CHEMISTRY: MYSTERY#5 / MISTERIO No.5

How Many Elements Exist?

The periodic tables that adorn the walls of classrooms have to be constantly revised, because the number of elements keeps growing. Using particle accelerators to crash atomic nuclei together, scientists can create new “superheavy” elements, which have more protons and neutrons in their nucleithan do the 92 or so elements found in nature. These engorged nuclei are not very stable—they decay radioactively, often within a tiny fraction of a second. 

   But while they exist, the new synthetic elements such as seaborgium (element 106) and hassium (element108) are like any other insofar as they have well-defined chemical properties. In dazzling experiments, researchers have investigated some of those properties in a handful of elusive seaborgium and hassium atoms during the brief instants before they fell apart.
     Such studies probe not just the physical but also the conceptual limits of the periodic table: Do superheavy elements continue to display the trends and regularities in chemical behavior that make the table periodic in the first place? The answer is that some do, and some do not. In particular, such massive nuclei hold on to the atoms’ innermost electrons so tightly that the electrons move at close to the speed of light. Then the effects of special relativity increase the electrons’ mass and may play havoc with the quantum energy states on which their chemistry— and thus the table’s periodicity—depends.

    Because nuclei are thought to be stabilized by particular “magic numbers” of protons and neutrons, some researchers hope to find what they call the island of stability, a region a little beyond the current capabilities of element synthesis in which superheavies live longer. Yet is there any fundamental limit to their size? A simple calculation suggests that relativity prohibits electrons from being bound to nuclei of more than 137 protons.More sophisticated calculations defy that limit.

    “The periodic system will not end at 137; in fact, it will never end,” insists nuclear physicist Walter Greiner of the Johann Wolfgang Goethe University Frankfurt in Germany. The experimental test of that claim remains a long way off. 

¿Cuántos Elementos Existen?

Las tablas periódicas que adornan las paredes de los salones de clases tienen que ser constantemente revisadas, debido a que el número de elementos continúa creciendo. Con el uso de los aceleradores de partículas para hacer chochar núcleos atómicos, los científicos pueden crear nuevos elementos "superpesados", que tienen más protones y neutrones en sus núcleos los cuáles  92 se encuentran en la naturaleza. Estos núcleos congestionados no son muy estables ya que desintegran radiactivamente, a menudo dentro de una pequeña fracción de segundo.

   Pero mientras existan, los nuevos elementos sintéticos como el seaborgio (elemento 106) y hassio (element108) son como cualquier otro en la medida en que tienen bien definidas sus propiedades químicas. En experimentos sorprendentes, los investigadores han encontrado algunas de esas propiedades en una inestable muestra de seaborgio y  átomos de Hassio durante  breves instantes antes de que colapsaran.

     
Tales estudios prueban no sólo lo físico, sino también los límites conceptuales de la tabla periódica: los elementos superpesados continúan mostrando las tendencias y regularidades en el comportamiento químico que muestra la tabla periódica? La respuesta es que algunos lo hacen y otros no. En particular, éstos  núcleos masivos  se aferran a los electrones más internos de los átomos con tanta fuerza que los electrones se mueven casi a la velocidad de la luz. A continuación, los efectos de la relatividad especial aumentan la masa de los electrones y puede causar estragos en los estados cuánticos de energía en el que su composición química—y por lo tanto la periodicidad en la tabla — depende.

    Debido a que se cree que los núcleos son stabilizados por  particulares "números mágicos" de protones y neutrones, algunos investigadores esperan  encontrar lo que ellos llaman la isla de estabilidad, una región un poco más allá de las capacidades actuales de la síntesis de los elementos superpesados ​​en la cuál éstos viven más tiempo. Sin embargo, ¿hay algún límite fundamental a su tamaño? Un simple cálculo indica que la relatividad prohíbe a los electrones estar ligados a los núcleos de más de 137 protones. Cálculos más sofisticados desafían éste límite.

    "El sistema periódico no va a terminar en 137, de hecho, nunca va a terminar", insiste el físico nuclear Walter Greiner de la Universidad Johann Wolfgang Goethe de Frankfurt en Alemania. La prueba experimental de que ésto es cierto es que queda un largo camino por recorrer.