Essayez de lire des sources en anglais sur l'histoire de la chimie et recherchez des références au tableau périodique. Vous serez surpris, mais assurez-vous quand même que cette formulation est soigneusement évitée. Ils écrivent avec persistance et en quelque sorte politiquement corrects sur le «tableau périodique des éléments». Avec la mention non seulement du périodique, mais de tous ceux qui sont impliqués, en soulignant le rôle de Meyer , Dobereiner et Chancourtois avec non moins de ferveur que le rôle déterminant d'ouvrir un deuxième front dans les dernières étapes de la Seconde Guerre mondiale.
Rendant hommage aux respectés partenaires occidentaux de Mendeleev et personnellement à Robert Bunsen, avec qui Dmitry Ivanovich a étudiéen 1859-1861, nous notons que Mendeleev est entré dans l'histoire de la science non pas en tant que classificateur du connu, comme Linné, mais en tant que visionnaire capable de prédire des éléments non encore découverts et, surtout dans le cadre de cet article, d'arranger correctement l'iode et le tellure, malgré le fait que le tellure est plus lourd que l'iode.
Actuellement, l'Oganesson (Og) n ° 118 ferme le tableau périodique, il est situé exactement sous le radon (n ° 86) et devrait, selon la logique de Mendeleev, être un gaz rare, puisqu'il clôt la septième période. Mais avec la fin de cette période des plus étonnantes, éphémères et explosives, qui contient de l'uranium, du plutonium, du mendélévium, du flerovium et de l'oganesson, les questions sont à nouveau actualisées: où se termine le tableau périodique? Et la loi périodique est-elle observée à sa limite? Étonnamment, la première réponse à cette question a été donnée avec assez de confiance par Richard Feynman.
Ce faisant, il s'est appuyé sur le modèle traditionnel de l'atome proposé par Bohr. Comme vous le savez, dans le modèle de Bohr, le noyau atomique est entouré d'un nuage d'électrons et les électrons tournent autour du noyau uniquement sur des orbites autorisées strictement définies. Un électron ne peut pas occuper une orbite intermédiaire, mais il peut se déplacer d'une orbite autorisée à une autre. Une telle transition se produit instantanément avec l'émission ou l'absorption d'un quantum d'énergie et est appelée "saut quantique".
La vitesse d'un électron dans un état quantique particulier est calculée par la formule suivante
,
où
Z
est le numéro atomique correspondant au nombre de protons dans le noyau d'un atome et, par conséquent, au nombre d'électrons en orbite autour d'un atome neutre. Ici
n
Est l'état quantique de l'électron, et
est la
constante de la structure fine . La constante de structure fine est calculée par la formule
,
où e est la charge élémentaire, h est la constante de Planck et e0 est la constante diélectrique, également appelée perméabilité au vide libre.
En conséquence, plus la coquille électronique externe de l'atome est éloignée du noyau, plus la vitesse de l'électron se déplaçant le long de celle-ci est élevée. Richard Feynman a calculé qu'à Z = 137 la vitesse de l'électron sera légèrement inférieure à la vitesse de la lumière. Si nous suivons cette logique, l'élément de numéro atomique 138 ne peut pas exister; sinon, son électron le plus extérieur dépasserait la vitesse de la lumière.
Rutherfordium et anarchie
Cependant, dans la pratique, les choses sont plus compliquées. Premièrement, des effets relativistes commencent à apparaître dans les noyaux des éléments lourds et super-lourds. Les calculs prédisant où le tableau périodique pourrait se terminer sont basés sur la théorie de la relativité. Avec une augmentation du noyau, il y a de plus en plus de protons, ce qui signifie que la force d'attraction agissant sur les électrons augmente également. En conséquence, la vitesse des électrons les plus externes augmente, se rapprochant de plus en plus de la vitesse de la lumière. A de telles vitesses, les électrons deviennent "relativistes", et les propriétés de ces éléments ne peuvent être pleinement expliquées par la position de l'élément dans le tableau seul. Certains de ces effets sont visibles à l'œil nu. Ainsi, dans les atomes d'or, les électrons tournent autour du noyau à environ la moitié de la vitesse de la lumière. Pour cette raison, les contours des orbitales changent doncque l'or absorbe la partie bleue du spectre visible, et le reste des photons en est réfléchi. Nous observons la lumière blanche moins la composante bleu-violet et, par conséquent, l'or acquiert un éclat jaune-rouge caractéristique, qui se détache sur le fond des métaux argentés qui l'entourent.
Dans les années 1990, les premières expériences ont été réalisées, montrant que le rutherfordium (104) et le dubnium (105) présentent des propriétés autres que celles qui leur sont attribuées conformément à leurs positions dans le tableau périodique. Selon la loi périodique, ils devraient ressembler par leurs propriétés aux éléments qui sont situés directement au-dessus d'eux, respectivement, le hafnium et le tantale. En fait, le rutherfordium réagit comme le plutonium, situé assez loin de lui, et le dubnium, comme le protactinium. Par contre, le seborgium (106) et le borium (107) suivent la loi dérivée par Mendeleev.
