Une série d'expériences compliquées impliquant l'un des éléments les moins compris du tableau périodique a bouleversé certains principes de longue date du monde scientifique.

Des chercheurs de la Florida State University ont découvert que la théorie de la mécanique quantique n'expliquait pas de manière adéquate le fonctionnement des éléments les plus lourds et les plus rares trouvés à la fin du tableau. Au lieu, une autre théorie scientifique bien connue, la célèbre théorie de la relativité d'Albert Einstein, aide à régir le comportement des 21 derniers éléments du tableau périodique.

Cette nouvelle recherche est publiée dans le Journal de l'American Chemical Society .

La mécanique quantique est essentiellement les règles qui régissent le comportement des atomes et expliquent pleinement le comportement chimique de la plupart des éléments sur la table. Mais, Thomas Albrecht-Schmitt, le professeur Gregory R. Choppin de chimie à la FSU, a constaté que ces règles sont quelque peu outrepassées par la théorie de la relativité d'Einstein en ce qui concerne le plus lourd, éléments moins connus du tableau périodique.

"C'est presque comme être dans un univers alternatif parce que vous voyez une chimie que vous ne voyez tout simplement pas dans les éléments de tous les jours, ", a déclaré Albrecht-Schmitt.

L'étude, qui a duré plus de trois ans, impliquait l'élément berkélium, ou Bk sur le tableau périodique. Grâce à des expériences impliquant près de deux douzaines de chercheurs sur le campus de la FSU et le National High Magnetic Field Laboratory, dont le siège est à la FSU, Albrecht-Schmitt a fabriqué des composés à partir de berkelium qui ont commencé à présenter une chimie inhabituelle.

Ils ne suivaient pas les règles normales de la mécanique quantique.

Spécifiquement, les électrons ne s'organisaient pas autour des atomes de berkelium comme ils s'organisent autour d'éléments plus légers comme l'oxygène, zinc ou argent. Typiquement, les scientifiques s'attendraient à voir les électrons s'aligner de sorte qu'ils soient tous orientés dans la même direction. Cela contrôle la façon dont le fer agit comme un aimant, par exemple.

Cependant, ces règles simples ne s'appliquent pas aux éléments du berkelium et au-delà, car certains des électrons s'alignent à l'opposé de la façon dont les scientifiques l'ont longtemps prédit.

Albrecht-Schmitt et son équipe ont réalisé que la théorie de la relativité d'Einstein expliquait en fait ce qu'ils voyaient dans les composés de berkelium. Sous la théorie de la relativité, plus quoi que ce soit avec des mouvements de masse rapide, plus il devient lourd.

Parce que le noyau de ces atomes lourds est fortement chargé, les électrons commencent à se déplacer à des fractions significatives de la vitesse de la lumière. Cela les rend plus lourds que la normale, et les règles qui s'appliquent généralement au comportement des électrons commencent à s'effondrer.

Albrecht-Schmitt a déclaré que c'était « exaltant » quand lui et son équipe ont commencé à observer la chimie.

"Quand vous voyez ce phénomène intéressant, vous commencez à vous poser toutes ces questions comme comment pouvez-vous le rendre plus fort ou le fermer, " a déclaré Albrecht-Schmitt. " Il y a quelques années, personne n'a même pensé que vous pouviez faire un composé de berkelium."

Berkelium a été principalement utilisé pour aider les scientifiques à synthétiser de nouveaux éléments tels que l'élément 117 Tennessine, qui a été ajouté au tableau l'année dernière. Mais peu a été fait pour comprendre ce que l'élément - ou plusieurs de ses voisins sur les tables - seul peut faire et comment il fonctionne.

Le ministère de l'Énergie a donné à Albrecht-Schmitt 13 milligrammes de berkelium, environ 1, 000 fois plus que quiconque a utilisé pour des études de recherche majeures. Pour faire ces expériences, lui et son équipe devaient se déplacer exceptionnellement vite. L'élément est réduit de moitié en 320 jours, à quel point il n'est pas assez stable d'expériences.