Seeberg y el elemento transuránico artificial que invirtió la tabla periódica

 

En 1980, Glenn Seaborg muestra una de las cajas de puros en la que él y sus colegas almacenaron las primeras muestras de plutonio 239. Las cajas de puros fueron provistas por su compañero químico, GN Lewis. (© Roger Ressmeyer / CORBIS)

Conferencista | Xiong Yi, Catedrático, Departamento de Física, Universidad Nacional de Taiwán
Artículos recopilados | Xiao Weihan

No sé si alguno de vosotros, lectores, habéis visto ya «Los Vengadores – La Lucha Final». ¿Y qué lectores van a revisar cada uno de los cómics en detalle antes de dirigirse a la batalla final?

En la primera mitad de la película, el cuerpo de Tony Stark está profundamente envenenado por el paladio del reactor Ark en su pecho, y no puede encontrar una fuente de energía alternativa adecuada en la tabla periódica existente. Después de revisar las notas de su padre, Tony se inspiró en la creación de su propio acelerador de anillo en el sótano de su estudio casero para sintetizar nuevos elementos.

Quizás la mayoría de la gente no tiene las condiciones y la experiencia de Tony, pero la mayoría de los lectores deben haber explorado, o al menos leído, la tabla periódica. Como sabemos por esta serie de conferencias, la tabla periódica no nace con la aparición en los libros de texto de física y química de hoy. Detrás de cada elemento se encuentra la exploración interminable de sus predecesores. Los químicos nucleares que están a la vanguardia de la investigación actual deben pasar por un proceso similar al de la película para predecir, sintetizar y verificar elementos que aún no han aparecido en la tabla periódica.

El protagonista de esta conferencia es Glenn T. Seaborg, el gigante de la química nuclear moderna y los elementos sintéticos.

Seeberg completó su doctorado en 1937. En ese momento, se habían encontrado la mayoría de los elementos más ligeros en la tabla periódica, y los elementos más pesados ​​no podían existir de manera estable en el medio ambiente de la tierra, es decir, la vida media era extremadamente corta. Se descompone en otros núcleos atómicos más ligeros a través del proceso de radiación poco después de la formación y, por lo tanto, no se puede obtener analizando compuestos cotidianos. Especialmente los elementos transuránicos, que generalmente se refieren a elementos con un número atómico superior a 92, casi todos deben depender de síntesis artificial. El dominio de tecnologías clave se ha convertido en la clave para liderar la investigación relacionada, y el método utilizado por Tony en el acelerador Iron Man II es un arma mágica para sintetizar elementos transuránicos.

Por casualidad, cuando Seeberg estaba en la Universidad de California, Berkeley, el ciclotrón diseñado por E. Lawrence, quien también estaba allí, se acercaba a la madurez en 1930. En términos generales, desde una vista superior, un ciclotrón se compone de dos regiones semicirculares perpendiculares al campo magnético aplicado. Se intercala un pequeño espacio entre los dos semicírculos y se aplica voltaje de CA a ambos extremos del espacio. La física de la escuela secundaria nos dice que en un campo magnético, una partícula cargada se moverá en un círculo en el plano del campo magnético vertical, y el radio del círculo es proporcional a la velocidad de la partícula. Por lo tanto, cuando la velocidad de la partícula no es alta, la partícula cargada puede moverse en dos regiones semicirculares. Y use voltaje CA para acelerar hacia adelante y hacia atrás al pasar por un intervalo pequeño, hasta que acelera a una velocidad adecuada, el radio de rotación alcanza el tamaño del acelerador y sale de la cabina. Este diseño es mucho más efectivo que simplemente usar dos placas de voltaje paralelas para la aceleración y ganó el Premio Nobel de Lawrence.

Seeberg también aprovechó el tiempo y el lugar para convertirse en pionero en la aplicación de aceleradores en química. El principio de los elementos de síntesis del acelerador de partículas es acelerar las partículas para que golpeen un objetivo atómico específico, de modo que el núcleo atómico más ligero pueda completar la fusión con otros núcleos atómicos bajo alta energía y otras condiciones apropiadas. El principio parece simple, pero analizar los resultados experimentales, deducir conclusiones y verificar los resultados requiere un conocimiento químico superior y una disciplina científica estricta en cada paso.

Sin embargo, el novato Seeberg, en los dos primeros años de su investigador postdoctoral, sintetizó isótopos de hierro y yodo, los cuales tienen valor médico práctico más adelante. En la década de 1940, basándose en la investigación del neputonio sintético, Seeberg descubrió que el plutonio-239 (plutonio-239) con número atómico 94 era el principal líder en la síntesis de Americio y Lu ( Curio), berkelio y otros elementos actínidos, y participó en el descubrimiento de seis elementos transuránicos como el californio y el einstenio, incluido el seaborgio que lleva su nombre; el elemento también se llama Rompiendo la convención de no nombrar a las personas que todavía estaban vivas en ese momento, como líderes en el descubrimiento de elementos transuránicos, él y E. McMillan finalmente fueron galardonados con el Premio Nobel de Química en 1951.

Los lectores atentos pueden haber notado que muchos elementos son los llamados actínidos. Las dos filas de lantánidos y actínidos siempre han sido un mundo propio en la tabla periódica. Incluso a la edad en que el autor necesita recordar la tabla periódica, no he pensado mucho en por qué ocupan en parte la posición de los metales de transición, pero han creado una nueva esquina y han dejado al mundo independiente. Los lectores de mecánica cuántica pueden adivinar que después de resolver cuidadosamente la ecuación de Schrodinger para los átomos, las posiciones de los elementos en la tabla periódica deberían ser «predecibles»; la práctica del cálculo (incluso hasta el día de hoy) está lejos de serlo. Imagínese si encontramos algunos elementos transuránicos, ¿cómo juzgamos que estos elementos deberían incluirse en el metal de transición como en los ciclos anteriores, o deberían seguir al lantánido en el ciclo anterior y trazar otra línea?

Como mortales, podemos ignorar problemas tan remotos; por el contrario, para Seeberg, que ha descubierto más de un elemento, este problema es inevitable. Ante estos nuevos elementos transuránicos, aunque la idea más sencilla es insertarlos en metales de transición en secuencia, tras probar las propiedades químicas a través de experimentos posteriores y hacer referencia a las características de la serie de lantánidos en el ciclo anterior, un grupo de químicos liderado por Seeberg Se propone la teoría del actinio, que muestra que existe una línea de elementos en el período que tienen propiedades similares al actinio.

Hubo un tiempo en el que nuestra imaginación de la ciencia todavía era muy limitada; hubo un tiempo en que pensamos que el número atómico del átomo más pesado no superaría el 100, y algunos grandes maestros, como Seeberg, nacieron, con sus intuiciones. Los esfuerzos han ampliado los límites de la inteligencia humana. El rendimiento del ciclo se detiene en el número atómico 118, pero mirando hacia atrás en la historia de la ciencia, creo que tenemos razones para esperar que este no sea el final de la tabla periódica.


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