Tavola periodica degli elementi estesa

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Attualmente ci sono 7 periodi nella tavola periodica degli elementi che terminano con il numero atomico 118. Se saranno scoperti ulteriori elementi con numero atomico maggiore, saranno posti in livelli aggiuntivi, posizionati (come gli elementi esistenti) in maniera tale da illustrare l'andamento ricorrente delle proprietà degli elementi. Ci si attende che eventuali ulteriori periodi contengano un numero maggiore di elementi rispetto al settimo periodo, in quanto si calcola che abbiano un ulteriore cosiddetto blocco g, contenente 18 elementi che riempiono parzialmente gli orbitali g in ogni periodo. Una tavola periodica con un ottavo periodo è stata proposta da Glenn T. Seaborg nel 1969.[1][2]

Ancora non è stato scoperto o sintetizzato nessun elemento di questa regione.[3] Il primo elemento ha numero atomico 121 con nome provvisorio unbiunio. Questi elementi dovrebbero essere molto instabili rispetto al decadimento radioattivo e avere un'emivita estremamente breve, sebbene si pensi che l'elemento 126 stia in un'isola di stabilità che è resistente alla fissione ma non al decadimento alfa. Non è chiaro quanti elementi oltre l'isola di stabilità siano fisicamente possibili, se il periodo 8 sia completo o se ci sia un periodo 9.

Secondo l'approssimazione orbitale nella descrizione quanto-meccanica della struttura atomica il blocco g corrisponderebbe agli elementi con un parziale riempimento degli orbitali g. Tuttavia, gli effetti dell'abbinamento spin-orbita riducono sostanzialmente la validità dell'approssimazione orbitale per gli elementi con numero atomico elevato.

Tavola periodica estesa, incluso il blocco g[modifica | modifica sorgente]

Non si sa quanto la tavola periodica potrebbe estendersi al di là dei 118 elementi conosciuti. Glenn T. Seaborg suggerì che l'elemento più elevato possibile potrebbe essere sotto Z=130. Tuttavia, se davvero esistono elementi superiori, è improbabile che possano essere assegnati in modo significativo alla tavola periodica approssimativamente al di sopra di Z=173, come discusso nelle sezioni seguenti. Questo diagramma perciò finisce con quel numero, senza con questo voler implicare che tutti quei 173 elementi siano effettivamente possibili, né che elementi più pesanti non siano possibili.

Tavola periodica estesa
(Gli elementi superpesanti potrebbero non esistere. Nel caso in cui esistano, potrebbero non seguire l'ordine di questa tabella)
1 1
H
2
He
2 3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Uut
114
Fl
115
Uup
116
Lv
117
Uus
118
Uuo
8 119
Uue
120
Ubn
121
Ubu
122
Ubb
123
Ubt
124
Ubq
125
Ubp
126
Ubh
127
Ubs
128
Ubo
129
Ube
130
Utn
131
Utu
132
Utb
133
Utt
134
Utq
135
Utp
136
Uth
137
Uts
138
Uto
139
Ute
140
Uqn
141
Uqu
142
Uqb
143
Uqt
144
Uqq
145
Uqp
146
Uqh
147
Uqs
148
Uqo
149
Uqe
150
Upn
151
Upu
152
Upb
153
Upt
154
Upq
155
Upp
156
Uph
157
Ups
158
Upo
159
Upe
160
Uhn
161
Uhu
162
Uhb
163
Uht
164
Uhq
165
Uhp
166
Uhh
167
Uhs
168
Uho
9 169
Uhe
170
Usn
171
Usu
172
Usb
173
Ust


Blocchi della tavola periodica
  blocco s   blocco p   blocco d   blocco f   blocco g
Gli elementi previsti sono colorati con una sfumatura più chiara
  blocco s   blocco p   blocco d   blocco f   blocco g

Tutti questi ipotetici elementi non scoperti prendono il nome in base alla denominazione sistematica degli elementi dell'International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) che crea un nome generico per il suo utilizzo finché l'elemento non è stato scoperto, confermato e un nome ufficiale approvato.

Ad aprile del 2011, la sintesi è stata tentata soltanto per l'ununennio, l'unbinilio, l'unbibio, l'unbiquadio e l'unbihexio (Z = 119, 120, 122, 124 e 126).

Il posizionamento del blocco g nella tabella (a sinistra del blocco f, a destra o in mezzo) è congetturale. Le posizioni mostrate nella tabella di sopra corrispondono all'assunto che la regola di Madelung continuerà a valere per i numeri atomici più alti; questo assunto può o no essere vero. Nell'elemento 118, si assume che gli orbitali 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 7s e 7p siano riempiti, con gli orbitali rimanenti vuoti. Si predice che gli orbitali dell'ottavo periodo siano riempiti nell'ordine 8s, 5g, 6f, 7d, 8p. Tuttavia, approssimativamente dopo l'elemento 120, la prossimità dei gusci elettronici rende problematico il posizionamento in una semplice tabella.

Il modello di Pyykkö[modifica | modifica sorgente]

Non tutti i modelli mostrano gli elementi più pesanti che seguono lo schema stabilito da quelli più leggeri. Pekka Pyykkö, ad esempio, utilizzò il modellamento informatico per calcolare le posizioni degli elementi fino a Z=172, e scoprì che parecchi erano dislocati rispetto alla regola di ordinamento energetico di Madelung.[4] Egli prevede che i gusci degli orbitali saranno riempiti in quest'ordine:

  • 8s,
  • 5g,
  • i primi due spazi di 8p,
  • 6f,
  • 7d,
  • 9s,
  • i primi due spazi di 9p,
  • il resto di 8p.

