Alle scheikundestudenten krijgen les over het periodiek systeem, een organisatie van de elementen die u helpt trends in hun eigendommen te identificeren en te voorspellen. Bijvoorbeeld, sciencefictionschrijvers beschrijven het leven soms op basis van het element silicium omdat het in dezelfde kolom in het periodiek systeem staat als koolstof.

Echter, er zijn afwijkingen van verwachte periodieke trends. Bijvoorbeeld, lood en tin staan ​​in dezelfde kolom in het periodiek systeem en zouden dus vergelijkbare eigenschappen moeten hebben. Echter, terwijl loodzuuraccu's gebruikelijk zijn in auto's, tinzuurbatterijen werken niet. Tegenwoordig weten we dat dit komt omdat de meeste energie in loodzuurbatterijen toe te schrijven is aan relativistische chemie, maar dergelijke chemie was onbekend bij de onderzoekers die oorspronkelijk het periodiek systeem voorstelden.

Relativistische chemie is moeilijk te bestuderen in de superzware elementen, omdat dergelijke elementen over het algemeen één voor één worden geproduceerd in kernsplijtingsreacties en snel verslechteren. Hoe dan ook, het vermogen hebben om de chemie van superzware elementen te bestuderen, zou nieuwe toepassingen kunnen ontdekken voor superzware elementen en voor gewone lichtere elementen, zoals lood en goud.

In een recente studie in Natuurchemie , onderzoekers van de Universiteit van Osaka bestudeerden hoe afzonderlijke atomen van superzwaar rutherfordiummetaal reageren met twee klassen gemeenschappelijke basen. Dergelijke experimenten zullen onderzoekers helpen relativistische principes te gebruiken om de chemie van veel elementen beter te benutten.

"We hebben enkele atomen van rutherfordium geprepareerd in de onderzoeksfaciliteit van de RIKEN-versneller, en probeerde deze atomen te laten reageren met hydroxidebasen of aminebasen, " legt Yoshitaka Kasamatsu uit, hoofdauteur van het onderzoek. "Metingen van radioactiviteit gaven het eindresultaat aan."

Onderzoekers kunnen relativistische chemie beter begrijpen uit dergelijke experimenten. Bijvoorbeeld, rutherfordium vormt precipitaatverbindingen met hydroxidebase bij alle baseconcentraties, maar zijn homologen zirkonium en hafnium in hoge concentraties. Dit verschil in reactiviteit kan worden toegeschreven aan relativistische chemie.

"Als we een manier hadden om een ​​zuiver rutherfordium-precipitaat in grotere hoeveelheden te produceren, we zouden verder kunnen gaan met het voorstellen van praktische toepassingen, ", zegt senior auteur Atsushi Shinohara. "In de tussentijd, onze studies zullen onderzoekers helpen om de chemie van superzware elementen systematisch te onderzoeken."

Relativistische chemie verklaart waarom bulk goudmetaal niet zilverkleurig is, zoals men zou verwachten op basis van voorspellingen uit het periodiek systeem. Dergelijke chemie verklaart ook waarom kwikmetaal een vloeistof is bij kamertemperatuur, ondanks periodieke voorspellingen. Er kunnen veel onvoorziene toepassingen zijn die voortkomen uit het leren over de chemie van superzware elementen. Deze ontdekkingen zullen afhangen van nieuw gerapporteerde protocollen en lopende fundamentele studies zoals deze door onderzoekers van de Universiteit van Osaka.