29.05.2020 - Kyoto University

Eine besondere elementare Magie

Kyoto-Wissenschaftler kündigen ein "nukleares" Periodensystem an

Ein fester Bestandteil jedes naturwissenschaftlichen Klassenzimmers ist das Periodensystem der Elemente, und für viele ist es die erste Einführung in die großen Geheimnisse der Natur.

Jetzt haben Physiker der Universität Kyoto eine neue Tabelle vorgestellt, die eine andere Perspektive auf die Bausteine des Universums bietet. Während die traditionelle Tabelle auf dem Verhalten der Elektronen in einem Atom basiert, basiert diese neue Tabelle auf den Protonen im Kern.

"Das Periodensystem der Elemente ist eine der bedeutendsten Errungenschaften der Wissenschaft, und in seiner bekannten Form basiert es auf der Schalenstruktur von Elektronenorbitalen in Atomen", erklärt Yoshiteru Maeno, einer der Mitentwickler des neuen Systems.

"Aber Atome bestehen aus zwei Arten von geladenen Teilchen, die jedes Element bezeichnen: Elektronen, die den Kern umkreisen, und Protonen im Kern selbst.

Der neue 'Nucletouch'-Tabelle des Teams - auch als 3D-Modell erhältlich - wurde kürzlich in der Zeitschrift Foundations of Chemistry angekündigt.

Mehr als 150 Jahre sind vergangen, seit Dmitrij Mendelejew das periodische Gesetz entdeckte, das ihn dazu veranlasste, das klassische Periodensystem vorzuschlagen. Er hatte sogar die Weitsicht, Platz für Elemente zu schaffen, die zu seiner Zeit noch unbekannt waren.

"Im Grunde kommt es auf die Elektronen in jedem Atom an. Atome gelten als stabil, wenn die Elektronen ihre 'Schale' aus Bahnen um den Kern vollständig ausfüllen", fährt Maeno fort.

"Sogenannte 'Edelgase', träge Elemente wie Helium, Neon und Argon, reagieren selten mit anderen Elementen. Ihre stabilsten Elektronenzahlen sind 2, 10, 18, 36 und so weiter."

Maeno beschreibt diese als atomare "magische Zahlen", und wichtig ist, dass dasselbe Prinzip auch auf Protonen angewendet werden kann. Sich vorzustellen, dass Protonen in einem Kern in "Umlaufbahnen" existieren, mag wie eine Ausdehnung erscheinen, aber die Entdeckung des Konzepts wurde 1963 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Protonen haben verschiedene stabile magische Zahlen: 2, 8, 20, 28 und so weiter. Darunter befinden sich bekannte Elemente wie Helium, Sauerstoff und Kalzium. Der Nucletouch-Tisch stellt diese "magischen Kerne" in sein Zentrum und bietet damit eine neue Perspektive auf die Elemente.

"Ähnlich wie Elektronen bilden sie, wenn ihre Kernumlaufbahnen mit Protonen gefüllt sind, stabile Kerne, analog zu den Edelgaselementen", sagt Kollaborateur Kouichi Hagino.

"In unserem nuklearen Periodensystem sehen wir auch, dass Kerne dazu neigen, in der Nähe der magischen Zahlen kugelförmig zu sein, sich aber deformieren, wenn man sich von ihnen entfernt.

Das Team hat die Tabelle erstellt, um alternative Wege zur Veranschaulichung der Naturgesetze aufzuzeigen, und hofft, dass sowohl Enthusiasten als auch Akademiker etwas finden werden, das ihnen Freude macht und von diesem frischen, neuen Blick auf einen alten Freund lernen kann.

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