Si basamos qué elemento es “más pesado” por su densidad, entonces Osmium es el elemento estable más denso que se encuentra naturalmente en la Tierra a 22.6 g / cm3 , y Hassium es el elemento más denso creado artificialmente con una densidad de 40.7 g / cm3 (pero es bastante inestable).
Sin embargo, la densidad no es masa, solo describe cuán estrechamente empaquetada está la masa. Entonces, el elemento con el núcleo más pesado debe declararse más pesado (también hay ligeras variaciones en la masa atómica para los diferentes isótopos, así que tomemos siempre la figura del isótopo más estable). El uranio (92) sería el elemento más pesado que se encuentra naturalmente en la Tierra (masa atómica de 238 ), y Ununoctium (118) sería el elemento más pesado jamás documentado (después de ser creado artificialmente), con una masa atómica de 294 .
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Sin embargo, Ununoctium es solo el más pesado de los elementos que hemos detectado directamente. Sin embargo, definitivamente existen elementos mucho más pesados que Ununoctium. El unnunoctium en sí solo se detectó en 2002 por primera vez, sin embargo, ya se encontró en tablas periódicas de principios de la década de 1990.
No colocamos elementos más pesados que Ununoctium en la mayoría de las tablas periódicas solo por razones estéticas y funcionales. Hay algunas tablas periódicas que incluyen muchos más elementos, y se ven así:
El 0
Todos los modelos teóricos actuales indican que la estabilidad tiende a disminuir a medida que aumenta la masa atómica del núcleo (salvo unas pocas expecciones). Sin embargo, la vida media de Ununoctium de 0.001 segundos no es realmente corta, es billones de veces más larga que la vida media de muchos isótopos mucho más livianos, se puede ver cómo pueden llegar aquí las vidas medias cortas .
Hemos observado varios isótopos que se descomponen después de aproximadamente 10 a 22 segundos, como el Hidrógeno 4 (tritio con un neutrón más). Eso es completamente efímero. El valor de 0.001 de la segunda vida media de Ununoctium 294 es 3 magnitudes más distantes de la vida media del hidrógeno 4 como lo es de los 13.7 mil millones de años de la edad de nuestro universo.
Pero, ¿qué tan estables serían los elementos más allá de Ununoctium?
Las teorías actuales indican que Ununoctium 294 se encuentra en las orillas de la región de masas conocida como “Mar de inestabilidad”, donde se espera que los núcleos se descompongan en orden de microsegundos. Sin embargo, algunos científicos piensan que los núcleos más masivos podrían estar ubicados en la llamada “Isla de la Estabilidad”, con vidas medias inusualmente largas (probablemente segundos). Se espera que Ubinilium-304 (elemento 120) y Unbihexium-310 (elemento 126) sean los más estables.
No hay una masa atómica máxima definida posible de un núcleo, sin embargo, según IUPAC, para que un núcleo se considere un “elemento” legítimo, debe tener al menos un isótopo con una vida media de al menos 0.7 x 10-14 segundos (tiempo que tardan los protones y neutrones en el núcleo en organizarse en capas nucleares).
Por lo tanto, el elemento más pesado posible en el universo sería el que tenga la mayor masa atómica de todos los núcleos ubicados por encima de este límite de semivida. Cualquier cosa con una vida media inferior a 0.7 x 10-14 segundos ya no es un elemento.
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Este es un tema muy importante en física, y si se resuelve, podría ayudarnos a encontrar una manera de sintetizar elementos con masas increíbles y usarlos.
Antes de comenzar a hacer estimaciones sobre el rango de vida útil de los núcleos superpesados, sería mejor explicar qué hace que los núcleos pesados sean inestables.
Existen dos tipos principales de desintegración nuclear que pueden cambiar el tamaño y la composición de un núcleo, cada uno causado por fuerzas completamente diferentes:
a) Descomposición beta : el tipo de desintegración más común en los elementos más ligeros. Se produce cuando un núcleo tiene una relación inestable de neutrones-protones (según el principio de exclusión de Pauli). Tiene dos variaciones, β- transforma un neutrón en un protón, y β + transforma un protón en un neutrón que emite partículas beta (leptones) en ambos casos. El número de partículas en el núcleo permanece igual, solo cambia la cantidad de protones protones. Muy similar a la desintegración beta es el proceso de captura de electrones , que absorbe uno de los electrones internos del átomo y transforma uno de sus protones en un neutrón.
b) Emisión : causada por la fuerza fuerte y la repulsión electrostática de protones en el núcleo, y tiene varios subtipos múltiples:
- Desintegración alfa : el tipo más común de desintegración emisiva, causada por la repulsión de protones, expulsa una partícula alfa que consta de dos neutrones y dos protones del núcleo, disminuyendo su masa atómica.