Suggerisce anche di dividere il periodo 8 in tre parti:

  • 8a, che contiene 8s,
  • 8b, che contiene i primi due elementi di 8p,
  • 8c, che contiene 7d e il resto di 8p.[5]
Modello di Pyykkö
Gli elementi dislocati sono in neretto
8 119
Uue
120
Ubn
121
Ubu
122
Ubb
123
Ubt
124
Ubq
125
Ubp
126
Ubh
127
Ubs
128
Ubo
129
Ube
130
Utn
131
Utu
132
Utb
133
Utt
134
Utq
135
Utp
136
Uth
137
Uts
138
Uto
141
Uqu
142
Uqb
143
Uqt
144
Uqq
145
Uqp
146
Uqh
147
Uqs
148
Uqo
149
Uqe
150
Upn
151
Upu
152
Upb
153
Upt
154
Upq
155
Upp
156
Uph
157
Ups
158
Upo
159
Upe
160
Uhn
161
Uhu
162
Uhb
163
Uht
164
Uhq
139
Ute
140
Uqn
169
Uhe
170
Usn
171
Usu
172
Usb
9 165
Uhp
166
Uhh
  167
Uhs
168
Uho
  blocco s blocco g blocco f blocco d blocco p

Fine della tavola periodica[modifica | modifica sorgente]

Il numero di elementi fisicamente possibili è sconosciuto. C'è un limite teorico per gli atomi neutri a uno Z approssimativamente di 173,[6] dopodiché sarebbe insensato assegnare gli elementi ai blocchi sulla base della configurazione elettronica. Tuttavia, è probabile che la tavola periodica finisca in realtà molto prima, probabilmente subito dopo l'isola di stabilità,[7] che ci si aspetta si concentri intorno a Z = 126.[8]

In aggiunta l'estensione della tavola periodica e di quella dei nuclidi è ristretta dalle linee di sgocciolamento protonico e neutronico.

Fallimento del modello di Bohr[modifica | modifica sorgente]

Il modello di Bohr mostra difficoltà per gli atomi con numero atomico maggiore di 137, perché la velocità di un elettrone in un orbitale elettronico 1s, v, è data da

v = Z \alpha c \approx \frac{Z c}{137{,}036}

dove Z è il numero atomico, e α è la costante di struttura fine, una misura della forza delle interazioni elettromagnetiche.[9] In base a questa approssimazione, qualunque elemento con un numero atomico maggiore di 137 richiederebbe che gli elettroni 1s stessero viaggiando più rapidamente di c, la velocità della luce. Di conseguenza un modello non relativistico come il modello di Bohr è inadeguato per questi calcoli.

L'equazione di Dirac[modifica | modifica sorgente]

Anche l'equazione di Dirac semi-relativistica ha problemi per Z > 137, in quanto l'energia di stato fondamentale è

E=m_0 c^2 \sqrt{1-Z^2 \alpha^2}

dove m0 è la massa di quiete dell'elettrone. Per Z > 137, la funzione d'onda dello stato fondamentale di Dirac è oscillatoria, piuttosto che vincolata, e non c'è alcun divario tra gli spettri di energia positiva e negativa, come nel paradosso di Klein.[10] Richard Feynman mise in evidenza questo effetto, perciò l'ultimo elemento atteso in base a questo modello, il 137 (untriseptio), è talvolta chiamato feynmanio (simbolo: Fy).

Tuttavia, un calcolo realistico deve tenere conto dell'estensione finita della distribuzione delle cariche nucleari. Ciò produce come risultato uno Z critico di ≈ 173 (unsepttrio), affinché gli atomi neutri siano limitati agli elementi uguali o inferiori a questo.[6] Gli elementi più alti potrebbero esistere solamente come ioni, ad esempio come sali.[senza fonte]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Glenn Seaborg, An Early History of LBNL, 26 agosto 1996.
  2. ^ K. Frazier, Superheavy Elements in Science News, vol. 113, nº 15, 1978, pp. 236–238, DOI:10.2307/3963006, JSTOR 3963006.
  3. ^ Nell'aprile 2008 si asserì che l'elemento 122 esisteva allo stato naturale, ma questa asserzione fu ampiamente ritenuta erronea. Heaviest element claim criticised, Rsc.org, 02-05-. URL consultato il 16-03-2010.
  4. ^ Extended elements: new periodic table, 2010.
  5. ^ Pekka Pyykkö, A suggested periodic table up to Z≤ 172, based on Dirac–Fock calculations on atoms and ions in Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 13, nº 1, 2011, pp. 161–168, DOI:10.1039/c0cp01575j, Bibcode 2011PCCP...13..161P.
  6. ^ a b Walter Greiner e Stefan Schramm, Resource Letter QEDV-1: The QED vacuum in American Journal of Physics, vol. 76, nº 6, 2008, p. 509, DOI:10.1119/1.2820395, Bibcode 2008AmJPh..76..509G., e la bibliografia annessa.
  7. ^ Glenn Seaborg, Transuranium element (chemical element), Encyclopædia Britannica, ca. 2006. URL consultato il 16-03-2010.
  8. ^ Cwiok S., Heenen P.-H., Nazarewicz W., Shape coexistence and triaxiality in the superheavy nuclei in Nature, vol. 433, nº 7027, 2005, p. 705, DOI:10.1038/nature03336, PMID 15716943. Bibcode 2005Natur.433..705C.
  9. ^ Vedi per esempio R. Eisberg, R. Resnick, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, New York, Wiley, 1985, ISBN 0-471-87373-X.
  10. ^ James D. Bjorken, Sidney D. Drell, Relativistic Quantum Mechanics, New York, McGraw-Hill, 1964, ISBN 0-07-005493-2.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

chimica Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia