Cobalah membaca sumber berbahasa Inggris tentang sejarah kimia dan cari referensi ke tabel periodik. Anda akan terkejut, tetapi tetap pastikan bahwa kata-kata ini dihindari dengan hati-hati. Secara terus-menerus dan entah bagaimana benar secara politis mereka menulis tentang "tabel unsur periodik". Dengan menyebutkan tidak hanya periodiknya, tetapi semua yang terlibat, menekankan peran Meyer , Dobereiner dan Chancourtois dengan semangat yang tidak kalah dari peran penentu membuka front kedua di tahap akhir Perang Dunia II.
Memberikan penghormatan kepada mitra Barat Mendeleev yang dihormati dan secara pribadi kepada Robert Bunsen, dengan siapa Dmitry Ivanovich belajarpada tahun 1859-1861, kami mencatat bahwa Mendeleev tercatat dalam sejarah sains bukan sebagai pengklasifikasi yang diketahui, seperti Linnaeus, tetapi sebagai seorang visioner yang mampu memprediksi unsur-unsur yang belum ditemukan dan, yang lebih penting dalam konteks artikel ini, untuk mengatur yodium dan telurium dengan benar, terlepas dari kenyataannya telurium itu lebih berat dari yodium.
Saat ini, Oganesson (Og) No. 118 menutup tabel periodik yang terletak persis di bawah radon (No. 86) dan, menurut logika Mendeleev, seharusnya merupakan gas mulia, karena ia menutup periode ketujuh. Tetapi dengan berakhirnya periode yang paling menakjubkan, singkat dan meledak ini, yang mengandung uranium, plutonium, mendelevium, flerovium dan oganesson, pertanyaan-pertanyaannya kembali terwujud: di manakah tabel periodik berakhir? Dan apakah hukum periodik dijalankan sampai batasnya? Anehnya, jawaban pertama atas pertanyaan ini diberikan dengan cukup percaya diri oleh Richard Feynman.
Dalam melakukan itu, dia mengandalkan model atom tradisional yang diajukan oleh Bohr. Seperti yang Anda ketahui, dalam model Bohr, inti atom dikelilingi oleh awan elektron, dan elektron berputar mengelilingi nukleus hanya dalam orbit yang diizinkan secara ketat. Elektron tidak dapat menempati orbit menengah, tetapi dapat berpindah dari satu orbit yang diizinkan ke orbit lainnya. Transisi ini terjadi secara instan dengan emisi atau penyerapan energi kuantum dan disebut "lompatan kuantum".
Kecepatan elektron dalam keadaan kuantum tertentu dihitung dengan rumus berikut
, di
mana
Z
nomor atom yang sesuai dengan jumlah proton dalam inti atom dan, dengan demikian, dengan jumlah elektron yang mengorbit atom netral. Sini
n
Merupakan keadaan kuantum elektron, dan
merupakan
konstanta struktur halus . Konstanta struktur halus dihitung dengan rumus
, di
mana e adalah muatan elementer, h adalah konstanta Planck, dan e0 adalah konstanta dielektrik, juga disebut permeabilitas vakum bebas.
Dengan demikian, semakin jauh kulit elektron terluar atom dari inti atom, semakin tinggi kecepatan elektron yang bergerak di sepanjang atom. Richard Feynman menghitung bahwa pada Z = 137 kecepatan elektron akan sedikit lebih rendah daripada kecepatan cahaya. Jika Anda mengikuti logika ini, elemen dengan nomor atom 138 tidak mungkin ada; jika tidak, elektron terluarnya akan melebihi kecepatan cahaya.
Rutherfordium dan pelanggaran hukum
Namun, dalam praktiknya, segalanya menjadi lebih rumit. Pertama, efek relativistik mulai memanifestasikan dirinya dalam inti unsur-unsur yang berat dan sangat berat. Perhitungan yang memprediksi di mana tabel periodik mungkin berakhir didasarkan pada teori relativitas. Dengan bertambahnya inti atom maka semakin banyak pula proton di dalamnya, yang berarti gaya tarik yang bekerja pada elektron juga bertambah. Sejalan dengan itu, kecepatan elektron terluar tumbuh, semakin mendekati kecepatan cahaya. Pada kecepatan seperti itu, elektron menjadi "relativistik", dan sifat unsur-unsur ini tidak dapat sepenuhnya dijelaskan dengan posisi unsur dalam tabel saja. Beberapa dari efek ini terlihat dengan mata telanjang. Jadi, dalam atom emas, elektron berputar mengelilingi inti dengan kecepatan sekitar setengah kecepatan cahaya. Karena itu, garis besar orbital berubah begitubahwa emas menyerap bagian biru dari spektrum yang terlihat, dan sisa foton dipantulkan darinya. Kami mengamati cahaya putih dikurangi komponen biru-ungu, dan sebagai hasilnya, emas memperoleh kilau kuning-merah yang khas, yang menonjol dengan latar belakang logam keperakan di sekitarnya.
Kembali pada tahun 1990-an, percobaan pertama dilakukan, menunjukkan bahwa rutherfordium (104) dan dubnium (105) menunjukkan sifat selain yang ditugaskan padanya sesuai dengan posisi dalam tabel periodik. Menurut hukum periodik, sifat-sifatnya harus menyerupai unsur-unsur yang terletak tepat di atasnya, masing-masing, hafnium dan tantalum. Faktanya, rutherfordium bereaksi seperti plutonium, terletak cukup jauh darinya, dan protaktinium mirip dubnium. Di sisi lain, seborgium (106) dan borium (107) mengikuti hukum yang diturunkan oleh Mendeleev.
