Dans quelle mesure sommes-nous proches de la finalisation du tableau périodique

Au fur et à mesure que de plus en plus d’éléments sont ajoutés au tableau périodique, il se rapproche de plus en plus d’être «plein».

Avec quatre nouveaux éléments nommés en 2016, le tableau périodique semble enfin complet. Alors c’est fait, non? Je veux dire, le tableau périodique est plein. Nous avons découvert tous les éléments jusqu’à 118 et rempli toute la ligne du bas. Il n’y a donc plus d’éléments à ajouter, non?

Eh bien, pas exactement. Ce n’est pas parce que le tableau semble complet l qu’il est complet – cela signifie simplement que nous devons ajouter une autre ligne. Ou peut-être plus d’une ligne, car personne ne sait vraiment combien d’éléments supplémentaires peuvent exister. La première personne à proposer que vous ne pouviez pas continuer à fabriquer des atomes de plus en plus gros était un chimiste nommé Elliot Quincy Adams, qui avait prédit en 1911 qu’aucun élément ne pouvait avoir un poids atomique supérieur à 256.

Parler des éléments en fonction de leur poids atomique peut sembler étrange, car de nos jours, nous comptons les éléments par leur numéro atomique – le nombre de protons dans le noyau. Mais en 1911, les protons n’avaient pas encore été découverts, alors les scientifiques ont plutôt organisé les éléments en fonction de leur poids atomique. C’est le nombre de protons plus le nombre de neutrons.

À l’époque, il n’existait pas non plus le tableau périodique universel unique que nous avons aujourd’hui. Les gens en utilisaient plusieurs et chaque table organisait les éléments d’une manière légèrement différente. Adams proposait un nouveau tableau, et il remarqua que la dernière ligne de son tableau se terminerait par un poids atomique de 256 – l’équivalent d’un numéro atomique de 99 ou 100. Il pensa qu’une fois son tableau périodique plein, ce serait it: il ne pourrait plus y avoir d’éléments après celui avec un poids de 256.

Mais ce n’était pas un très bon argument. Nous avons créé les éléments 99 et 100 il y a plus de soixante ans, et depuis lors, nous avons créé les dix-huit éléments immédiatement supérieurs. Le célèbre physicien Richard Feynman a également prédit la fin du tableau périodique. Il a calculé qu’un atome avec 137 protons ou plus violerait la relativité restreinte. Des atomes qui ont besoin d’électrons pour aider à stabiliser toute cette charge positive emballée ensemble dans le noyau.

Mais plus de protons dans le noyau signifie également plus de force attirant les électrons, donc les électrons doivent aller de plus en plus vite, plus le noyau grossit. Feynman a montré que dans un atome avec 137 protons, les électrons se déplaceraient plus vite que la vitesse de la lumière – et aller plus vite que la vitesse de la lumière est impossible. Donc, dit Feynman, il ne peut y avoir d’éléments avec des numéros atomiques supérieurs à 137.

Il avait peut-être eu tort, cependant. Ses calculs avaient du sens, mais il traitait le noyau comme un seul point au centre de l’atome. Cela fonctionne bien pour les petits noyaux, mais cela ne fonctionne pas très bien pour les masses massives dont nous parlons ici. Les physiciens et les chimistes ont même plaisanté sur le fait que l’élément 137, une fois qu’il sera finalement créé, devrait être nommé «Feynmanium» – se moquant respectueusement du physicien lauréat du prix Nobel pour l’une des rares choses sur lesquelles il se trompait. Il aurait probablement aimé ça.

Lorsque le calcul de Feynman est répété d’une manière qui tient compte de la taille du noyau, le nombre est poussé jusqu’à 173. Dans les atomes avec plus de 173 protons, les électrons semblent vraiment devoir aller plus vite que la vitesse de la lumière. Il est donc possible que l’élément 173 soit en fait la fin du tableau périodique – bien que nous ne le sachions pas avec certitude.

Les éléments ont tendance à être de plus en plus instables à mesure qu’ils augmentent en nombre, ce qui signifie qu’en général, il deviendra de plus en plus difficile de fabriquer ces éléments à mesure que leur numéro atomique augmentera. Tous les nouveaux éléments que nous avons créés récemment n’existent que pendant une infime fraction de seconde avant de se désintégrer en atomes plus petits.

Il y aura peut-être un moment où nous ne pourrons plus les fabriquer car ils sont si instables. Mais les physiciens ont également prédit ce que l’on appelle des «îlots de stabilité» – des ensembles d’éléments qui sont beaucoup plus stables que prévu, en raison de la façon dont leurs protons et neutrons sont organisés dans le noyau.

Au lieu de ne durer qu’une infime fraction de seconde, ces éléments peuvent durer des jours, voire des années. Certaines prédictions disent que le premier îlot de stabilité pourrait commencer juste autour du numéro 122 ou 126, selon à qui vous demandez et comment ils ont fait le calcul. Puisque nous avons déjà créé tous les éléments jusqu’à 118, nous sommes assez proches! Cela signifie que bientôt, nous pourrions en apprendre beaucoup plus sur les îlots de stabilité et sur la taille de notre tableau périodique.