Geçtiğimiz Ocak ayında, dört yeni elementin (113, 115, 117 ve 118) bulunduğu bildirilmişti. O anda geçici olarak isimlendirilen elementler için gerçek isimler önerildi. ABD, Rusya ve Japonya’daki araştırmacılar bu yeni elementin bulunuşlarında pay sahibi, ve bu yüzden isimlendirmede öncelik onlara verildi.
Uluslar arası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) yeni elementlerin bulunduğunu doğrulayan resmi bir kurum olup herhangi bir yeni elementin şu kriterlere dayanarak isimlendirilmesi gerektiğini söylüyor:
Mitoloji olayı veya mitolojik bir karakter (astronomik nesneler dahil)
Bir mineral veya benzer bir madde
Bir yer veya bir coğrafik bölge
Elementin bir özelliği
Bir bilim insanı
Bu kurallara dayanarak, aşağıdaki isimler yeni elementler için önerildi:
nihonyum (Nh, Z=113)
moskovyum (Mc, Z=115)
tennessine (Ts, Z=117)
oganesson (Og, Z=118)
Bu elementlerden nihonyum Japonya’nın Japonca ismi olan “Nippon”dan geliyor. Moskovyum da tahmin edileceği gibi Rusya’nın başkenti olan Moskova’dan dolayı önerilmiş. Tennessine, kimya alanında çığır açan çalışmalar yapmış araştırmacıların bulunduğu Tennessee eyaletinden geliyor. Tennessine, böylece kaliforniyumdan (element 98) sonra ABD şehrinden esinlenerek verilen ikinci element ismi oldu. Diğer örnek ise Hassiyum (element 108) olup Alman şehri olan Hesse’den alınmış. Oganneson ise 83 yaşındaki Rus fizikçi Yuri Ogannesiyan’dan dolayı verildi ve Nature’den Richard Van Noorden, yaşayan bir insanın isminin ikinci kez yeni bir elemente verildiğini söylüyor.
İsimler araştırma ekipleri tarafından önerildi, IUPAC tarafından kabul edildi ve beş aylık bir süreçte halkın görüşleri alınacak ve 8 Kasım 2016 tarihinde kesin karar verilecek.
Bu elementlerin neden bu kadar geç keşfedildiğini merak edenlere cevabımız şöyle olacak. Bu elementler tabiatta bulunmuyor. Sadece laboratuarda sentetik olarak üretilebiliyor ve çok hızlı bir şekilde bozunuyor. Daha önce bu hızı yakalayıp neye dönüştüğünü bulan olmamıştı.
1930’lardan bu yana fizikçiler onlarca yeni kimyasal element buldu. Daha ne kadar yeni element keşfedilebilir? Bunun bir sınırı var mıdır?
30 Aralık 2015’te kimya bilimi periyodik cetvele dört yeni element daha ekledi. Bunların tümü laboratuvarda üretilmişti.
Bundan sonra başka elementler de üretilebilir. Ama bu iş giderek zorlaşıyor.
Periyodik cetvelin yeni elementlerle daha ne kadar uzatılabileceğini kimse bilmiyor. Bazıları bunun sınırının olmadığını söylüyor. Bazıları ise atomların daha fazla ağırlaştırılamayacağını, atomlar büyüdükçe kontrolünün zorlaşıp istikrarsız hale geleceğini ve radyoaktivite yayarak parçalanacağını söylüyor.
Elementlerin yapısı
Elementler kimyanın yapı taşlarıdır. Element bir çeşit atom içeren maddedir. Yani yeni bir element üretmek, yeni bir atom üretmek demektir.
Image captionBakır, periyodik cetvelde yer alan elementlerden biridir.
Her elemente bir numara verilir. Örneğin karbonunki 6’dır. Bu sayılar, atom içindeki proton sayısını gösterir.
Protonlar pozitif elektrik yüklüdür ve atomun çekirdeğinde bir araya toplanmış haldedir. Protonları dengeleyen negatif yüklü elektronlar ise daha hafiftir ve çekirdeğin etrafında dönerler.
Hidrojen atomu dışındaki atomların çekirdeğinde ayrıca protonlarınkine eşit kütleye sahip nötronlar vardı. Bunlar elektrikle yüklü değildir. Bir elementin atomları farklı sayıda nötronlara sahip olabilir. Bu varyantlara ise ‘izotop’ adı verilir.
Nötronlar protonları bir arada tutan tutkal işlevi görür. Onlar olmasa protonlar pozitif elektrik akımı nedeniyle birbirini iterdi.
