Yüksek yüklü iyonlara odaklanan alternatif bir periyodik eleman tablosu
Yüksek yüklü iyonların periyodik bir tablosu
Elementlerin periyodik tablosunun yeni bir versiyonu, yeni nesil optik atomik saatleri oluşturmak için kullanılabilecek yüzlerce yüksek yüklü iyonu öngörmüştür.
İlk olarak Dmitri Mendeleev tarafından 1869’da icat edilen periyodik tablo, bilinen 118 kimyasal elemanı kimyasal özelliklerine göre gruplandırır. Periyodik tablonun aynı kısımlarındaki unsurlar benzer özellikleri paylaştığından, bu sipariş kimyagerlerin onlarca yıl önce masadaki boşlukları tanımlamalarını sağladı ve o zamandan beri onları dolduracak unsurları keşfetmelerine yardımcı oldu.
Tablo genel olarak kimyagerler için çok iyi çalışıyor, ancak yüksek enerjili iyonları bulmak ve kullanmakla daha fazla ilgilenen bazı fizikçiler için istedikleri işi yapmıyor. Bu tür parçacıklar X-ışını lazerlerinde, tümör tedavisinde, plazmalarda temel fizik teorilerini test etmek için ve optik saatlerde kullanılır.
Almanya, Heidelberg’deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nde Chunhai Lyu, “Atomik saatler için yüksek yüklü iyonları aramak, onları çok daha kararlı ve çok daha doğru hale getirmek için aramak istedik.
Atomlar, çekirdeğin dışındaki kabuklarda ve alt kabuklarda düzenlenmiş elektronlarla protonlar ve nötronlar içeren bir çekirdekten oluşur. Bir atomda, eşit sayıda pozitif yüklü proton ve negatif yüklü elektronlar vardır. Ancak atomlar, yüklü iyonlar oluşturarak elektronlar kazanabilir veya kaybedebilir. Birçok elektronu kaybeden bir atom, yüksek yüklü bir iyon haline gelir.
Orijinal periyodik tablo, her elemanın bir atomunda bulunan proton sayısına göre sipariş edilir. Bunun yerine, Lyu ve meslektaşları masalarını iyonlardaki elektron sayısına göre düzenlediler. Bir elementin atomu bir veya daha fazla elektron kaybettikten sonra, başka bir elementin atomu ile aynı sayıda elektrona sahip olabilir. Bu, tablonun her hücresinin aynı elektron konfigürasyonunu paylaşan çoklu elementlerin iyonlarını içerebileceği anlamına geliyor.
Her satırın bir elektron kabuğunu temsil ettiği ve her sütunun bir alt kabuğu temsil ettiği bir tablo ile sonuçlanır. Düzen, Lyu ve meslektaşlarının yasak geçişler olarak bilinenleri tahmin etmelerini sağladı.
Elektron sayısına göre yeniden tasarlanan periyodik tablo iyonları
Bir atom enerjiyi emerse – örneğin, başka bir atomla çarpışarak – elektronlar bir kabuktan veya alt kabuktan diğerine geçebilir. Kuantum teorisine göre, elektronların başladığı ve bittiği kabuklara bağlı olarak bu geçişlerin bazıları diğerlerinden çok daha muhtemeldir.
Ancak, kesinlikle imkansız olmayan, sadece oldukça imkansız ve yavaş meydana gelen nadir, sıra dışı geçişler de vardır. Bunlar yasak geçişler olarak bilinir ve daha uzun sürdükleri için çok kararlıdırlar, bu da onları optik atomik saatler tasarlamak için ideal hale getirir.
Lyu ve meslektaşları, bu geçişler için daha doğru optik atomik saatler yapmak için kullanılabilecek 700 yüksek yüklü iyonun varlığını tahmin etmek için tablolarını kullandılar.
Periyodik tabloların internet veritabanını tutan ve meta-sentez kimya danışmanlığı hizmetini çalıştıran bir kimyager olan Mark Leach, tüm bu yasak geçişlerin orada olabileceğini söylüyor.
Şimdi geçişler teorik olarak tahmin edildiğine göre, Lyu, istediğiniz yüksek enerjili iyonu üretmek için bir elektron ışının enerjisini atomlarla çarpışıp lazerlerle tutmak için ayarlayabilirsiniz.
Daha sonra iyon, çekirdek etrafında dönen elektronların enerjik yapısı hakkında daha fazla bilgi edinmek için spektroskopi ile deneysel olarak ölçülebilir ve daha da doğru atomik saatler inşa etmek için kullanılır.
Bu tür saatler, Dünya’dan uzak uzay aracı için navigasyona yardımcı olabilir, uyduları koordine etmeye, Albert Einstein’ın görelilik teorisini test etmeye ve kuantum iletişim ağlarını çalıştırmaya yardımcı olabilir.
“Bu, periyodik tablonun ana fikrinden çok uzaktır. Bu son derece iyonize elementlerin bir konfigürasyonudur,” diyor Guillermo Restrepo, Almanya’nın Leipzig’teki Matematik Matematik Enstitüsü. “Ama atom saatlerini geliştirmek için yeni bir yol açan ilginç ve yasak geçişler buldular, bu gerçekten önemli.”
