Stabiilisuuden saari
Lyijyä suuremmat kemialliset alkuaineet ovat radioaktiivisia, eikä niillä ole stabiileja isotooppeja. Tämä tarkoittaa, että ne hajoavat toisiksi alkuaineiksi. Plutoniumia lukuun ottamatta niiden puoliintumisaika on muutamista minuuteista sekuntiin. Fysiikassa on teoria, jonka mukaan lyhyen puoliintumisajan omaavien alkuaineiden jälkeen tulee muita, joiden puoliintumisaika on pidempi. Näitä kutsutaan yleisesti vakauden saarekkeiksi. Näillä alkuaineilla odotetaan olevan isotooppeja, joiden puoliintumisaika on useita minuutteja. Hypoteesi on, että atomiydin rakentuu "kuorista" tavalla, joka muistuttaa atomien paljon suurempien elektronikuorien rakennetta. Molemmissa tapauksissa kuoret ovat vain suhteellisen lähellä toisiaan olevien kvanttienergiatasojen ryhmiä. Kvanttitilojen energiatasoja kahdessa eri kuoressa erottaa toisistaan suhteellisen suuri energiaväli. Kun neutronien ja protonien määrä täyttää kokonaan tietyn kuoren energiatasot ytimessä, nukleonikohtainen sidosenergia saavuttaa paikallisen maksimin, ja näin ollen kyseisellä kokoonpanolla on pidempi elinikä kuin läheisillä isotoopeilla, joilla ei ole täytettyjä kuoria.
Täydellä kuorella olisi neutronien ja protonien "maaginen määrä". Yksi mahdollinen neutronien maaginen lukumäärä pallomaisille ytimille on 184, ja joitakin mahdollisia vastaavia protonilukuja ovat 114, 120 ja 126. Tämä tarkoittaisi, että stabiileimmat pallomaiset isotoopit olisivat Flerovium-298, unbinilium-304 ja unbiheksium-310. Erityisen huomionarvoinen on Ubh-310, joka olisi "kaksin verroin maaginen" (sekä sen protoniluku 126 että neutroniluku 184 ovat luultavasti maagisia) ja jolla olisi siten todennäköisimmin hyvin pitkä puoliintumisaika. (Seuraavaksi kevyempi kaksoismaginen pallomainen ydin on lyijy-208, joka on raskain vakaa ydin ja vakain raskasmetalli.)
Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että suuret ytimet deformoituvat, mikä aiheuttaa maagisten lukujen siirtymisen. Hassium-270:n uskotaan nyt olevan kaksinkertaisesti maagisesti deformoitunut ydin, jonka maagiset luvut 108 ja 162 ovat deformoituneet. Sen puoliintumisaika on kuitenkin vain 3,6 sekuntia.
On tuotettu isotooppeja, joissa on tarpeeksi protoneja, jotta ne voitaisiin istuttaa vakauden saarelle, mutta liian vähän neutroneja, jotta ne voitaisiin sijoittaa edes saaren ulommille "rannoille". On mahdollista, että näillä alkuaineilla on epätavallisia kemiallisia ominaisuuksia, ja jos niillä on isotooppeja, joilla on riittävä elinikä, ne olisivat käytettävissä erilaisiin käytännön sovelluksiin (kuten hiukkaskiihdyttimien kohteiksi ja myös neutronilähteiksi).
Jaksollinen järjestelmä, jossa alkuaineet on väritetty niiden stabiilimman isotoopin puoliintumisajan mukaan. Vakaat alkuaineet. Radioaktiiviset alkuaineet, joiden puoliintumisaika on yli neljä miljoonaa vuotta. Puoliintumisajat 800-34 000 vuotta. Puoliintumisajat 1 päivän ja 103 vuoden välillä. Puoliintumisajat, jotka vaihtelevat minuutista yhteen vuorokauteen. Puoliintumisajat alle minuutti.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitkä elementit ovat lyijyn ulkopuolella?
V: Lyijyä suuremmat alkuaineet ovat radioaktiivisia, eikä niillä ole stabiileja isotooppeja.
K: Mikä fysiikan teoria selittää, miksi joillakin alkuaineilla on pidempi puoliintumisaika?
V: Fysiikan teorian mukaan useiden alkuaineiden, joilla on lyhyt puoliintumisaika, jälkeen tulee muita alkuaineita, joilla on pidempi puoliintumisaika, joita kutsutaan vakauden saarekkeiksi. Tämä johtuu siitä, että kun neutronien ja protonien määrä täyttää kokonaan tietyn kuoren energiatasot ytimessä, nukleonikohtainen sidosenergia saavuttaa paikallisen maksimin, ja siten kyseisellä kokoonpanolla on pidempi elinikä kuin läheisillä isotoopeilla.
Kysymys: Mitkä ovat pallomaisia ytimiä koskevat maagiset luvut?
V: Pallomaisia ytimiä koskevat maagiset luvut ovat neutroniluku 184 ja protoniluku 114, 120 ja 126. Nämä tarkoittavat, että stabiileimmat pallomaiset isotoopit olisivat flerovium-298, unbinilium-304 ja unbihexium-310.
Kysymys: Uskotaanko Hassium-270:n olevan kaksoismaginen?
V: Kyllä, Hassium-270:n uskotaan olevan kaksinkertaisesti maagisesti deformoitunut ydin, jolla on deformoituneet maagiset numerot 108 ja 162.
K: Kuinka pitkä on sen puoliintumisaika?
V: Sen puoliintumisaika on 3,6 sekuntia.
K: Onko näille alkuaineille olemassa käytännön sovelluksia?
V: Kyllä, jos niillä on isotooppeja, joilla on riittävä elinikä, niitä voitaisiin mahdollisesti käyttää erilaisissa käytännön sovelluksissa, kuten hiukkaskiihdyttimien kohteina tai neutronilähteinä.