Radyoaktif bozulma
Fakat yine de uranyum gibi ağır atomların çekirdeği öylesine birbirini iten protonlarla doludur ki nötronlar bile onları bir arada tutamaz. Bu atomlar “radyoaktif bozulma”ya uğrar, parçacık ve enerji bırakırlar.
Image captionPeriyodik cetvel
Atom bozulmaya uğradığında çekirdeğindeki proton sayısı değişir; yani radyoaktif bozulma bir elementi başka bir elemente dönüştürür. Bu, çevremizde, hatta vücudumuzda sürekli gerçekleşen bir değişimdir.
Her atom çekirdeğinde proton ve nötron optimum oranda bulunur. Çekirdek küçük olsa bile uygun orandan daha az ya da daha fazla sayıda nötron varsa atom bozulmaya uğrayacaktır.
Doğal oluşum
Karbon ve oksijen gibi hafif elementlerde normal oran 1:1’dir. Ağır elementlerde nötron oranı biraz daha yüksektir.
Evrendeki doğal süreçler ancak belli ağırlıkta elementler üretebilir.
Image captionPeriyodik cetveli ilk oluşturan Dmitri Mendeleev’dir.
En hafif beş element hidrojen, helyum, lityum, berilyum ve bor çoğunlukla evrenin başlangıcını oluşturduğu söylenen Büyük Patlama sırasında oluşmuştur.
Daha ağır olan elementler ise yıldızların kendi içinde oluşmuştur. Burada aşırı ısı ve basınç nedeniyle elementlerin çekirdeği birbiriyle kaynaşır. Buna nükleer füzyon denir. Daha büyük yıldızlarda ise çekirdeğinde 80 proton taşıyan cıva gibi daha ağır elementler de oluşur.
Fakat periyodik cetveldeki elementlerin çoğu, enerjisi biten yıldızların “süpernova” adı verilen dev patlamayla parçalanması sırasında oluşur. Bu sırada ortaya çıkan enerji o kadar güçlüdür ki atomlar birbiriyle çarpışıp yeni füzyonlarla uranyum gibi 92 protonlu ağır elementleri oluşturur.
Pozitif enerji yüklü atom çekirdekleri birbirini ittiği için bu nükleer füzyonların oluşması büyük enerji gerektirir. Atom çekirdeklerinin birbiriyle birleşmesi için büyük bir hızla hareket ediyor olması gerekir.
Image captionAlüminyum atomunun basit elektron kabuğu
Doğada oluşan ve önemli miktarda bulunan en ağır element uranyumdur.
Atomları çarpıştırmak
Bilim insanları yeni element üretmek için, ışık hızının onda biri düzeyinde bir hızda atomların çarpışmasını sağlamak için parçacık hızlandırıcısı kullanır.
Bu ilk kez 1939’da California Üniversitesi’nde yapılmış ve bugün neptünyum adıyla bilinen 93 numaralı element üretilmişti.
Ondan iki yıl sonra ise aynı ekip, uranyuma hidrojen çekirdekleri fırlatılarak 94 sayılı element plütonyum ortaya çıktı.
Plütonyumun da uranyum gibi nükleer füzyon yoluyla kendiliğinde bozulmaya uğradığı, bu elementin ağır çekirdeği bölündüğünde fazla miktarda enerji salındığı görülmüştü.
Bu bulgular Ağustos 1945’te Nagasaki’ye atom bombasının bırakılmasıyla sonuçlandı. Plütonyumun keşfi savaş sonrasına kadar askeri sır olarak saklanmıştı.
Nükleer füzyon
Savaştan sonra fizikçiler yeni elementler bulmaya koyuldu yeniden.
Başta Amerikalılar öndeydi bu çalışmalarda ve keşfedilen 95, 97 ve 98 sayılı yeni elementlere amerikyum, berkelyum ve kaliforniyum isimleri verildi.
Diğer elementler ise farklı şekilde keşfedildi. 1950’lerde ABD’de yapılan hidrojen bombası denemelerinde, bombalarda kullanılan uranyumun patlama sırasında nükleer füzyonla oluşturduğu yeni elementlerdi bunlar.
Image copyrightSPLImage captionHelyum atomunda iki proton iki nötron vardır.
99 ve 100 numaralı elementlere bu nedenle nükleer bilimin iki önemli isminin adı verildi: Einsteinyum ve fermiyum.
