Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 28)

Tạo ra các nguyên tố mới

Khám phá của James Chadwick (1891–1974) về neutron vào năm 1932 cuối cùng đã biến giấc mơ của các nhà giả kim thành hiện thực. Enrico Fermi (1901–54) thấy rằng người ta có thể bổ sung thêm khối lượng cho một hạt nhân nguyên tử bằng cách bắn neutron vào nó. Vì các hạt nhân cồng kềnh dễ bị phân rã phóng xạ làm thay đổi cả khối lượng lẫn số nguyên tử, nên điều này mở ra khả năng tạo ra những nguyên tố mới.

Vào cuối thập niên 1940, Glenn T. Seaborg (1912–99) và Albert Ghiorso (1915–2010) đã đi tiên phong về các kĩ thuật sử dụng sự bắn phá neutron trong các lò phản ứng hạt nhân, làm tạo ra các nguyên tố nặng hơn plutonium, và bổ sung thêm hạng mục mới có thật vào bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, để tạo ra các nguyên tố ‘siêu nặng’ đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Cyclotron 1,5 m (60 inch) của Ernest Lawrence (1901–58) tại Berkeley, Mĩ, gia tốc các hạt alpha đến gần tốc độ ánh sáng trước khi cho chúng lao vào bia mục tiêu, và tạo ra một vài nguyên tố mới. Việc tìm kiếm các nguyên tố ngày càng nặng hơn nữa ngày nay là một nỗ lực quốc tế, với các cơ sở nghiên cứu ion siêu nặng tại Lawrence Livermore ở Mĩ, JINR ở Nga, GSI ở Đức và RIKEN ở Nhật Bản.

Glenn T. Seaborg (trái) và Edwin M. McMillan (phải)

Glenn T. Seaborg (trái) và Edwin M. McMillan (phải) cùng với cyclotron 60 inch của họ. Họ đã dùng nó tìm thấy plutonium, neptunium và nhiều nguyên tố phóng xạ khác.

Chụp ảnh nguyên tử

Trong phần lớn sự tồn tại khoa học của nó, nguyên tử là một khái niệm nhận thức cho các nhà hóa học và nhà vật lí – nó có ích để giải thích cơ chế phản ứng, sự bảo toàn khối lượng và vô số tương tác của năng lượng và vật chất. Tuy nhiên, vào năm 1981, lớp trừu tượng này đã bị bóc đi bởi khả năng nhìn thấy các nguyên tử. Gerd Binnig (sinh năm 1947) và Heinrich Rohrer (1933–2013) đã tạo ra những hình ảnh đầu tiên về các nguyên tử silicon bằng cách sử dụng phát minh của họ, kính hiển vi điện tử quét chui hầm (STM). Thật đáng kinh ngạc, họ còn có thể kiểm soát từng nguyên tử, thúc một vài nguyên tử sắt sắp thành một ‘lũy’ tròn trên bề mặt bằng đồng.

STM là thiết bị đầu tiên trong lĩnh vực hiển vi học lực nguyên tử. Nó sử dụng một ‘đầu dò’ cỡ nano phản ứng với ‘độ gồ ghề’ trên một bề mặt. Nhạy với những độ phân giải không làm được với kính hiển vi ánh sáng, nó cho phép các biến thiên về lực được lập đồ thị dưới dạng một bản đồ bộc lộ từng nguyên tử và các tương tác giữa chúng. Vào năm 2013, các nhà nghiên cứu sử dụng một STM đã thực hiện những quan sát đầu tiên về sự hình thành liên kết hóa học trong thời gian thực.

Chụp ảnh nguyên tử