plutonio.

pronto se dieron cuenta de que el plutonio, al igual que el uranio, se desintegraría espontáneamente en un proceso dramático llamado fisión nuclear., Su núcleo masivo se partió casi por la mitad, liberando una tremenda cantidad de energía.

este hallazgo se puso rápidamente en uso: el plutonio hecho en aceleradores de partículas se utilizó en la bomba atómica Fat Man lanzada sobre Nagasaki en agosto de 1945. El descubrimiento del plutonio siguió siendo un secreto militar hasta después de la Segunda Guerra Mundial.

una vez terminada la guerra, los físicos se pusieron a buscar nuevos elementos en serio.

durante décadas, el centro clave de EE.UU. para esta investigación estaba en Berkeley, pero hoy en día, gran parte de la actividad se ha trasladado al Laboratorio Nacional Lawrence Livermore a unos 40 km de distancia., El trabajo ruso se basa en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear (JINR) en Dubna, Moscú, fundado en 1956.

La rivalidad entre Estados Unidos y la Unión Soviética produjo algunas disputas amargas sobre la prioridad

inicialmente, los estadounidenses estaban por delante del juego. Como resultado, los elementos 95, 97 y 98 SE LLAMAN americio, berkelio y californio.

pero otros elementos nuevos se encontraron de una manera completamente diferente. Fueron identificados en escombros de las pruebas de bombas de hidrógeno de los Estados Unidos de la década de 1950., Los elementos habían sido creados a partir de uranio en las «espoletas» de las bombas durante las intensas explosiones.

como resultado, en lugar de cacarear sobre su lugar de origen, los elementos 99 y 100 llevan el nombre de dos pioneros de la ciencia nuclear: einsteinium para Albert Einstein y fermium para Enrico Fermi.

a medida que la Guerra Fría se profundizaba, la rivalidad entre Estados Unidos y la Unión Soviética produjo algunas disputas amargas sobre la prioridad.

entre finales de la década de 1950 y principios de la década de 1970, los equipos de Berkeley y JINR discutieron sobre quién hizo primero los elementos 102, 104, 105 y 106., IUPAC adjudica tales argumentos, pero tomó hasta 1997 para otorgar 104 (rutherfordium) a Berkeley y 105 (dubnium) a JINR.

Los rusos no están contentos de que el elemento 113 haya sido otorgado a un grupo japonés

mientras tanto, el elemento 107 fue disputado entre JINR y un nuevo chico en el bloque: el laboratorio de Investigación de iones pesados de Alemania, conocido por la abreviatura alemana GSI, en Darmstadt. El crédito por el descubrimiento fue finalmente dividido entre los dos grupos.,

mientras que los elementos artificiales anteriores se hacían bombardeando átomos pesados con átomos mucho más ligeros, los investigadores de GSI encontraron formas de fusionar dos núcleos de tamaño mediano: por ejemplo, disparando iones de zinc, níquel y cromo a objetivos de plomo y bismuto. Por tales medios, el elemento 108 se hizo por primera vez en GSI, y se llamó hassio.

en estos días, la creación de elementos es un poco más colaborativa. Cuando se trataba de hacer los cuatro nuevos elementos, los estadounidenses, los rusos y los alemanes unieron sus recursos.,

la IUPAC dice que las primeras síntesis convincentes de ambos 117 y 115 se debieron a un esfuerzo conjunto entre JINR, Oak Ridge National Laboratory en Tennessee y Livermore en experimentos realizados entre 2010 y 2012. Una colaboración separada JINR-Livermore que comenzó en 2006 ha sido galardonada con el elemento 118.

todo todavía no es del todo color de rosa, sin embargo. Los rusos no están contentos de que el elemento 113 haya sido otorgado a un grupo japonés en el Centro RIKEN Nishina para la ciencia basada en el acelerador en Saitama, y ahora podría ser nombrado «japonicium».,

podría parecer que estamos llegando al límite superior para el tamaño atómico

dicen Que la hizo primera en 2003 en el INSTITUTO de smashing calcio en el americio. El experimento japonés se realizó un año más tarde disparando iones de zinc en bismuto.

