Có thể tạo ra các chất mới bằng cách thay đổi số proton trong hạt nhân nhân tạo?

Các nhà khoa học đã biết điều này từ lâu và đã nghiên cứu được hơn 100 năm, hiện có tổng cộng 118 nguyên tố, trong đó có 26 nguyên tố được tạo ra bằng cách thay đổi số proton trong hạt nhân.

Thực tế, 26 nguyên tố này tồn tại tự nhiên, nhưng rất hiếm hoặc có chu kỳ bán rã ngắn, do đó cần tạo ra chúng nhân tạo. Một số nguyên tố chỉ tồn tại trong điều kiện nhân tạo, ví dụ, một số nguyên tố ở dạng khí không thể tồn tại trong tự nhiên.

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

Bảng tuần hoàn nguyên tố là một phát minh lớn trong lịch sử khoa học, nó tạo ra một hệ thống các nguyên tố tự nhiên và giúp hóa học phát triển mạnh mẽ, khám phá những bí ẩn của tự nhiên.

Người đầu tiên công bố bảng tuần hoàn là nhà hóa học Nga Mendeleev vào năm 1869. Từ đó, các nhà khoa học đã phát triển và cải tiến bảng tuần hoàn, trở thành công cụ quan trọng không thể thiếu trong nghiên cứu hóa học hiện đại.

Hiện có hơn 170 bảng tuần hoàn nguyên tố trên thế giới, sắp xếp theo số hiệu nguyên tử và các tính chất hóa học của nguyên tố.

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

Khi bảng tuần hoàn của Mendeleev mới được tạo ra, chỉ có 63 nguyên tố. Ông đã xếp các nguyên tố theo kích thước và dự đoán thành công về gali, scandium và germani chưa được khám phá vào thời điểm đó; theo thời gian, người ta tiếp tục khám phá và hiểu sâu hơn về các quy luật sắp xếp các nguyên tố, không ngừng tìm ra những nguyên tố mới và hiểu biết rõ hơn về tính chất của chúng.

Bảng tuần hoàn có ý nghĩa quan trọng trong việc hướng dẫn các nhà khoa học phát hiện ra các nguyên tố chưa được biết đến. Điều này thúc đẩy nỗ lực tạo ra các nguyên tố nhân tạo do chúng có thể không tồn tại tự nhiên. Người ta hiểu rằng số proton trong nguyên tử là quyết định tính chất của nguyên tử, do đó chỉ cần thay đổi số proton là có thể tạo ra nguyên tố mới.

Ví dụ, trong bảng tuần hoàn đã biết molypden có số 42 và ruthenium có số 44. Do đó, người ta dự đoán cần một nguyên tố có số proton là 43 ở giữa.

Nhưng làm thế nào để thay đổi số lượng proton trong nucleon? Các nhà khoa học đã nghiên cứu rất lâu.

Vào năm 1937, nhà vật lý Ernest Lawrence tại Đại học California, Berkeley, sử dụng cyclotron để tạo ra nguyên tố 43 từ hạt nhân molypden của nguyên tố 41 và đơteri của nguyên tố 1. Đây là nguyên tố nhân tạo đầu tiên được tạo ra bởi con người, được gọi là 'tecneti' (Tc) từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là 'nhân tạo'.

26 nguyên tố nhân tạo được tạo ra bằng cách 'bổ sung'

Trên thế giới, đã phát hiện tổng cộng 118 nguyên tố, trong đó có 92 nguyên tố tự nhiên và 26 nguyên tố nhân tạo. Việc tạo ra các nguyên tố nhân tạo thường được thực hiện bằng phương pháp 'bổ sung'.

'Bổ sung' là việc kết hợp hai nguyên tố có số hiệu nguyên tử nhỏ hơn để tạo ra nguyên tố lớn hơn, là một quá trình tổng hợp hạt nhân. Tuy nhiên, để thực hiện quá trình này, cần phải có áp suất và nhiệt độ rất cao, điều này đã là một thách thức lớn đối với khoa học kỹ thuật từng thời kỳ.

Cho đến năm 1931, Lawrence mới phát minh ra cyclotron, một thiết bị giúp tăng tốc các hạt mang điện và va chạm chúng để tạo ra các nguyên tố mới nhân tạo.

Tất cả các nguyên tố nhân tạo đều được tạo ra bằng phương pháp 'bổ sung' này. Ví dụ, californium số 98 có thể kết hợp với boron số 5 để tạo ra cymbidium số 103; crom số 82 có thể kết hợp với californium để tạo ra Og số 118.

Sự khám phá không ngừng của con người

Hiện tại, đã có 26 nguyên tố nhân tạo, bao gồm Technetium 43 (T), Promethium 61 (Pm), Americium 95 (Am), Curium 96 (Cm), Berkelium 97 (Bk), và nhiều nguyên tố khác, chi tiết như Mendium, Cymbalium, Mandium, Jin Xi, Jin Bo, Jin He, Jin Mai, Zine, Chi, Cauer, N, Y, Nam, Ishida, Qi Austria.

Tất cả các ô trống trên bảng tuần hoàn nguyên tố đã được điền đầy, trừ số 43 và số 61, các nguyên tố nhân tạo thường có tính chất phóng xạ và rất hiếm hoặc không ổn định trong tự nhiên.

Chẳng hạn, với nguyên tố 118 Og, các nhà khoa học đã thử nghiệm nhiều lần trong cyclotron, và chỉ vào những năm 2003 và 2005, họ mới thu được 3 nguyên tử tương ứng. Chỉ có thiết bị cực kỳ chính xác mới có thể phát hiện được 3 nguyên tử này. Chu kỳ bán rã của nguyên tố này chỉ là 12 mili giây, tức là nó biến mất ngay sau khi được tạo ra.

Nhiều nhà khoa học đang cố gắng tổng hợp các nguyên tố có số thứ tự cao hơn, và đã đặt tên cho một số như nguyên tố 119 Uue, nguyên tố 120 Ubn và nguyên tố 121. Tuy nhiên, việc thu được những nguyên tố này ngày càng khó khăn, có thể chúng chỉ tồn tại trong trí tưởng tượng. Vấn đề về xếp hạng cuối cùng trên bảng tuần hoàn nguyên tố vẫn đang gây tranh cãi, và chúng ta chỉ có thể đợi xem thôi.