La tavola periodica è infinita?

Dopo avere completato la settima riga della tavola periodica degli elementi con quello di numero atomico 118, gli scienziati stanno cercando il 119 e il 120. Quanto in là si può andare?

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Nuovi elementi chimici: c'è un limite?|XXX Century Fox

A 150 anni dalla sua ideazione, la tavola periodica degli elementi continua ad ampliarsi. Nel 2016 sono stati aggiunti 4 nuovi elementi, che hanno completato la 7° riga della tavola, fino all'elemento di numero atomico (Z, il numero di protoni nel nucleo atomico) 118, l'oganesson (prima noto come ununoctium): è questo l'ultimo elemento? La tavola è stata completata?

 

L'ultimo elemento della settima riga della Tavola periodica, il 118, dopo l'annuncio della verifica della sua esistenza, quando il nome provvisorio era ununoctium, ossia uno-uno-otto (clicca sull'immagine per ingrandirla). Vedi anche: la nuova tavola periodica degli elementi. | Carlos Clarivan/Science Photo Library

Witold Nazarewicz, professore di fisica alla Michigan State University, crede che la tavola non sia ancora finita, ma anche che abbia un limite.

 

Alla ricerca dell'ignoto. I chimici di tutto il mondo stanno facendo a gara per chi troverà un elemento con più protoni dell'oganesson, che ne ha appunto 118, ma nessuno sa se sia possibile crearlo. Secondo le teorie, potrebbero esistere nuclei atomici ancora più pesanti, con addirittura 184 protoni!

 

Per capire se sia possibile "fabbricarli" (negli acceleratori di particelle) e che cosa può succedere alla fisica in presenza di elementi con più di 118 protoni, Nazarewicz ha esplorato i limiti della tavola periodica (lo studio è pubblicato su Nature Physics).

 

La più recente versione della tavola periodica degli elementi, completa fino alla settima riga: c'è già un'ipotesi per i primi due elementi di un'ottava riga, con gli elementi di numero atomico 119 e 120, non ancora confermati dallo IUPAC (clicca sull'immagine per ingrandirla). | Antonio Ciccolella / WikiMedia

 

Gli atomi composti da più di 109 protoni sono detti superpesanti. Elementi instabili, "visti" solo in laboratorio, che esistono per piccole frazioni di secondo. Per Nazarewicz questi strani atomi «abitano un angolo del paesaggio nucleare di cui non conosciamo l'estensione».

 

Ricostruzione artistica della collisione tra due stelle di neutroni. | Robin Dienel / Carnegie Institution for Science

Nella fucina del dio Vulcano. Gli elementi superpesanti vengono prodotti facendo scontrare atomi più piccoli e sperando che si uniscano in un atomo più grande, per esempio nella Facility for Rare Isotope Beams, di cui Nazarewicz è a capo.

 

«Le nostre teorie non ci permettono di prevedere in maniera affidabile le giuste condizioni per sintetizzare questi atomi, quindi dobbiamo fare ipotesi ed esperimenti di fusione finché non troviamo qualcosa. Esperimenti che possono durare anni...», commenta Nazarewicz.

 

La scoperta e conferma degli ultimi 4 elementi, per esempio, ha richiesto ben 10 anni di studi ed esperimenti da parte di scienziati di tutto il mondo. Fra quanto tempo potrebbero arriveranno i risultati sui prossimi atomi? Nazarewicz è cautamente ottimista: «Gli esperimenti sono in corso e potremmo arrivarci anche molto presto».

 

Una tavola periodica che riporta l'origine nota o presunta degli elementi (fino alla sesta riga). Nell'ordine della legenda: Big Bang, stelle giganti, supernove, raggi cosmici, piccole stelle, artificiali. | GFDL / WikiMedia

 

Un atomo di solo nucleo? Al problema pratico di rilevare e riconoscere un nuovo atomo, si aggiunge una questione in apparenza solo semantica: possiamo chiamare atomo un nucleo senza elettroni? Nuclei così grandi hanno una vita talmente "veloce" da decadere (frantumarsi) prima di riuscire ad attrarre elettroni.

 

C'è poi una questione aperta: gli elementi superpesanti, inclusi quelli non ancora scoperti, possono crearsi nello Spazio? Si crede che uno scontro di stelle di neutroni (uno dei fenomeni più catastrofici dell'Universo, capace di scuotere la struttura stessa del cosmo) possa fondere centinaia di neutroni in un solo nucleo.

 

Il doodle di Google in occasione dell'anniversario della nascita di Dmitrij Mendeleev, ideatore della tavola periodica, nato l'8 febbraio 1834. Nel 1975 il poeta e chimico Primo Levi definì la tavola periodica «una poesia». | Google

È però possibile che un nucleo atomico così grande sia talmente instabile da distruggersi prima ancora di crearsi. Inoltre, gli atomi sono detti superpesanti in base al numero di protoni, che determina il tipo di elemento, non al numero di neutroni, che determina invece i diversi isotopi di uno stesso elemento chimico.

 

Nuovi mattoni della materia. Dalla sua prima formulazione, quella di Mendeleev, la tavola periodica si è costantemente arricchita di elementi che la compongono, fino a raddoppiarli. Non sappiamo che cosa ci aspetta in futuro, «e questa è la vera sfida», ammette Nazarewicz, «ma ciò che abbiamo imparato finora può significare la fine della tavola periodica così come la conosciamo».

14 Giugno 2018 | Davide Lizzani