ABD ile Sovyetler Birliği arasındaki Soğuk Savaş kızıştıkça 102, 104, 105 ve 106 sayılı elementleri hangi tarafın bulduğu konusunda anlaşmazlık çıkmıştı.
İnsan yapımı ilk elementler ağır atomların daha hafifleriyle çarpıştırılması sonucu bulunmuştu. Almanya’daki GSI Laboratuvarı’nda ise orta büyüklükte iki atom çekirdeği, örneğin çinko, nikel ve krom iyonları kurşun ve bizmutla çarpıştırılarak 108 sayılı hassiyum bulundu.
Son elementlerin üretimi sırasında ise Amerika, Rusya ve Almanya kaynaklarını birleştirdi. Böylece 115, 117 ve 118 sayılı elementler bulundu.
Periyodik cetvelin sekizinci sırasını dolduracak elementlerin bulunması ihtimali konusunda ise farklı fikirler var. Kimileri atom büyüklüğünde üst sınıra ulaşmaya yakın olduğumuz kanısında. Bu nedenle yeni yaratılacak atomların daha öncekilerden oldukça farklı olacağı sanılıyor.
Image captionKrom atomunun karmaşık elektron kabukları
Elektron orbitalleri
Atomlardaki elektronlar, orbital ya da kabuk adı verilen gruplar halinde düzenlenir. Her orbitalin belli bir kapasitesi vardır ve atomların nasıl davranacağını ve periyodik cetvelin biçimini belirleyen de bu yapılardır.
İlk orbitalde sadece iki elektron tutulabilir. Bu nedenle periyodik cetvelin ilk sırasında sadece bir atomlu hidrojen ile iki atomlu helyum vardır. İkinci orbitalde en çok sekiz elektron tutulabilir. Bu nedenle cetvelin ikinci sırasında sekiz element vardır.
Yeni bulunan dört element, cetvelin yedinci sırasının son üyelerini oluşturuyor. Eğer 119 sayılı element bulunursa sekizinci sırada yer alacak, yani sekizinci orbitalde elektronu olan ilk elementi bulmuş olacağız.
Cetveldeki yer
Bu şekilde aşırı özellikleri olan elementler periyodik cetveli düzenleyen kanunları da altüst edebilir.
Image captionYeni dört element, cetvelin yedinci sırasının son üyelerini oluşturuyor.
Cetvelde aynı sütunda olan elementler benzer özellikler gösterir. Çünkü en dış orbitallerin yapısı aynıdır.
Örneğin en soldaki sütunda bulunan elementlerin tümü tepkimeli metallerdir. Dış orbitalde tek elektronları vardır, bu istikrarsızlığa yol açıp atomların herhangi bir tepkimede bunu kaybetmesini kolaylaştırır.
En sağdaki sütunda ise dış kabukta elektron sayısı tam olduğundan tepkime vermeyen atıl “soy gazlar” yer alır.
Fakat bu kurallar aşırı ağır elementler açısından geçerli olmayabilir.
Ağır elementler
Bunların atomlarında, pozitif enerji yüklü çekirdeğe yakın olan elektronlar öyle sıkı birbirine bağlıdır ki aşırı hızlı hareket ederler. Einstein’ın, ışık hızına yakın hızda hareket eden nesnelerin kütlesinin arttığını ifade eden izafiyet teorisinin etkisini gösterirler.
Bunun sonucu olarak iç kısımdaki elektronlar ağırlaşır. Dıştaki elektronlar da bunu hisseder. Bu nedenle süper ağır elementler beklendiği gibi davranış göstermeyebilirler.
Bu etkileri incelemek teknik olarak oldukça zordur. Birkaç atomun birkaç saniyelik kimyasal davranışını gözlemektir söz konusu olan.
Image captionKaç element daha bulunabilir?
Ayrıca elementler ağırlaştıkça bozulma süreçlerinin de hızlanması işi daha da zorlaştırır.
Fakat cetvelin sekizinci sırasında yer alacak elementler, nötron ve proton sayılarına bağlı olarak daha istikrarlı adacıklar halinde de varlığını koruyup daha uzun ömürlü olabilir.
Nükleer fizikçiler atom çekirdeğindeki proton ve nötronların da sürekli dönen elektronlar gibi orbitaller halinde düzenlendiğini buldu. Helyum, oksijen, kalsiyum, alüminyum ve kurşun elementlerinin orbitalinin protonlarla dolu olduğu, bu nedenle daha istikrarlı oldukları görüldü.