Lebih jauh lagi. Ternyata roentgenium (111) mendekati sifat dengan astatin, dan bukan dengan emas, dan copernicium (112) gravitates sifat ke gas mulia, bahkan lebih dari oganesson (118). Mungkin, tennessine (117) lebih mirip sifatnya dengan galium, dan nichonium (113) sebanding dengan logam alkali. Semua anomali ini dikaitkan dengan manifestasi efek relativistik yang semakin nyata pada atom superlarge.
Sedikit tentang dualisme gelombang partikel
Model atom Bohr dalam interpretasi itu, yang menurutnya tabel harus ditutup dengan elemen No. 137, juga tidak sepenuhnya sesuai dengan keadaan sebenarnya. Subjek fisika kuantum jauh lebih kompleks daripada subjek fisika klasik; Biasanya, fenomena kuantum tidak memiliki analog visual pada level makro. Misalnya, sesuai dengan hukum fisika klasik, elektron yang berputar mengelilingi inti harus jatuh ke dalam inti, dan atom harus runtuh.
Tampaknya keberadaan atom itu sendiri merupakan sanggahan hukum fisika. Namun kenyataannya, semuanya berbeda. Hukum klasik tidak tergoyahkan, tetapi elektron tidak jatuh pada inti atom, karena elektron bukanlah partikel. Elektron mematuhi dualitas gelombang-partikel, yaitu, secara bersamaan menunjukkan ciri-ciri partikel dan gelombang, dan oleh karena itu tidak jatuh pada inti. Namun demikian, bahkan dengan mempertimbangkan dualitas gelombang-partikel, kecepatan elektron tidak dapat melebihi kecepatan cahaya dalam ruang hampa.
Bapak Feynman sendiri,
Richard Feynman, percaya bahwa dengan nomor atom lebih dari
Z
= 137, atom netral tidak mungkin ada. Intinya adalah, menurut persamaan Dirac relativistik, untuk nilai yang besar
Z
keadaan energi dasar dari elektron yang paling dekat dengan inti akan dinyatakan sebagai bilangan imajiner. Namun, alasan ini mengasumsikan bahwa kernel bersifat pointwise. Jika kita mengasumsikan bahwa inti memiliki ukuran fisik, meskipun minimum, tetapi tidak nol, maka tabel periodik harus berlanjut hingga
Z
≈173.
Apa berikutnya
Dipercaya bahwa untuk
Z
subkulit ≈ 173 1s, di bawah pengaruh medan listrik inti, ia "terjun" ke dalam kontinum negatif ( laut Dirac ), yang mengarah pada produksi spontan pasangan elektron-positron dan, sebagai akibatnya, tidak adanya atom netral di atas elemen Ust (Unseptrium) dengan
Z
= 173. Atom dengan
Z > Zcr
173 disebut atom superkritis . Juga diasumsikan bahwa unsur-unsur dengan
Z > Zcr
hanya dapat ada sebagai ion.
Atom superkritis tidak dapat terionisasi sepenuhnya, karena produksi pasangan spontan akan terjadi dengan hebat pada kulit elektron pertama mereka, di mana sebuah elektron dan positron muncul dari laut Dirac, terlebih lagi, elektron dijalin ke dalam atom, dan positron terbang menjauh. Benar, medan interaksi kuat yang mengelilingi inti atom sangat pendek, sehingga prinsip pengecualian Pauli tidak memungkinkan produksi pasangan spontan lebih lanjut setelah pengisian cangkang yang terbenam di Laut Dirac. Unsur 173-184 disebut atom superkritis lemah , karena mereka hanya memiliki cangkang yang terbenam di Laut Dirac
1s
; diasumsikan bahwa shell
2p1/2
akan mengisi penuh sekitar item 185, dan shell
2s
- tentang elemen 245. Sejauh ini, belum mungkin secara eksperimental mencapai produksi pasangan spontan, mencoba mengumpulkan muatan superkritis dengan menabrak inti berat (misalnya, timbal dengan uranium, yang dapat menghasilkan
Z
= 174; uranium dengan uranium, yang menghasilkan
Z
= 184, dan uranium dengan kalifornium, yang memberikan
Z
= 190). Mungkin ketidakstabilan inti akan memainkan peran kunci di akhir tabel periodik, daripada ketidakstabilan kulit elektron.
Akhirnya, diasumsikan bahwa
Z
seluruh benua yang stabil , yang terdiri dari materi quark hipotetis , mungkin tersembunyi di wilayah > 300 (itu juga materi kromodinamika kuantum). Materi seperti itu dapat terdiri dari kuark atas dan bawah yang bebas, bukan kuark yang terikat untuk membentuk proton dan neutron. Diasumsikan bahwa ini adalah keadaan dasar materi baryon , yang memiliki energi ikat per baryon lebih tinggi daripada materi nuklir. Jika keadaan materi seperti itu nyata, maka mungkin ia dapat disintesis dalam proses reaksi termonuklir dari inti super berat biasa. Produk dari reaksi tersebut, karena energi ikat yang tinggi, harus sepenuhnya mengatasi penghalang Coulomb.
Sejauh ini, semua ini adalah teori, dan kami, kami ulangi, hanya berhasil mengisi tabel periodik periode ke-7 pada peringatan 150 tahun ditemukannya Hukum Periodik (1869-2019). Bagaimanapun, waktu paruh elemen berat baru menurun dengan cepat; kalau untuk Rutherfordium-267 sekitar 1,3 jam, maka untuk X-ray-282 hanya 2,1 menit, dan untuk Oganesson dihitung dalam ratusan mikrodetik. Jadi, akhir cerita sudah dekat, dan setelah itu sekuel atau versi sutradara dari dunia material dapat dibuka. Cara ke sana terletak melalui orbital sublight Feynmania.