- Fisión espontánea : fragmentos enteros del núcleo en dos núcleos hijos más pequeños (a menudo también emiten neutrones). Causado por la repulsión de protones
- Deterioro de neutrones y protones : generalmente ocurre en elementos muy ligeros, es causado por efectos repulsivos de la fuerza nuclear a distancias demasiado cortas (normalmente, la fuerza nuclear es atractiva)
La razón por la cual los núcleos más pesados son más inestables radica en la repulsión electrostática de protones, que es más fuerte que la fuerza nuclear a distancias más largas. La fuerza nuclear, que une protones y neutrones a otros protones o neutrones en el núcleo, es significativa solo en distancias muy cortas y se vuelve imperceptible a ~ 2.5 fm (femtómetros).
Sin embargo, muchos núcleos atómicos son mucho más grandes que 2.5 fm de diámetro; El núcleo de uranio-238 tiene un tamaño de alrededor de 15 fm , y cada protón o neutrón solo interactúa con algunos otros que están más cerca de él. Para reducir la fuerza repulsiva entre protones, debe tener muchos más neutrones que protones (92 protones, 146 neutrones), aumentando tanto el valor neto de la fuerza de unión nuclear como las distancias (y por lo tanto reduce las fuerzas repulsivas) entre los protones.
Cuando se trata de elementos superpesados, el tipo más común de descomposición es definitivamente la descomposición alfa o la fisión espontánea. Hay dos fuerzas principales que gobiernan qué tan resistentes serán los núcleos contra esos tipos de desintegración, esas son la fuerza fuerte y fuerza electrostática, que dan una energía de unión total .
Como la desintegración alfa y la fisión son las formas en que la mayoría de los núcleos superpesados casi siempre decaerán, solo nos centraremos en ellos.
Al observar cómo las vidas medias disminuyen a medida que los elementos se vuelven más altos, podremos estimar el rango de tamaño en el que debe ubicarse el elemento más pesado posible. Es un método muy simplificado, pero podríamos llegar a una cifra al menos algo precisa.
El núcleo más pesado posible que todavía es indefinidamente estable es el plomo 207. Cualquier elemento más pesado se encuentra en la zona de desintegración alfa.
Energías de unión por nucleón y vidas medias de elementos pesados progresivamente menos estables:
- Bismuto 209 – 1.9 × 10 19 años , energía de unión 7.847985 MeV
- Torio 232 – 14 mil millones de años , energía de unión 7.6112 MeV
- Uranio 238 – 4.47 mil millones de años , energía de unión 7.57012 MeV
- Plutonio 244 – 79.3 millones de años , energía de unión 7.524817 MeV
- Curio 247 – 15,6 millones de años , energía de unión 7.501928 MeV
- Neptunio 237 – 2.144 millones de años , energía de unión 7.575 MeV
- Protactinio 231 – 32,760 años , energía de unión 7.61842 MeV
- Americio 243 – 7.370 años , energía de unión 7.530169 MeV
- Radio 226-1,602 años, energía de unión 7.66195 MeV
- Berkelio 247 – 1380 años , energía de unión 7.498936 MeV
- Californio 251 – 898 años , energía de unión 7.470502 MeV
- Polonio 209-103 años , energía de unión 7.83518 MeV
- Actinio 227 – 21.7 años , energía de unión 7.6507 MeV
- Einsteinium 252 – 1.29 años , energía de unión 7.45724 MeV
- Fermio – 257-100 días , energía de unión 7.42219 MeV
- Mendelevio 258 – 51.5 días , energía de unión 7.4096 MeV
- Radón 222 – 3.82 días , energía de unión 7.661956MeV
- Dubnium 268 – 1.3 días , energía de unión 7.329 MeV
- Rutherfordium 265 – 19 horas , energía de unión 7.354 MeV
- Lawrencio 266 – 11 horas , energía de unión 7.364 MeV
- Astatine 210 – 8.1 horas , energía de unión 7.8116 Mev
- Lawrencio 262 – 3.6 horas , energía de unión 7.374 MeV
- Rutherfordium 267 – 1.3 horas , energía de unión 7.343 MeV
- Nobelium 259 – 1 hora , energía de enlace 7.4 MeV
- Francio 223 – 22 minutos , energía de unión 7.683 MeV
- Hassium 277 – 130 segundos , energía de unión 7.262 MeV
- Seaborgium 271 – 115 segundos , energía de unión 7.307 MeV
- Roentgenio 282 – 90 segundos , energía de unión 7.214 MeV
- Bohrium 273 – 61 segundos , energía de unión 7.288 MeV
- Copérnico 285 – 29 segundos , energía de unión 7.195 MeV
- Ununtrium 286 – 20 segundos , energía de unión 7.174 MeV
- Darmstadtium 281 – 19 segundos , energía de unión 7.228 MeV
- Flerovium 289 – 9.8 segundos , energía de unión 7.159 MeV
- Meitnerio 279 – 7.6 segundos , energía de unión 7.244 MeV
- Livermorium 293 – 0.6 segundos , energía de unión 7.123 MeV
- Ununpentium 289 – 0.22 segundos , energía de unión 7.14 MeV
- Ununseptium 294 – 0.05 segundos , energía de unión 7.09 MeV
- Ununoctium 294 – 0.001 segundos , energía de unión 7.07 MeV
Podemos ver una tendencia de elementos más pesados que son progresivamente menos estables que los más ligeros en promedio, aunque existen algunas irregularidades locales.
