Bằng cách thay đổi nhân tạo số proton trong hạt nhân, người ta có thể tạo ra các chất mới?

Trên thực tế, 26 nguyên tố này hoàn toàn tồn tại trong tự nhiên, nếu không nó sẽ không thể được sản xuất nhân tạo. Nhưng vấn đề là những nguyên tố này quá hiếm trong tự nhiên hoặc có chu kỳ bán rã quá ngắn nên người ta mới tìm cách tạo ra nó. Ví dụ, một số nguyên tố ở thể khí khó tồn tại trong 1 giây trong điều kiện tự nhiên và chỉ có thể thu được bởi con người thông qua việc tạo ra nó.

Bảng tuần hoàn là cơ sở để thiết kế các nguyên tố nhân tạo

Bảng tuần hoàn các nguyên tố là một trong những khám phá khoa học vĩ đại nhất của nhân loại. Nó liệt kê một số nguyên tố dường như không liên quan với nhau và dần dần tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh các nguyên tố tự nhiên, thúc đẩy sự phát triển của hóa học hiện đại và hé lộ những bí ẩn của các chất tự nhiên, từ đó cho phép con người có hiểu biết sâu sắc hơn về các quy luật tự nhiên.

Người đầu tiên công bố bảng tuần hoàn là nhà hóa học người Nga Mendeleev, ông đã đưa ra bảng tuần hoàn thế hệ đầu tiên vào năm 1869. Sau đó, các nhà hóa học các nước tiếp tục giới thiệu và cải tiến các bảng tuần hoàn khác nhau, dần dần bảng tuần hoàn đã trở thành một công cụ không thể thay thế của hóa học hiện đại.

Hiện có hơn 170 bảng tuần hoàn các nguyên tố trên thế giới. Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, các nguyên tố được sắp xếp theo số hiệu nguyên tử, nhỏ nhất là số 1, một hàng là chu kỳ, còn lại là nhóm; bán kính nguyên tử giảm dần từ trái sang phải và tăng dần theo thứ tự từ trên xuống dưới.

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hiện có 7 nhóm chính, 7 nhóm phụ, nhóm VIII và 0 nhóm. Các nguyên tố được đánh số theo thứ tự được liệt kê trong bảng tuần hoàn và số đó là số hiệu nguyên tử. Mối quan hệ giữa số hiệu nguyên tử và cấu tạo nguyên tử của nguyên tố là: số proton = số hiệu nguyên tử = số electron ngoại nhân = số điện tích hạt nhân.

Khi bảng tuần hoàn của Mendeleev mới được thành lập, chỉ có 63 nguyên tố. Ông đã sắp xếp các nguyên tố này theo thứ tự kích thước và dự đoán thành công gali, scandium và germani chưa được phát hiện vào thời điểm đó; khi bảng tuần hoàn phát triển theo thời gian, con người tiếp tục khám phá Quy luật sắp xếp các nguyên tố, không ngừng phát hiện ra các nguyên tố còn thiếu ở giữa, hiểu sâu hơn về tính chất của các nguyên tố.

Vì vậy, một trong những ý nghĩa to lớn của bảng tuần hoàn là hướng dẫn các nhà khoa học tìm ra những nguyên tố còn thiếu. Những nguyên tố này có thể không có trong tự nhiên, do đó nhiều nhà khoa học đã cố gắng tạo ra chúng một cách nhân tạo. Lúc này, người ta đã biết tính chất của các nguyên tố do số proton trong nguyên tử quyết định nên chỉ cần thay đổi số proton trong nguyên tử là có thể thu được nguyên tố mới.

Ví dụ, trong bảng tuần hoàn các nguyên tố đã tồn tại molypden số 42 và nguyên tố ruthenium số 44. Người ta biết rằng số proton trong các nucleon của hai nguyên tố này lần lượt là 42 và 44 thì phải có một nguyên tố mới ở giữa có số proton là 43.

Nhưng làm thế nào để khiến cho các proton trong nucleon thay đổi về số lượng? Các nhà khoa học đã mày mò trong nhiều năm.

Cho đến năm 1937, nhà vật lý Ernest Lawrence tại Đại học California, Berkeley, đã sử dụng cyclotron do ông phát minh để "bắn phá" hạt nhân molypden của nguyên tố 41 với hạt nhân đơteri của nguyên tố 1, và thu được nguyên tố 43. Đây là nguyên tố nhân tạo đầu tiên mà con người có được, nó được đặt tên là "tecneti" (Tc), và "tecneti" trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là "nhân tạo".

