آیا جدول تناوبی به پایان کار خود رسیده است؟

از آنجا که سال ۲۰۱۹ صد و پنجاهمین سالگرد تولد جدول تناوبی توسطدمیتری مندلیف است، سازمان ملل در نظر دارد آن را سال جهانی جدول تناوبی عناصر شیمیایی (IYPT 2019) اعلام کند. با این حال، این جدول کهنسال هنوز هم در حال رشد است! به‌طوری که در سال ۲۰۱۶ چهار عنصر جدید به نام‌های نیهونیم (Nihonium)، مسکوویم (Moscovium)، تنسین (Tennessine) و اوگانسون (Oganesson) به آن اضافه شد. اعداد اتمی (تعداد پروتون‌های موجود در هسته که خواص شیمیایی هر عنصر را تعیین می‌کند) این عناصر به ترتیب ۱۱۳، ۱۱۵، ۱۱۷ و ۱۱۸ گزارش شده‌اند.

کشف این چهار عنصر دستاور یک دهه تلاش در سطح جهانی بوده است. در حال حاضر، دانشمندان می‌خواهند بدانند این جدول تا کی و کجا ادامه پیدا خواهد کرد؟ در مقاله‌ی اخیر ویتک نازارویچ، استاد فیزیک دانشگاه میشیگان، پاسخ‌هایی به این پرسش داده شده است.

تمام عناصری که عدد اتمی آن‌ها بالاتر از ۱۰۴ است، عناصر فوق‌ سنگین نام دارند . این عناصر، بخشی از یک دنیای ناشناخته هستند که دانشمندان سعی در کشف آن‌ دارند. پیش‌بینی‌ها حاکی از آن هستند که پروتون‌های داخل اتم‌هایی با عدد اتمی بالاتر از ۱۷۲، می‌تواند هسته را با برقراری نیروهای هسته‌ای تشکیل دهد. این نیرو تنها به‌مدت چند ثانیه مانع از فروپاشی هسته خواهد شد. این نوع هسته‌ها که در فضای آزمایشگاه ساخته می‌شوند، بسیار ناپایدار هستند و پس از مدت کوتاهی به‌سرعت تجزیه می‌شوند. این واپاشی برای عناصر سنگین‌تر از اوگانسون، به‌قدری سریع است که فرصت کافی برای جذب الکترون‌ها و ساخت یک اتم پایدار وجود ندارد؛ از این‌رو، تمام عمر آن‌ها محدود به اتصال بین پروتون‌ها و نوترون‌ها خواهد شد.

با استناد به این حالت، تعریف اتم و شناخت آن با چالش‌هایی مواجه خواهد شد. در واقع، در این حالت، دیگر نمی‌توان اتم را به‌عنوان هسته‌ای مرکزی تعریف کرد که الکترون‌ها در اطراف آن در حال چرخش هستند. ضمن این‌که نحوه‌ی شکل‌گیری هسته هم به خودی خود، یک معما است.

دانشمندان طی یک حرکت آهسته اما مطمئن اقدام به ساخت یک عنصر توسط عنصر دیگر می‌کنند. درحالی‌که از نتیجه‌ی نهایی بررسی‌های خود درک روشنی ندارند. اکنون جستجو برای کشف عنصر ۱۱۹ در چندین آزمایشگاه مطرح در روسیه، آلمان و ژاپن در حال انجام است. نازارویچ می‌گوید:

 نظریه‌ی هسته‌ای فاقد قدرت لازم برای پیش‌بینی شرایط مطلوب در شکل‌گیری هسته است. بنابراین باید با روند حدس پیش رفت تا مشخص شود که آزمایش‌های همجوشی به چه نتیجه‌ای می‌رسند. این روش می‌تواند چندین سال طول بکشد.

چنانچه عنصر ۱۱۹ جدول تناوبی کشف شود، یک دوره‌ی هشتم به آن اضافه خواهد شد. نازارویچ در این خصوص می‌گوید ممکن است نتایج این کشف در آینده‌ی نزدیک معلوم شود.

پرسش هیجان‌انگیز دیگری در این خصوص وجود دارد: آیا هسته‌های فوق سنگین می‌توانند در فضا تشکیل شوند؟ تصور فعلی این است که در هنگام ادغام ستاره‌های نوترونی، برخورد فوق‌العاده قدرتمندی شکل می‌گیرد که به معنای واقعی کلمه، بنیان جهان را می‌لرزاند! در محیط‌های ستاره‌ای‌مانند که نوترون‌ها فراوان هستند، یک هسته می‌تواند در اثر هم‌جوشی با نوترون‌ها، یک ایزوتوپ‌ سنگین‌تر بسازد. در واقع تعداد پروتون‌های هسته ثابت باقی می‌ماند؛ اما هسته‌ به‌دلیل افزایش نوترون سنگین‌تر می‌شود. مسئله این است که هسته‌های فوق سنگین بسیار ناپایدار هستند و قبل از این‌که نوترون‌های بیشتری به آن‌ها افزوده شود، متلاشی می‌شوند و سدی در برابر تولید ستارگان ایجاد می‌شود. با این حال، این امیدواری وجود دارد که دانشمندان بتوانند از طریق شبیه‌سازی‌های پیشرفته و استفاده از الگوهای مشاهده‌شده در خصوص عناصر ساختگی، این هسته‌های ناپایدار را رؤیت کنند.

در صورت پیشرفت‌های تجربی، دانشمندان این عناصر سنگین‌تر را به جدول تناوبی اضافه خواهند کرد. تا آن زمان، آن‌ها می‌توانند به دنبال خواص کاربردی و جالب این یافته‌های عجیب خود باشند! نازارویچ می‌گوید:

 نمی‌دانیم این عناصر به چه شکل هستند. اما تاکنون آموخته‌ایم که احتمال به پایان رسیدن جدول تناوبی عناصر شیمیایی وجود دارد.