אי של יציבות

זמן מחצית חיים של איזוטופים מדודים (קוביות) וחזויים (צלליות), לפי מספר פרוטונים ונייטרונים. ככל שהצבע כהה יותר אורך זמן מחצית החיים ארוך יותר. "אי היציבות" מוקף בעיגול.

אי של יציבות הוא חיזוי תאורטי לפיו, על-אף שיסודות טרנס-אורניים (כלומר יסודות כימיים כבדים יותר מאורניום) נוטים להיות בעלי זמן מחצית חיים קצר מאד (שניות בודדות ולמטה מכך), הרי שישנן קבוצות של איזוטופים בעלות "מספר קסם"[1] של פרוטונים ונייטרונים, המקיימות זמן מחצית חיים ארוך באופן ניכר, של דקות ארוכות, ימים ואף שנים רבות[2].

רקע תאורטי

הצעה לקיום "אי של יציבות" הועלתה כבר בשנות ה-60 של המאה ה-20 על ידי גלן תיאודור סיבורג. לפי תאוריה זו, כפי שישנם "מספרי קסם" ברמה האטומית, כלומר מילוי של "שכבות" או "קליפות" באלקטרונים סביב הגרעין, המשפיעות על תכונותיו הכימיות של החומר. כך ישנן "קליפות" מקבילות ברמה הגרעינית, הפועלות לפי עקרון האיסור של פאולי, כך שקליפה "מלאה" בנוקליאונים (פרוטונים או נייטרונים) מאריכה את זמן מחצית החיים. "מספר הקסם" הוא מספר הפרוטונים או הנייטרונים הנדרש על מנת למלא קליפה (החלת עקרון זה ברמת הגרעין הוא פרי מחקרה של מריה גופרט-מאייר). מריה גופרט-מאייר קראה בשם "מספרי קסם" למספרי הנוקלאונים הנחוצים למילוי הרמות בגרעין. "מספר הקסם הכפול" הוא מספר שבו מתמלאות גם רמות הפרוטונים וגם רמות הנייטרונים.

"מספר הקסם" התאורטי של נייטרונים ב"אי של יציבות" התאורטי הראשון של היסודות העל-כבדים הוא 184, כך שאיזוטופים בעלי מספר זה של נייטרונים צפויים להיות יציבים יחסית, כאשר מספר הפרוטונים להשגת יציבות הוא 114, 120 או 126. מכל היסודות האפשריים מתמקד המחקר ב-289Fl, יסוד בן מספר מתאים של פרוטונים (114) שהצליחו לייצר, אף שטרם נמצאה דרך ליצור איזוטופ יציב מספיק במעבדה (שהוא יהיה כנראה 298Fl)[2]. מועמד נוסף הוא איזוטופ 304Ubn (כלומר גרעין עם 120 פרוטונים ו-184 נייטרונים).

התוצאות האמפיריות שנצפו בעת יצירת אטומי ליברמוריום (116) ואוגאנסון (118) הצליחו לשכנע את החוקרים שהאי של יציבות אכן קיים בפועל[3][4].

בכנס האגודה האמריקנית לכימיה ב-2008 הציע יורי אוגאנסיאן שאי היציבות הבא צריך להמצא בגרעין בעל 164 פרוטונים (ו-318 נייטרונים, "מספר הקסם" הבא, כלומר האיזוטופ התאורטי 482Uhq)‏[5].

החשיבות בהשגת איזוטופים יציבים ליסודות על-כבדים, מלבד העניין שבמדע בסיסי, היא שייתכנו להם שימושים מעשיים ותכונות כימיות ייחודיות. אחד השימושים הדוחפים תחום זה הוא האפשרות ליצור פצצת נייטרון זעירה מבוססת חומר על-כבד כזה, שתשתמש כמקור אנרגיה ראשוני לתהליך של היתוך גרעיני.

זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118

כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) הינם בלתי-יציבים וזמן מחצית החיים באופן כללי יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר 118. זמן מחצית החיים גדל בתחום היסודות 103 עד 105, יורד ביסוד 106 ועולה שוב קלות ביסודות 110 עד 114, מה שמרמז על התכנות אי של יציבות.

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד בטווח.

מספר אטומישם היסודהאיזוטופ היציב ביתרמחצית חיים
83 ביסמוט209Bi2 × 1019 שנים
84 פולוניום209Po130 שנים
85 אסטטין210At8 שעות
86 רדון222Rn3.824 ימים
87 פרנציום223Fr22.0 דקות
88 רדיום226Ra1600 שנים
89 אקטיניום227Ac21.77 שנים
90 תוריום232Th1.41 × 1010 שנים
91 פרוטקטיניום231Pa32800 שנים
92 אורניום238U4.47 × 109 שנים
93 נפטוניום237Np2.14 × 106 שנים
94 פלוטוניום244Pu8.0 × 107 שנים
95 אמריציום243Am7400 שנים
96 קוריום247Cm1.6 × 107 שנים
97 ברקליום247Bk1000 שנים
98 קליפורניום251Cf900 שנים
99 איינשטייניום252Es470 ימים
100 פרמיום257Fm100.5 ימים
101 מנדלביום258Md51.5 ימים
102 נובליום259No58 דקות
103 לורנציום266Lr~11 שעות
104 רתרפורדיום267Rf~1.3 שעות
105 דובניום268Db1.3 ימים
106 סיבורגיום269Sg~3.1 דקות
107 בוהריום270Bh3.8 דקות
108 האסיום277mHs~130 שניות
109 מייטנריום278Mt7.6 שניות
110 דרמשטטיום281mDs~3.7 דקות
111 רנטגניום282Rg2.1 דקות
112 קופרניקיום285mCn~8.9 דקות
113 ניהוניום286Nh19.6 שניות
114 פלרוביום289mFl~1.1 דקות
115 מוסקוביום289Mc220 מילי-שניות
116 ליברמוריום293Lv61 מילי-שניות
117 טנסין294Ts78 מילי-שניות
118 אוגאנסון294Og890 מיקרו-שניות

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

  1. ↑ ראו הסבר מפורט בעברית במאמר דפנה מנדלר ומירי קסנר, "ניקל-48:הקסם הכפול", על­-כימיה, ספטמבר 2001 (1)
  2. 1 2 Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability
  3. ↑ על שני יסודות חדשים, ידיעון כימיה, טכנולוגיה, חברה, גיליון 80 (2000)
  4. ↑ משה נחמני, הוכן היסוד הכימי ה-117 בטבלה המחזורית, הידען, 16 באפריל 2010
  5. ↑ Nuclear scientists eye future landfall on a second 'island of stability'
This article is issued from Hamichlol. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.