26 nguyên tố nhân tạo có được bằng cách "bổ sung"

Hiện tại, con người đã phát hiện ra tổng cộng 118 nguyên tố trong vũ trụ, trong đó 92 nguyên tố có được trong tự nhiên và 26 nguyên tố có được từ quá trình sản xuất nhân tạo. Các phương pháp sản xuất nhân tạo nguyên tố đều được thực hiện bằng phương pháp "bổ sung".

"Bổ sung" có nghĩa là gì? Đó là sử dụng hai nguyên tố có số hiệu nguyên tử nhỏ hơn để hợp nhất thành nguyên tố lớn hơn, trên thực tế đây là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Và để thực hiện được loại phản ứng này thì lại là một điều không hề đơn giản, nó đòi hỏi áp suất và nhiệt độ cực cao mới có thể làm cho các hạt nhân hợp nhất với nhau. Do đó, mặc dù vào đầu thế kỷ 20 người ta đã phát hiện ra rằng "bổ sung" có thể được sử dụng để thu được các nguyên tố mới, nhưng họ đã không thể làm điều đó vì khoa học kỹ thuật vẫn chưa phát triển để đáp ứng được.

Mãi đến năm 1931, Lawrence mới phát minh ra cyclotron, sẽ giúp các hạt mang điện tăng tốc bởi cơ chế phối hợp của điện trường và từ trường, sau đó va chạm hai loại hạt nhân nguyên tử được cung cấp và tạo ra các nguyên tố mới một cách nhân tạo.

Tất cả các nguyên tố nhân tạo đều thu được bằng phương pháp "bổ sung" này. Ví dụ, các nhà khoa học bắn phá californium có số nguyên tử 98 với boron có số nguyên tử 5 để thu được cymbidium với số nguyên tử 103; bắn phá crom dẫn với số nguyên tử 82 để thu được Nguyên tố thứ 106 là xi; dùng canxi có hệ số nguyên tử là 20 bắn phá californi có số hiệu nguyên tử là 98 để thu được Og có số hiệu nguyên tử là 118.

Những khám phá của con người luôn tiếp diễn và không có hồi kết

Cho đến nay, có 26 nguyên tố nhân tạo, đó là: Technetium 43 (T), Promethium 61 (Pm), Americium 95 (Am), Curium 96 (Cm), Berkelium 97 (Bk), Californium 98 (Cf), No 99 Einsteinium (Es), Số 100 Einsteinium (Fm), Số 101 Mendium (Md), Số 102 Nuo (Không), Số 103 Cymbalium (Lr), Số 104 Mandium Lu (Rf), Không. 105 Mandium Du (Db), số 106 Jin Xi (Sg), số 107 Jin Bo (Bh), số 108 Jin He (Hs), số 109 Jin Mai (Mt), số 110 Zine (Ds) , Số 111 Chi (Rg), số 112 Cn (Cn), số 113 Cauer (Uut / Nh), số 114 N (Fl), số 115 Y (Mc), số 116 Nam (Lv) , Số 117 Ishida (Ts), số 118 Qi Austria (Og).

Tại thời điểm này, tất cả các chỗ trống trong bảng tuần hoàn các nguyên tố đã được lấp đầy, ngoại trừ số 43 và số 61, các nguyên tố nhân tạo đều là nguyên tố phóng xạ, cực kỳ hiếm trong tự nhiên, cực kỳ không ổn định hoặc có chu kỳ bán rã ngắn nên rất khó kiếm được trong tự nhiên, và một số rất khó bảo quản ngay cả khi chúng là do con người tạo ra.

Ví dụ, nguyên tố thứ 118 Og, các nhà khoa học đã thử nghiệm vô số lần trong cyclotron, và chỉ trong năm 2003 và 2005, họ đã có được 3 nguyên tử tương ứng. Chỉ có 3 nguyên tử có thể được phát hiện bằng các thiết bị cực kỳ chính xác. Chu kỳ bán rã của nguyên tố này chỉ là 12 mili giây, có nghĩa là nó biến mất ngay lập tức.

Nhiều nhà khoa học vẫn đang tổng hợp các nguyên tố có số lượng cao hơn, và thậm chí một số tên đã được chọn, chẳng hạn như nguyên tố 119 Uue, nguyên tố 120 Ubn và nguyên tố 121, v.v., nhưng ngày càng khó có được những nguyên tố này, cà có lẽ chúng mới chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng. Bảng tuần hoàn các nguyên tố cuối cùng có thể được xếp bao nhiêu số thứ tự vẫn còn khá nhiều tranh cãi, và chúng ta chỉ có thể chờ xem mà thôi.