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Al di là dell'uranio

Cristoph Düllmann, responsabile del progetto di ricerca.

(GSI)

Scoperta nella chimica nucleare, la scienza che si occupa delle proprietà dei composti legati alla struttura del nucleo atomico.

Il risultato, al quale hanno concorso istituti di ricerca e scienziati svizzeri, consente passi avanti nella scoperta dei meccanismi chimici degli elementi.

Le proprietà chimiche dell'hassio, un elemento transuranico, sono state esplorate da un gruppo internazionale di chimici, fra i quali alcuni studiosi del Paul Scherrer Institut di Zurigo e del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'Università di Berna.

Fare ricerche in questo settore "esotico" della tavola degli elementi è fondamentale per comprendere come nascono le proprietà chimiche degli elementi. Un ambito nel quale gli studiosi elvetici hanno portato un nuovo contributo.

La scoperta, pubblicata su Nature, è importante, perché gli elementi transuranici hanno spesso proprietà chimiche inconsuete. Non è però il caso dell'hassio.

Gli elementi transuranici

Dici "chimica", e subito ti viene in mente un signore in camice bianco che traffica con provette, ampolle e becchi Bunsen. Vero, ma non completamente.

Esistono anche i "chimici nucleari": scienziati che si occupano delle proprietà degli elementi e dei composti legate alla struttura del nucleo atomico. Ricercatori che hanno a che fare con oggetti ben strani.

A scuola abbiamo imparato che l'uranio, l'elemento più pesante esistente in natura, ha il numero atomico 92. Nel suo nucleo vi sono 92 protoni (positivi) e molti neutroni, e intorno ad esso ruotano 92 elettroni.

Al di là dell'uranio stanno i transuranici, elementi ancora più pesanti che devono essere sintetizzati in laboratorio.

La tavola periodica degli elementi, frutto del genio del chimico russo Dmitri Ivanovic Mendeleev, raccoglie tutti gli elementi in una struttura che consente di prevederne le proprietà chimiche. Problema: come determinare le proprietà dei transuranici?

Ricerca complessa

Già, perché questi strani "figli della chimica" sono difficili da produrre e ancora più difficili da studiare. I loro atomi, spesso, sopravvivono solo per frazioni di secondo, prima di disintegrarsi in elementi più leggeri.

Altro che provette e becchi Bunsen! Lo studio delle proprietà dei transuranici è perciò un settore all'avanguardia della chimica.

Un settore nel quale si è recentemente distinto il GSI, un centro di ricerca interdisciplinare presso Darmstadt, in Germania.

Nel team di studiosi che hanno operato presso il GSI figurano anche nove svizzeri del Paul Scherrer Institut di Zurigo.

Primo firmatario dell'articolo apparso il 22 agosto sull'ultimo numero della prestigiosa rivista scientifica Nature, il ricercatore Christoph E. Düllmann, del Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'Università di Berna,

L'elemento numero 108

La ricerca verte sulle proprietà dell'hassio, l'elemento numero 108, scoperto nel 1984. Purtroppo all'epoca si era riusciti a farlo sopravvivere soltanto per 1,5 millisecondi: troppo poco per mettersi a studiarne le proprietà chimiche.

Nel 1996 però ne fu ottenuto un isotopo (un atomo con lo stesso numero atomico, ma con un diverso numero di neutroni nel nucleo) che sopravvisse per circa 10 secondi. Abbastanza per farlo reagire e verificare se si comporta come dovrebbe.

Il team di Düllmann ha ottenuto l'elemento 108 bombardando un bersaglio di curio con ioni di magnesio. Poi ha fatto reagire l'hassio con l'ossigeno a 600 gradi centigradi, ricavando del tetrossido di hassio.

Il composto, sotto forma di gas, è stato infine spedito a colpire dei detector di silicio, per studiare la volatilità del tetrossido di hassio.

La conclusione è chiara. "L'hassio mostra le proprietà attese per la sua posizione nel gruppo 8 della tavola periodica", scrivono gli autori su Nature. Un gruppo di cui fanno parte anche l'osmio e il rutenio.

Tutta colpa di Einstein

Non c'è nulla di cui stupirsi, quindi? Mica vero. Infatti gli elementi transuranici hanno spesso comportamenti anomali, che li differenziano dagli altri elementi del proprio gruppo.

Il seaborgio (numero atomico 106) si comporta "bene". Lo stesso fa l'hassio (108), come si è appena scoperto. Rutherfordio (104) e dubnio (105) hanno invece proprietà anomale, diverse da quelle che dovrebbero avere se il loro posto nella tavola di Mendeleev fosse corretto.

Perché accade questo? Colpa di Einstein, pare.

Infatti questi elementi pesanti hanno un nucleo così positivo da trattenere gli elettroni più interni su orbite velocissime. Al punto da muoversi a velocità prossime a quelle della luce.

Ed è proprio qui che interviene la teoria della relatività. Una delle sue conseguenze è che la massa degli elettroni aumenta, le orbite si allargano, e quindi le proprietà chimiche dell'atomo cambiano drasticamente.

Marco Cagnotti

Fatti e cifre

L'uranio è l'elemento naturale più pesante: ha numero atomico 92.
Gli elementi transuranici hanno spesso proprietà chimiche anomale.
L'hassio, scoperto nel 1984, ha numero atomico 108.
Le proprietà chimiche dell'hassio sono quelle della tavola periodica.

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In breve

Un team di chimici nucleari elvetici ha indagato presso il GSI di Darmstadt le proprietà chimiche dell'hassio.

Primo firmatario del protocollo scientifico Christoph Düllmann, ricercatore del Paul Scherrer Institut di Zurigo e dell'Università di Berna.

Il risultato conclusivo conferma che l'hassio si comporta come gli altri elementi del suo gruppo.

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