Dimitri Mendeleyev, modern periyodik tabloya benzeyen ilk periyodik tabloyu tasarlamıştır. Mendeleyev’in tablosu atom ağırlıklarını artırarak elementleri kategorize ediyordu (Günümüzde kullanılan periyodik tablo atom numaralarının arttırılması ile oluşturuldu.). Bu tablo ile element özelliklerinde tekrarlayan eğilimler ve periyodiklik görülebilir ve keşfedilmemiş elementlerin varlığı ve özellikleri tahmin edilebilir.
Modern periyodik tabloya bakıldığında elementler arasında boşluk görülmez. Henüz o görünmeyen boşluklarda olması gereken elementler keşfedilmedi. Bu keşif, parçacık hızlandırıcıları ve nükleer reaksiyonlar kullanılarak yapılabilir. Önceden var olan bir elemente bir veya birden fazla proton/nötron eklenerek yeni bir element elde edilebilir. Protonlar veya nötronlar atomlarına parçalanır veya atomlar birbirleriyle çarptırılır. Yeni keşfedilen tüm elementler son derece radyoaktiftir. Bu nedenle yeni bir elementin keşfedildiğini kanıtlamak zordur, çünkü çok çabuk bozunur.
Periyodik Tablo Genişler mi?
Nükleer fizik alanındaki bilim insanları yeni elementler keşfettikçe periyodik tabloyu genişletmeye devam ediyorlar. Son zamanlarda keşfedilen element-118 gibi yeni elementler araştırmacıların azimli çalışmaları sonucunda keşfedilebiliyor.
Ağır bir element parçalandığında veya bozunduğunda, radyasyon ile kendine özgü bir imza bırakır. Yayılan üç ana radyasyon türü;
- alfa parçacıkları (helyum çekirdekleri),
- beta parçacıkları (elektronlar ve pozitron adı verilen anti-elektron parçacıkları)
- gama ışınları (yüksek enerjili fotonlar).
Bir element bozulduğunda verdiği radyasyon benzersizdir ve bozunmaların bazıları farklı enerjili alfa parçacıkları üretir. Genel bir kural olarak, atom ağırlığı arttıkça yani atom numarası ne kadar yüksekse bozunma sonucu ortaya çıkan alfa parçacıklarının enerjisi de o kadar fazla olacaktır.
Örneğin, yarıçapı 226 olan izotop (atom numarası 88 olan en hafif alfa yayıcılarından biri) 4.78 milyon elektron volt (MeV) alfa partikülü yayarken element-110 yaklaşık 11 MeV içeren bir alfa partikülü yayar.
Bilim insanları, yeni element kütlesi oluştururken daha hafif iki elementi bombalayarak ağır elementler elde ederler. Elementlerden biri sabittir ve bu nedenle hedef element olarak adlandırılır. Diğer element mermi olarak adlandırılır ve bir siklotronda veya partikül hızlandırıcısının başka bir tipinde hızlandırılır ve ilk element ile çarpıştırılır. İki element birbirine yapışır ve küçük bir kısım yeni bir element oluştur ancak bu element kısa sürede hızla bozunur. Bazen yeni elementin bir atomunu oluşturmak milyonlarca çarpışma ve birkaç hafta süren bombardıman gerektirir. Bilgisayar programları ile detaylı ara yüzlenmiş ve özel olarak konumlandırılmış partikül detektörleri, daha sonraki analizler için bozunmaları kaydeder.
Ağır elementleri keşfedenler, yeni elementlerin varlığını ispat etmek için alfa parçacıklarından yayılan eşsiz enerjileri kullanırlar. Buna ek olarak elementlerin varlığını kanıtlamak için bir dizi alfa emisyonu kullanırlar. Her alfa bozunması atom sayısını ikiye düşürür.
Örneğin, element-114’e ait kanıt, belirli bir zaman aralığında dedektörün aynı yerinde tespit edilen alfa parçacıkları zincirinden oluşur. Element- 114 (114 proton ve 175 nötronlu izotop, 289 kütle numarasına sahip) izotopu, element-112 (kütle numarası 285) ile element-110 (kütle numarası 281) çarpıştırılır ve 277 kütle ağırlıklı element-108 elde edilir, çok kısa sürede bozunma belirtileri gösterir. Tüm bu işlemleri yapmak zor bir iştir, ancak kısa sürede bozunan ve artık var olmayan bir elementin aslında keşfedildiğine ikna edici bir kanıt bulmak ise diğer bir zorluktur.
Yeni Elementlerin Ortaya Çıkarılma Süreci
Günümüzde keşfedilen elementler, nükleosentez yoluyla veya bozunma ürünleri olarak bulundu. 1 (hidrojen) ila 92 (uranyum) arasındaki tüm elementler doğada bulunur, ancak 43, 61, 85 ve 87 elementleri toryum ve uranyumun elementlerinin radyoaktif bozunması sonucu oluşur. Neptunyum ve plütonyum da doğada uranyum bakımından zengin kayalarda bulunmuştur. Bu iki element uranyumun nötron yakalamasından dolayı keşfedilmiştir.
238U + n → 239U → 239Np → 239Pu
Buradaki temel yaklaşım, nötron bombardımanı ile yeni elementlerin keşfedilmesidir, çünkü nötronlar, nötron beta bozunması adı verilen bir işlemle protonlara dönüşebilir. Nötron bir protona bozunur, dışarıya bir elektron ve anti nötrino salar. Bir atom çekirdeğine bir proton eklemek elementin kimliğini değiştirir.
Nükleer reaktörler ve partikül hızlandırıcıları nötron, proton veya atom çekirdeğini hedefleyerek bombalayabilir. Atom numarası 118’den büyük elementleri oluşturmak için önceden var olan bir elemente bir proton veya nötron eklemek yeterli olmaz. Bunun nedeni, periyodik tabloda süper ağır çekirdek miktarının yeterince olmaması ve element sentezinde kullanılacak kadar uzun süre dayanmamasıdır. Bu nedenle araştırmacılar, istenen atom numarası kadar proton artışı yapar ve daha hafif çekirdekleri birleştirerek atom numarası 118 den büyük elementleri elde etmeye çalışırlar. Ne yazık ki, kısa yarılanma ömrü ve az sayıda atom nedeniyle yeni bir element keşfetmek ve keşfi doğrulamak çok zordur. Keşfedilecek en yeni ve en muhtemel element adaylarının atom numarası 120 ve 126 arasında olacaktır, çünkü bunların izotoplarının tespit edilebilecek kadar uzun süre bozunmadan kalabileceğine inanılmaktadır.
Hazırlayan: Rabiye Baştürk