Elementos más estables con una vida media en los siguientes órdenes de magnitud:
- 10 ^ 10 años – Torio (90)
- 10 ^ 9 años – Uranio (92)
- 10 ^ 8 años
- 10 ^ 7 años – Plutonio (94), Curio (96)
- 10 ^ 6 años
- 10 ^ 5 años
- 10 ^ 4 años
- 10 ^ 3 años – Berkelium (97)
- 10 ^ 2 años – Californium (98)
- 10 ^ 1 años –
- 10 ^ 0 años – Einsteinium (99)
- 10 ^ -1 años (1.2-12 meses) – Fermio (100), Mendelevio (101)
- 10 ^ -2 años (3.6-36 días) –
- 10 ^ -3 años (8-87 horas) – Dubnium (105)
- 10 ^ -4 años (0.8-8 horas)
- 10 ^ -5 años (5-52 minutos)
- 10 ^ -6 años (0.5-5 minutos) – Hassium (108)
- 10 ^ -7 años (3-31 segundos) – Copernicium (111), Ununtrium (114) Flerovium (115)
- 10 ^ -8 años (0.3-3 segundos) – Livermorium (116)
- 10 ^ -9 años (0.03-0.3 segundos) – Ununseptium (117)
- 10 ^ -10 años (0.003-0.03 segundos)
- 10 ^ -11 años (x 10 ^ -4 – 0.003 segundos) – Ununoctium (118)
Ahora podemos extrapolar la ubicación del elemento legítimo más pesado (vida media más de 0.7 x 10 ^ -14 segundos). Existen múltiples posibilidades, lo más probable es que sean las siguientes:
- Proyección fuertemente pesimista: los últimos elementos hasta que Ununseptium fue inusualmente estable, pero esta tendencia no continuará, cada elemento adicional será ± 1 orden de magnitud menos estable y el elemento final se ubicará en el rango de 128-132
- Proyección ligeramente pesimista: a juzgar por las cifras entre Berkelium y Ununoctium, cada elemento adicional será aproximadamente ± 0.66 órdenes de magnitud menos estable, el elemento final se ubicará en el rango de 137-141
- Proyección neutral 1 : la tasa de desintegración marginal derivada es ligeramente negativa y habrá diferencias más pequeñas después de cada protón sucesivo, pero el elemento final probablemente se ubicará en el rango de 145-160
- Proyección neutral 2 – la tasa de desintegración marginal derivada es más negativa que en la proyección neutral y habrá diferencias aún más pequeñas después de cada protón sucesivo a masas más altas. Sin embargo, más allá de cierta masa, cualquier elemento tendría una vida media máxima de menos de 0.7 x 10 ^ -14 segundos. El elemento final probablemente se ubicará en algún lugar en el rango de 160-400
- Proyección muy optimista: la tasa de desintegración marginal derivada es significativamente negativa y los elementos nunca tendrán una vida media máxima de menos de 0.7 x 10 ^ -14 segundos, puramente en teoría, el límite superior de los elementos solo estaría en el punto donde la influencia de la gravedad Al adelantar una fuerza fuerte , el objeto se consideraría una estrella de neutrones.
Estas estimaciones se basan completamente en estadísticas sin suposiciones de que pueden existir grandes islas de estabilidad. Sin embargo, definitivamente espero que en el futuro finalmente descubramos qué tan lejos llega realmente la tabla periódica.