En outre. Il s'avère que le roentgenium (111) s'approche dans ses propriétés avec l'astatine, et non avec l'or, et le copernicium (112) gravite dans les propriétés vers les gaz nobles, encore plus que l'oganesson (118). Probablement, la tennessine (117) a des propriétés plus similaires au gallium, et le nichonium (113) est comparable aux métaux alcalins. Toutes ces anomalies sont associées à une manifestation de plus en plus prononcée d'effets relativistes dans les atomes de très grande taille.
Un peu sur le dualisme particule-onde
Le modèle de l'atome de Bohr dans cette interprétation, selon lequel le tableau devrait être fermé par l'élément n ° 137, ne correspond pas non plus entièrement à l'état réel des choses. Le sujet de la physique quantique est beaucoup plus complexe que celui de la physique classique; en règle générale, les phénomènes quantiques n'ont pas d'analogue visuel au niveau macro. Par exemple, conformément aux lois de la physique classique, les électrons tournant autour du noyau doivent tomber sur le noyau et les atomes doivent s'effondrer.
Il semblerait que l'existence même de l'atome soit une réfutation des lois de la physique. Mais en réalité, tout est différent. Les lois classiques sont inébranlables, mais les électrons ne tombent pas sur le noyau, puisque, à proprement parler, un électron n'est pas une particule. L'électron obéit à la dualité onde-particule, c'est-à-dire qu'il présente simultanément les caractéristiques d'une particule et d'une onde, et ne tombe donc pas sur le noyau. Néanmoins, même en tenant compte de la dualité onde-particule, la vitesse d'un électron ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide.
M. Feynman lui-même,
Richard Feynman pensait qu'avec un numéro atomique supérieur à
Z
= 137, un atome neutre ne peut pas exister. Le fait est que, selon l'équation relativiste de Dirac, pour les grandes valeurs
Z
l'état d'énergie fondamentale de l'électron le plus proche du noyau sera exprimé sous la forme d'un nombre imaginaire. Cependant, ce raisonnement suppose que le noyau est ponctuel. Si nous supposons que le noyau a une taille physique, même si le minimum, mais pas zéro, alors le tableau périodique devrait continuer jusqu'à
Z
≈173.
Et après
On pense que pour
Z
≈ 173 la sous-couche 1s, sous l'action du champ électrique du noyau, «plonge» dans le continuum négatif ( mer de Dirac ), ce qui conduit à la production spontanée de paires électron-positon et, par conséquent, à l'absence d'atomes neutres au-dessus de l'élément Ust (Unseptrium) avec
Z
= 173. Les atomes avec
Z > Zcr
173 sont appelés atomes supercritiques . On suppose également que les éléments avec
Z > Zcr
ne peuvent exister que sous forme d'ions.
Les atomes supercritiques ne peuvent pas être complètement ionisés, car la production spontanée de paires se produira violemment sur leur première couche d'électrons, dans laquelle un électron et un positron émergeront de la mer de Dirac.De plus, l'électron est tissé dans l'atome et le positron s'envole. Il est vrai que le fort champ d'interaction entourant le noyau atomique est à très courte portée, de sorte que le principe d'exclusion de Pauli ne permet pas de produire davantage de paires spontanées après le remplissage des coquilles immergées dans la mer de Dirac. Les éléments 173-184 sont appelés atomes faiblement supercritiques , car ils n'ont qu'une coquille immergée dans la mer de Dirac
1s
; on suppose que la coque
2p1/2
se remplira complètement autour de l'élément 185, et la coque
2s
- à propos de l'élément 245. Jusqu'à présent, il n'a pas été possible de réaliser expérimentalement la production de paires spontanées, en essayant de collecter des charges supercritiques en heurtant des noyaux lourds (par exemple, le plomb avec l'uranium, ce qui pourrait donner
Z
= 174; l'uranium avec de l'uranium, ce qui donne
Z
= 184, et l'uranium avec le californium, qui donne
Z
= 190). Peut-être que l'instabilité nucléaire jouera un rôle clé dans la finale du tableau périodique, plutôt que l'instabilité des couches électroniques.
Enfin, on suppose qu'un continent
Z
entier de stabilité , constitué de matière hypothétique de quark, peut être caché dans la région > 300 (c'est aussi de la matière chromodynamique quantique). Une telle matière peut être composée de quarks libres haut et bas, plutôt que de quarks liés pour former des protons et des neutrons. On suppose qu'il s'agit de l'état fondamental de la matière baryonique , qui a une énergie de liaison par baryon plus élevée que la matière nucléaire. Si un tel état de la matière est réel, alors peut-être peut-il être synthétisé au cours de réactions thermonucléaires de noyaux super-lourds ordinaires. Les produits de ces réactions, en raison de la forte énergie de liaison, doivent complètement surmonter la barrière coulombienne.
Jusqu'à présent, tout cela est de la théorie, et nous avons, nous le répétons, réussi à ne remplir que la 7e période du tableau périodique par le 150e anniversaire de la découverte de la loi périodique (1869-2019). Dans tous les cas, la demi-vie des nouveaux éléments lourds diminue rapidement; si pour le Rutherfordium-267, il est d'environ 1,3 heure, alors pour le rayon X-282, il n'est que de 2,1 minutes, et pour Oganesson, il est calculé en centaines de microsecondes. Ainsi, la fin est proche, et après cela, une suite ou une version du réalisateur du monde matériel peut s'ouvrir. Le chemin y passe par les orbitales sublimes de Feynmania.