Anti-madde
Ayrıca bir de atomların ağırlaşmasının öyle bir noktaya gelmesi ve o noktadan sonra var olmaması da söz konusu olabilir deniyor. Amerikalı fizikçi Richard Feynman, çekirdekte 137 proton olduğunda atom oluşumunun mümkün olmayacağını belirtiyor.
Fakat diğer fizikçiler yeniden hesap yaparak bu eşiği daha da yukarıya 173. sırada yer alan elemente kadar çekiyor.
Image copyrightOtherImage captionMadde ve anti-madde
Bu aşamada kuantum mekaniği devreye giriyor. Burada ise parçacıkların kendiliğinden ortaya çıkması, birinin elektron gibi maddeden, diğerinin ise onun anti-madde karşılığı olan pozitrondan oluşması, ve anında çarpışarak birbirini yok etmesi mümkün olabilir deniyor.
İşte 173 sayılı element bu olağandışı ve istikrarsız konumda olup bu “sanal” parçacıkları tetikleyebilir.
Kısacası, periyodik cetvele sayısız yeni elementler bulunsa bile ileride bizi nelerin beklediğini, bu elementlerin ne tür özellikler göstereceğini bilmiyoruz.
Uluslararası Temel ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) ve Uluslararası Temel ve Uygulamalı Fizik Birliği (IUPAP) Ortak Çalışma Grubunun dördüncü oturumunda yapılan literatür incelemeleri ve genel değerlendirmeler sonucunda elementler 113, 115, 117 ve 118’ini 1991 yılında belirlenen ölçütleri karşıladıkları ve periyodik cetvelde (periyodik tablo, elementler çizelgesi) yer almaya hak kazandıkları açıklandı. Keşfedilen bu dört yeni elementle birlikte periyodik cetvelin 7. sırası da tamamlanmış oldu.
Japonya’daki RIKEN çalışma grubu tarafından keşfedilen 113 atom numarasına sahip element ununtrium (Uut) geçici ismiyle periyodik cetveldeki yerini ayırtırken, Rusya’dan bir ve ABD’den 2 laboratuvarın oluşturduğu ortak çalışma grubu tarafından keşfedilen 115 atom numaralı ununpentium (Uup) ve 117 atom numaralıununseptium (Uus) ve Rus ve ABD’den birer laboratuvarın birlikte keşfettiği 118 protonlu ununoktium (Uuo), temel kimya açısından itibarlı cetvelin 7. sırasının diğer sakinleri olacaklar.
113-yum, 115-yum, 117-yum ve 118-yum anlamına gelen bu geçici isimlerin kalıcılarıyla değiştirilme süreci, elementlerin periyodik cetvelde yer almaları için gerekli ölçütleri karşıladıklarını kanıtlayan çalışma grupları ve laboratuvarların önerecekleri isim ve kısaltmaları sunmaları için ilerleyen günlerde Birlik tarafından davet edilmeleriyle başlayacak. Önerilen bu isim ve kısaltma harfleri Birliğin inorganik kimya bölümü tarafından uygunluk açısından değerlendirildikten sonra onaylandıkları takdirde kamuoyuna açıklanacak ve 5 ay süresince yapılacak yorumlar izlenip derlenecek. Son olarak Birliğin en üst kurulu olan Konsey tarafından verilen isimler ve iki harfli kısaltmalar 7. katın bu 4 yeni sakininin kapı numaraları olarak yeni cetvellerde yerini alacak. 2002 yılında belirlenen kurallara göre yeni elementlere mitoloji kökenli, mineral, yer veya ülke veya bilim adamından esinlenerek isim verilebiliyor.
Süper ağır elementler grubuna eklenen bu dört insan yapımı element, ait oldukları grubun diğer üyeleri gibi diğer elementlere ayrışmadan önce sadece birkaç saniye süresince var olabiliyorlar. Bu da element olarak kabul edilmeleri için neden 2000’lerin başından beri yapılan çalışmaların derlenmesi gerektiğini açıklıyor.
Geçtiğimiz Ocak ayında, dört yeni elementin (113, 115, 117 ve 118) bulunduğu bildirilmişti. O anda geçici olarak isimlendirilen elementler için gerçek isimler önerildi. ABD, Rusya ve Japonya’daki araştırmacılar bu yeni elementin bulunuşlarında pay sahibi, ve bu yüzden isimlendirmede öncelik onlara verildi.
Yorum yazabilmek için oturum açmalısınız.