el problema en todas estas disputas es lo que cuenta como un resultado convincente. Los expertos de la UIQPA deciden esto, pero sigue siendo bastante subjetivo.

los nuevos elementos se detectan, generalmente un átomo a la vez, por la forma característica en que sufren desintegración radiactiva., Cada isótopo tiene un proceso de desintegración diferente. Cada uno también decae a su propio ritmo, medido como la vida media: el tiempo que tarda la mitad de una muestra en decaer.

estas señales sutiles tienen que detectarse en medio de una maraña de otros procesos nucleares, por lo que no es fácil decidir si una afirmación es persuasiva o no.

dadas estas dificultades, podría parecer que estamos alcanzando el límite superior para el tamaño atómico. Pero hay una buena razón para presionar en la octava fila de la tabla periódica.,

la perspectiva de comenzar una nueva fila de la tabla es tentadora, porque significará crear átomos como ningún otro que hayamos visto antes.

Los electrones en los átomos están organizados en grupos llamados conchas. Cada capa tiene una capacidad particular, y son estas capas las que determinan tanto cómo se comportan los átomos como la forma de la Tabla periódica.

el problema en todas estas disputas es lo que cuenta como un resultado convincente

La primera capa puede acomodar solo dos electrones: los átomos de hidrógeno tienen uno, el helio tiene dos., La segunda capa puede albergar hasta ocho electrones: esta es la razón por la que la segunda fila de la Tabla periódica tiene ocho miembros. Las capas más altas pueden tomar aún más electrones.

Los cuatro nuevos elementos son los últimos miembros restantes de la séptima fila. Si pudiéramos hacer el elemento 119 sería el primer miembro de la octava fila y por lo tanto el primer elemento conocido con un electrón en la octava capa.

tales elementos extremos pueden romper las reglas que rigen la Tabla periódica.

Los Elementos de la misma columna de la tabla tienen propiedades similares., Esto se debe a que sus conchas más externas están dispuestas de la misma manera.

Los efectos «relativistas» pueden significar que un elemento súper pesado no se comporta como esperaríamos

por ejemplo, los elementos en la columna de la izquierda son todos metales reactivos. Todos ellos tienen un solo electrón en su capa exterior, que es una configuración inestable: los átomos son propensos a perder este electrón solitario.,

en contraste, los elementos de la columna de extrema derecha tienen conjuntos completos de electrones, y esto significa que son extremadamente no reactivos: de ahí su nombre, los «gases inertes».

pero estas reglas pueden no ser válidas para todos los elementos súper pesados.

en sus átomos, los electrones cerca del núcleo están tan estrechamente unidos por el núcleo cargado positivamente que viajan a velocidades inmensas. Son tan rápidos que sienten los efectos de la teoría de la relatividad especial de Einstein, que afirma que los objetos que se mueven cerca de la velocidad de la luz ganan masa.,

como resultado, los electrones internos se vuelven más pesados. Esto tiene un efecto en cadena sobre los electrones externos que determinan el comportamiento químico de un elemento, porque los electrones «sienten» los movimientos del otro gracias a sus cargas eléctricas.

Puede haber algunos elementos súper pesados cuyos núcleos son relativamente duraderos

el resultado es que los efectos «relativistas» pueden significar que un elemento súper pesado no se comporta como esperaríamos., Ese parece ser el caso para rutherfordio (elemento 104) y dubnio (105), pero no para seaborgio (106) o hassio (108).

incluso examinar tales efectos es una hazaña técnica asombrosa. Requiere estudiar el comportamiento químico de un puñado de átomos que solo existen durante unos segundos.

Además, los elementos súper pesados tienden a decaer cada vez más rápido cuanto más pesados se vuelven. Eso significa que va a ser cada vez más difícil no solo estudiar su química, sino incluso hacerlas, o al menos detectarlas una vez que lo hayamos hecho.,

de todos modos, es posible estimar cuán estables serán estos núcleos más grandes, y parece que durarán el tiempo suficiente para estudiar si los hacemos. Por lo tanto, no parece haber ninguna razón en principio por la que no debamos avanzar hacia la octava fila de la Tabla periódica.

