Een reeks gecompliceerde experimenten waarbij een van de minst begrepen elementen van het periodiek systeem betrokken is, heeft enkele lang gekoesterde principes van de wetenschappelijke wereld op zijn kop gezet.

Onderzoekers van de Florida State University ontdekten dat de theorie van de kwantummechanica niet voldoende verklaart hoe de zwaarste en zeldzaamste elementen aan het einde van de tabel functioneren. In plaats daarvan, een andere bekende wetenschappelijke theorie - de beroemde relativiteitstheorie van Albert Einstein - helpt het gedrag van de laatste 21 elementen van het periodiek systeem te bepalen.

Dit nieuwe onderzoek is gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Kwantummechanica zijn in wezen de regels die bepalen hoe atomen zich gedragen en die het chemische gedrag van de meeste elementen op tafel volledig verklaren. Maar, Thomas Albrecht-Schmitt, de Gregory R. Choppin hoogleraar scheikunde aan de FSU, ontdekte dat deze regels enigszins worden overschreven door de relativiteitstheorie van Einstein als het gaat om de zwaardere, minder bekende elementen van het periodiek systeem.

"Het is bijna alsof je in een alternatief universum bent, omdat je chemie ziet die je gewoon niet ziet in alledaagse elementen, ', aldus Albrecht-Schmitt.

De studie, die meer dan drie jaar in beslag nam, omvatte het element berkelium, of Bk op het periodiek systeem. Door experimenten met bijna twee dozijn onderzoekers op de FSU-campus en het FSU-hoofdkwartier National High Magnetic Field Laboratory, Albrecht-Schmitt maakte verbindingen van berkelium die ongebruikelijke chemie begonnen te vertonen.

Ze volgden niet de normale regels van de kwantummechanica.

specifiek, elektronen schikten zich niet rond de berkeliumatomen zoals ze zich organiseren rond lichtere elementen zoals zuurstof, zink of zilver. Typisch, wetenschappers zouden verwachten dat elektronen in een rij staan, zodat ze allemaal in dezelfde richting staan. Dit regelt hoe ijzer werkt als een magneet, bijvoorbeeld.

Echter, deze eenvoudige regels zijn niet van toepassing als het gaat om elementen uit berkelium en daarbuiten, omdat sommige elektronen tegenovergesteld zijn aan de manier waarop wetenschappers lang hebben voorspeld.

Albrecht-Schmitt en zijn team realiseerden zich dat de relativiteitstheorie van Einstein feitelijk verklaarde wat ze in de berkeliumverbindingen zagen. Onder de relativiteitstheorie, hoe sneller alles met massabewegingen, hoe zwaarder het wordt.

Omdat de kern van deze zware atomen sterk geladen is, de elektronen beginnen te bewegen met significante fracties van de lichtsnelheid. Hierdoor worden ze zwaarder dan normaal, en de regels die typisch van toepassing zijn op elektronengedrag beginnen af ​​te brokkelen.

Albrecht-Schmitt zei dat het "opwindend" was toen hij en zijn team de chemie begonnen te observeren.

"Als je dit interessante fenomeen ziet, je begint jezelf al deze vragen te stellen, zoals hoe kun je het sterker maken of afsluiten, "Zei Albrecht-Schmitt. "Een paar jaar geleden, niemand dacht zelfs dat je een berkeliumverbinding kon maken."

Berkelium is meestal gebruikt om wetenschappers te helpen bij het synthetiseren van nieuwe elementen zoals element 117 Tennessine, die vorig jaar aan de tabel werd toegevoegd. Maar er is weinig gedaan om te begrijpen wat het element - of een aantal van zijn buren op de tafels - alleen kan doen en hoe het functioneert.

Het ministerie van Energie gaf Albrecht-Schmitt 13 milligram berkelium, ongeveer 1, 000 keer meer dan iemand anders heeft gebruikt voor grote onderzoeksstudies. Om deze experimenten te doen, hij en zijn team moesten uitzonderlijk snel handelen. Het element wordt in 320 dagen gehalveerd tot de helft, op welk punt het is niet stabiel genoeg experimenten.