La plupart des éléments découverts ces dernières années ont été identifiés au centre de recherche nucléaire de Dubna, en Russie. À l'heure actuelle, le système périodique semble complètement inhabituel, mais la recherche de nouveaux éléments se poursuit.
Il existe de nombreux mythes autour du nom de Dmitry Ivanovich Mendeleev. Par exemple, qu'il a apporté une contribution importante à la production de vodka avec sa thèse de doctorat sur la relation entre l'alcool et l'eau, qu'un chimiste russe a défendue en 1865 à l'Institut technologique de Saint-Pétersbourg. Ou que l'idée géniale de rétablir l'ordre dans le chaos d'alors des éléments chimiques lui vint dans un rêve en 1869. Cependant, ces deux histoires curieuses manquent de preuves fiables.
On sait avec certitude qu'il y a 148 ans, le 28 octobre 1869, il publiait le tableau périodique des éléments chimiques, qui ordonnait finalement les 63 éléments connus à l'époque, en les plaçant sous forme de tableau par ordre croissant du nombre de protons.
Avec cela, Mendeleev a également mis fin à la recherche de 50 ans sur la relation entre la masse des atomes et les propriétés des éléments: dans son système périodique, grosso modo, les métaux alcalins sont regroupés à gauche, les gaz inertes - à droite, entre eux se trouvent des métaux de transition, des non-métaux et d'autres séries.
Exhaustivité rare
Mais, malgré son importance fondamentale, le tableau périodique n'est toujours pas définitif. Il en découle qu'avec les 118 éléments que nous connaissons aujourd'hui, il en existe bien d'autres. Ils sont recherchés dans une petite ville russe sur la Volga, à environ 120 kilomètres au nord de Moscou, appelée Dubna.
À cette époque de l'année, la ville est ornée de feuilles d'arbres panachées qui dominent de petites maisons unifamiliales. Tant que vous n'entrez pas sur le territoire de l'Institut commun de recherche nucléaire (JINR) caché derrière une haute clôture, il est difficile de supposer que vous vous trouvez dans une ville scientifique d'importance mondiale.
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Là où les forêts et les fourrés régnaient encore il y a quelques décennies, un centre de physique des particules élémentaires a été ouvert en 1956. Sur les 18 éléments découverts depuis dans le monde, dix ont été découverts dans cet institut.
Dubna a donc contribué au fait que toutes les lignes du tableau périodique sont actuellement remplies: début 2016, quatre nouveaux éléments du tableau périodique ont été officiellement reconnus, ce qui a permis de compléter sa septième ligne. En novembre de l'année dernière, ils ont finalement obtenu leurs noms officiels: l'élément portant le numéro de série 113 a reçu le nom de nihonium (Nh) en l'honneur du Japon (Nihon japonais), numéro 115 - muscovy (M) en l'honneur de Moscou, numéro 117 - tennessin (Ts) en l'honneur de l'État américain du Tennessee, et le numéro 118 - oganesson (Og) en l'honneur de son co-fondateur et chef du laboratoire de réactions nucléaires du JINR à Dubna, Yuri Oganesyan.
Avec 118 protons, oganesson est actuellement l'élément ayant le numéro atomique le plus élevé. La synthèse de noyaux atomiques lourds de ce type à JINR se fait par collisions de particules. L'élément oganesson a été obtenu par collision des noyaux de l'isotope de calcium Ca-48 avec le métal radioactif californium Cf-249.
Précision ultime
Comme le souligne Andrei Popako, chercheur au JINR, dans ce cas, une valeur d'énergie calculée de manière extrêmement précise doit être utilisée: si l'énergie ne suffit pas, alors les noyaux atomiques, bien qu'ils se rapprochent, voleront l'un de l'autre. S'il y a trop d'énergie dans la collision, de nouveaux fragments apparaîtront, mais pas de nouveaux noyaux atomiques. «Pour créer de nouveaux atomes, la précision du réglage de l'énergie ionique ne doit pas dépasser un pour cent», explique Popako. Mais aucune énergie particulièrement élevée n'est requise, «pour cette raison, nous n'avons pas besoin d'un collisionneur de hadrons aussi grand que le CERN».
Le taux de production des éléments superlourds est donc limité: actuellement, un atome d'oganeson est généré par mois. Il ne s'agit pas seulement de recherche fondamentale, les éléments ont également un prix commercial. L'élément radioactif Californium Cf-252 se vend environ 27 millions de dollars (environ 23 millions d'euros) le gramme. Il est utilisé, par exemple, dans l'industrie pétrolière pour analyser la porosité et la perméabilité des formations pétrolifères.
Pour pénétrer la huitième rangée du tableau périodique, les chercheurs dirigés par Popako prévoient de commencer par le titane, mais il se comporte toujours chimiquement de manière extrêmement agressive dans un accélérateur. Les chercheurs devront peut-être rechercher d'autres matériaux de départ pour la synthèse de nouveaux éléments.
Alexander Vladimirovich Karpov, un chercheur de premier plan au département théorique du Laboratoire des réactions nucléaires de JINR, estime que la huitième période du système ne sera jamais remplie, nous parlons de plus de 50 éléments, dont aucun n'a encore été découvert. Son conseil: "Utilisez le tableau périodique pendant qu'il est rempli tel qu'il est maintenant."
Tanja Traxler