de hecho, los elementos súper pesados no siempre se vuelven menos estables cuanto más pesados son. Puede haber algunos cuyos núcleos son relativamente de larga vida, existiendo en «islas de estabilidad». Esto dependerá del número de neutrones, así como el número de protones.,

ahora parece que esta isla particular de estabilidad podría no materializarse hasta que el elemento 122

los físicos nucleares han encontrado que los protones y neutrones en los núcleos están, al igual que los electrones en órbita, organizados en capas. Las conchas rellenas corresponden a «números mágicos», y conducen a núcleos particularmente estables.

los núcleos de helio, oxígeno, calcio, estaño y plomo tienen una cáscara llena de protones, haciéndolos especialmente estables. Los proyectiles de neutrones llenos también pueden conferir estabilidad., El isótopo lead-208 es «doblemente mágico», con capas llenas de protones y neutrones.

para núcleos súper pesados, los cálculos que revelan los números mágicos son más difíciles de hacer, por lo que es menos claro cuáles son esos números.

Una vez se pensó que dos isótopos del elemento 114, llamados flerovium por el científico nuclear ruso Georgy Flerov, serían doblemente mágicos y por lo tanto relativamente estables. Estos isótopos tenían 184 y 196 neutrones, y se denominan flerovio – 298 y flerovio-310.,

lo mejor que podemos esperar de forma realista es que unos pocos átomos se queden por unos días

Sin embargo, ahora parece que esta isla particular de estabilidad podría no materializarse hasta el elemento 122.

aún así, el flerovio podría ganar algo de estabilidad por los efectos del proyectil nuclear. Se predice que el flerovio-298 tendrá una vida media de alrededor de 17 días, que es inmensa para los estándares de los elementos súper pesados. El isótopo de vida más larga visto hasta ahora, flerovio-289, tiene una vida media de solo 2,6 segundos.,

no está claro si algún elemento súper pesado durará lo suficiente como para acumularse en grumos apreciables, átomo por átomo. Pero parece poco probable. Lo mejor que podemos esperar de manera realista es que unos pocos átomos se queden por unos días.

Más allá de eso, ¿llega un momento en que los átomos son tan pesados que simplemente no pueden existir?

el físico estadounidense Richard Feynman lo pensó así. Realizó un cálculo de la parte posterior de la envoltura que sugería que era imposible hacer un átomo con 137 protones en el núcleo.,

Los pares de partículas a veces pueden surgir de la nada

la razón era que los electrones más internos, los de la primera capa, no tenían una órbita estable. En otras palabras, el núcleo del elemento 137 ya no podía aferrarse a ellos.

sin embargo, el cálculo de Feynman hizo la aproximación de que el núcleo tiene un tamaño cero, que por supuesto no lo hace. cuando los cálculos se hacen con mayor precisión, parece que nada adverso le sucede a las energías de los electrones más internos hasta el número atómico 173.,

incluso entonces los átomos pueden permanecer estables, pero de todos modos algo extraño sucede.

como todo lo demás en estas pequeñas escalas, todo se reduce a la mecánica cuántica.

incluso si no hay fin en la Tabla periódica, puede haber cosas extrañas que nos esperan en sus alcances más lejanos

esto nos dice, entre otras cosas extrañas, que los pares de partículas a veces pueden surgir de la nada., Una de las partículas estará hecha de materia y la otra de antimateria: por ejemplo, Una podría ser un electrón y la otra su contraparte de antimateria, un positrón. Normalmente, los dos chocan inmediatamente y se aniquilan entre sí.

resulta que los electrones más internos del elemento 173 podrían estar en un estado inusual e inestable que puede evocar estas partículas «virtuales».

si uno de estos electrones es expulsado de su caparazón, por ejemplo, zapping con una radiografía, dejará un agujero detrás. Este agujero será llenado por un electrón que aparece de la nada., Pero para que este electrón se forme, un positrón también debe formarse, y esto será emitido por el átomo.

En otras palabras, las nubes de electrones de estos elementos realmente enormes podrían ocasionalmente eructar partículas de antimateria.

así que incluso si no hay fin a la Tabla periódica, puede haber cosas extrañas que nos esperan en sus alcances más lejanos. Si alguna vez exploraremos estos elementos extremos es otra cuestión por completo.