אי של יציבות

זמן מחצית חיים של איזוטופים מדודים (קוביות) וחזויים (צלליות), לפי מספר פרוטונים ונייטרונים. ככל שהצבע כהה יותר אורך זמן מחצית החיים ארוך יותר. "אי היציבות" מוקף בעיגול.

אי של יציבות הוא חיזוי תאורטי לפיו, על-אף שיסודות טרנס-אורניים (כלומר יסודות כימיים כבדים יותר מאורניום) נוטים להיות בעלי זמן מחצית חיים קצר מאוד (שניות בודדות ולמטה מכך), הרי שישנן קבוצות של איזוטופים בעלות "מספר קסם"[1] של פרוטונים ונייטרונים, המקיימות זמן מחצית חיים ארוך באופן ניכר, של דקות, ימים ואף מיליוני שנים[2].

רקע תאורטי

הצעה לקיום "אי של יציבות" הועלתה כבר בשנות ה-60 של המאה ה-20 על ידי גלן תיאודור סיבורג. לפי תאוריה זו, כפי שישנם "מספרי קסם" ברמה האטומית, כלומר מילוי של "שכבות" או "קליפות" באלקטרונים סביב הגרעין, המשפיעות על תכונותיו הכימיות של החומר, כך ישנן "קליפות" מקבילות ברמה הגרעינית, הפועלות לפי עקרון האיסור של פאולי, כך שקליפה "מלאה" בנוקליאונים (פרוטונים או נייטרונים) מאריכה את זמן מחצית החיים. "מספר הקסם" הוא מספר הפרוטונים או הנייטרונים הנדרש על מנת למלא קליפה (החלת עיקרון זה ברמת הגרעין היא פרי מחקרה של מריה גופרט-מאייר). מריה גופרט-מאייר קראה בשם "מספרי קסם" למספרי הנוקלאונים הנחוצים למילוי הרמות בגרעין. "מספר הקסם הכפול" הוא מספר שבו מתמלאות הן רמות הפרוטונים והן רמות הנייטרונים.

"מספר הקסם" התאורטי של נייטרונים ב"אי של יציבות" התאורטי הראשון של היסודות העל-כבדים הוא 184, כך שאיזוטופים בעלי מספר זה של נייטרונים צפויים להיות יציבים יחסית, כאשר מספר הפרוטונים להשגת יציבות הוא 114, 120 או 126. מכל היסודות האפשריים מתמקד המחקר ב-289Fl, יסוד בן מספר מתאים של פרוטונים (114) שהצליחו לייצר, אף שטרם נמצאה דרך ליצור איזוטופ יציב מספיק במעבדה (שהוא יהיה כנראה 298Fl)[2]. מועמד נוסף הוא איזוטופ 304Ubn (כלומר גרעין עם 120 פרוטונים ו-184 נייטרונים).

התוצאות האמפיריות שנצפו בעת יצירת אטומי ליברמוריום (116) ואוגאנסון (118) הצליחו לשכנע את החוקרים שהאי של יציבות אכן קיים בפועל[3][4].

בכנס האגודה האמריקנית לכימיה ב-2008 הציע יורי אוגאנסיאן שאי היציבות הבא צריך להמצא בגרעין בעל 164 פרוטונים (ו-318 נייטרונים, "מספר הקסם" הבא, כלומר האיזוטופ התאורטי 482Uhq)‏[5].

החשיבות בהשגת איזוטופים יציבים ליסודות על-כבדים, מלבד העניין שבמדע בסיסי, היא שייתכנו להם שימושים מעשיים ותכונות כימיות ייחודיות. אחד השימושים הדוחפים תחום זה הוא האפשרות ליצור פצצת נייטרון זעירה מבוססת חומר על-כבד כזה, שתשמש כמקור אנרגיה ראשוני לתהליך של היתוך גרעיני.

זמן מחצית החיים של יסודות 83 עד 118

כל היסודות בעלי מספר אטומי מעל 82 (עופרת) הם בלתי-יציבים וזמן מחצית החיים באופן כללי יורד עם עליית המספר האטומי, החל מהיסוד היציב למדי אורניום (מספר 92) ועד היסוד הכבד ביותר 118. זמן מחצית החיים גדל בתחום היסודות 103 עד 105, יורד ביסוד 106 ועולה שוב קלות ביסודות 110 עד 114, מה שמרמז על התכנות אי של יציבות.

בטבלה מוצג זמן מחצית החיים של האיזוטופ היציב ביותר של היסוד בטווח.

מספר אטומי שם היסוד האיזוטופ היציב ביותר מחצית חיים
83 ביסמוט 209Bi ‎2×1019 שנים

‎

84 פולוניום 209Po 130 שנים
85 אסטטין 210At 8 שעות
86 רדון 222Rn 3.824 ימים
87 פרנציום 223Fr 22 דקות
88 רדיום 226Ra 1600 שנים
89 אקטיניום 227Ac 21.77 שנים
90 תוריום 232Th ‎1.41×1010 שנים‎
91 פרוטקטיניום 231Pa 32800 שנים
92 אורניום 238U ‎4.47×109 שנים‎
93 נפטוניום 237Np ‎2.14×106 שנים‎
94 פלוטוניום 244Pu ‎8×107 שנים

‎

95 אמריציום 243Am 7370 שנים
96 קוריום 247Cm ‎1.56×107 שנים

‎

97 ברקליום 247Bk 1380 שנים
98 קליפורניום 251Cf 900 שנים
99 איינשטייניום 252Es 470 ימים
100 פרמיום 257Fm 100.5 ימים
101 מנדלביום 258Md 51.5 ימים
102 נובליום 259No 58 דקות
103 לורנציום 266Lr ~11 שעות
104 רתרפורדיום 267Rf ~1.3 שעות
105 דובניום 268Db 1.3 ימים
106 סיבורגיום 269Sg ~3.1 דקות
107 בוהריום 270Bh 3.8 דקות
108 האסיום 277mHs ~130 שניות
109 מייטנריום 278Mt 7.6 שניות
110 דרמשטטיום 281mDs ~3.7 דקות
111 רנטגניום 282Rg 2.1 דקות
112 קופרניקיום 285mCn ~8.9 דקות
113 ניהוניום 286Nh 19.6 שניות
114 פלרוביום 289mFl ~1.1 דקות
115 מוסקוביום 289Mc 220 מילי-שניות
116 ליברמוריום 293Lv 61 מילי-שניות
117 טנסין 294Ts 78 מילי-שניות
118 אוגאנסון 294Og 890 מיקרו-שניות

קישורים חיצוניים

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא אי של יציבות בוויקישיתוף

הערות שוליים

  1. ^ ראו הסבר מפורט בעברית במאמר דפנה מנדלר ומירי קסנר, "ניקל-48:הקסם הכפול", על­-כימיה, ספטמבר 2001 (1)
  2. ^ 1 2 Superheavy Element 114 Confirmed: A Stepping Stone to the Island of Stability
  3. ^ על שני יסודות חדשים, ידיעון כימיה, טכנולוגיה, חברה, גיליון 80 (2000)
  4. ^ משה נחמני, הוכן היסוד הכימי ה-117 בטבלה המחזורית, הידען, 16 באפריל 2010
  5. ^ Nuclear scientists eye future landfall on a second 'island of stability'