Dans une expérience d'accélérateur sans précédent, des chercheurs ont directement observé comment certains des éléments connus les plus lourds réagissent et forment des molécules
L'atome le plus lourd observé formant une molécule
Les chercheurs ont directement observé l'atome le plus lourd qui participait à une réaction chimique et formant une molécule. La découverte pousse la chimie «super-révalente», qui implique des éléments radioactifs extrêmement massifs, à un nouveau niveau – et pourrait même conduire à un réarrangement du tableau périodique.
Certains éléments chimiques exotiques sont difficiles à expérimenter, ce qui rend difficile la détermination de leur placement approprié dans le tableau périodique. Par exemple, l'élément radioactif Copernicium est placé parmi un groupe appelé les métaux de transition, mais il se comporte plus comme des gaz nobles, qui appartiennent à une section différente.
Ce problème peut également affecter les éléments de la table, les atomes lourds et radioactifs appelés Actinides, explique Jennifer Pore au Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie. Pour vérifier les propriétés des actinides, elle et ses collègues ont effectué une réaction chimique qui a créé une molécule contenant l'actinide le plus lourd, Nobelium, qui est l'élément 102.
Pour faire de l'élément, les chercheurs ont utilisé un accélérateur de particules qui a brisé un faisceau d'atomes de calcium très énergétiques en un morceau de plomb. Les atomes de nobélium ont émergé au lendemain de cette collision et ont réagi avec de l'azote et des molécules d'eau dans l'air. Un détecteur à action rapide, similaire à une machine à détection de particules appelée spectromètre de masse, a ensuite identifié les molécules résultant plus précisément que dans toute tentative passée de faire de la chimie super-révocée.
Ensuite, l'équipe a recommandé son expérience avec un morceau de thulium au lieu de le plomb. Cela a créé un actinide appelé actinium, qui est l'élément 89. En comparant à quel point il était facile pour l'eau de s'en tenir à l'actinium contre le nobélium, les chercheurs ont confirmé que les deux éléments se comportent assez également pour appartenir à la même rangée du tableau périodique.
Nobelium n'est pas seulement correctement placé sur le tableau périodique; Il est également devenu l'élément le plus lourd que les chercheurs ont directement observé la formation d'une nouvelle molécule – bien que l'élément le plus lourd jamais créé soit toujours Oganesson, élément 118. Et la procédure utilisée pour créer des molécules qui contiennent du Nobelium, puis les identifier avec précision, pourraient conduire à de nouvelles percées.
Sophia Heinz au GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research en Allemagne affirme que la nouvelle expérience est une véritable avancée technique pour la chimie des super-héros. Des molécules contenant des éléments plus lourds que le nobélium avaient été fabriquées auparavant, mais les chercheurs ne pourraient jamais les identifier directement, dit-elle. « La possibilité d'étudier directement des molécules uniques est une étape importante en avant. »
Peter Schwerdtfeger à l'Université Massey en Nouvelle-Zélande dit que la nouvelle expérience «ouvre la porte à de nombreuses autres expériences futures avec différentes super-héros».
Avant même que de nouvelles expériences ne soient terminées, les résultats ont un impact. Pore et son équipe pensaient qu'ils devraient ajouter des molécules supplémentaires dans l'expérience pour Actinium et Nobelium avec qui réagir. De façon inattendue, cependant, les super-héros ont réagi avec des substances déjà présentes: l'azote et l'eau dans l'air. Anastasia Borschevsky à l'Université de Groningen aux Pays-Bas dit que cela pourrait forcer les scientifiques à réexaminer les expériences précédentes sur les surchauffes dans lesquelles les chercheurs ont supposé qu'ils regardaient les atomes – car ils ont peut-être également observé des molécules qui contenaient ces atomes. «Cela nous occupera les théoriciens pendant un certain temps», explique Schwerdtfeger.
Pour les pores, le prochain défi consiste à faire de la chimie avec des éléments encore plus lourds, tels que Dubnium, qui est l'élément 105. Pour ce faire, l'équipe peut avoir à accélérer leur procédure parce que les éléments plus lourds obtiennent, moins ils passent du temps dans un état stable avant de se décomposer dans un élément différent.
«Si les choses vont bien, nous voulons faire les plus grands gars à la fin (du tableau périodique). Nous n'avons pas de limites (lourds) avec cette technique», explique Pore. Et contrairement à Nobelium, certains de ces éléments plus importants pourraient finir par avoir besoin de trouver de nouveaux endroits sur la table périodique.
