• [as] Tavola periodica degli elementi

    [as] Tavola periodica degli elementi


    Gli elementi chimici riportati nella tavola periodica hanno origini diverse. Idrogeno ed elio, insieme al litio, furono prodotti già durante la nucleosintesi primordiale dopo il Big Bang. I nuclei fino al nichel sono prodotti dalle reazioni di fusione nucleare all’interno delle stelle. Alcuni elementi con numero atomico intermedio (boro e berillio in particolare) sono principalmente prodotti nelle reazioni di fissione, che avvengono durante la propagazione delle ceneri stellari nella galassia. Gli elementi con Z>28 vengono prodotti, a partire dalle ceneri delle reazioni di fusione, con processi di cattura neutronica di tipo s o r (vd. Corsa all'oro, ndr). Gli elementi transuranici e super-pesanti (insieme al tecnezio e al promezio) sono sostanzialmente assenti nel sistema solare e sono prodotti artificialmente in laboratorio.

    In basso, le abbondanze degli elementi chimici nel sistema solare. I valori, mostrati in scala logaritmica, sono relativi all’abbondanza del silicio (assunta uguale a 106). L’elemento più abbondante è l’idrogeno, seguito dall’elio. Gli elementi prodotti nelle reazioni di fusione stellare (come C, N, O, Mg, Si, S, Fe, Ni) sono largamente presenti. Il più pesante degli elementi naturali osservati è l’uranio.

     

     


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  • L’oganesson, last but not least

    L’oganesson, last but not least
    La caccia agli elementi superpesanti

    di Antonio Di Nitto

    a.
    Anno e nazione di scoperta degli elementi sintetici, prodotti dall’uomo in laboratorio con reazioni nucleari. Il primo a essere prodotto fu il tecnezio, grazie agli esperimenti condotti a Palermo da E. Segrè nel 1937 (vd. [as] radici Semplice come un'altalena., ndr). Durante la seconda guerra mondiale furono prodotti e/o scoperti i primi elementi transuranici. La ricerca degli elementi superpesanti continua fino ad oggi..

    Fino a circa settant’anni fa la tavola di Menedeleev riportava solo gli elementi chimici presenti in natura, il più pesante dei quali era l’uranio, con numero atomico Z=92. Le moderne tavole periodiche, invece, presentano in tutto 118 elementi, di cui gli ultimi 26 sono stati sintetizzati in laboratorio. Iniziò tutto ai Laboratori Lawrence Berkeley, negli Usa, nel 1940 con la scoperta del nettunio (Np con Z=93) e del plutonio (Pu, Z=94), sintetizzati esponendo elementi pesanti in reattori a un elevato flusso di neutroni. Tra questi elementi superpesanti sintetizzati in laboratorio, quelli con numero atomico minore di 104 sono chiamati “transuranici”, mentre quelli con numero atomico tra 104 e 118 sono detti elementi “superpesanti” o “transattinoidi”, per la loro collocazione nel settimo periodo della tavola periodica. L’esistenza di questi ultimi fu ipotizzata sin dalla fine del XIX secolo, ma solo lo sviluppo della fisica nucleare ha consentito la loro sintesi.
    Oggi ci si chiede, quanti altri elementi superpesanti possono esistere e quali sono le loro proprietà chimiche?
    Una descrizione elegante dei nuclei atomici “naturali” è fornita dal modello a goccia liquida, che tratta il nucleo come un elemento macroscopico senza struttura, soggetto alle forze nucleari attrattive tra protoni e neutroni (come residuo della forza forte) e a quelle coulombiane repulsive, esercitate tra i protoni. Le forze repulsive generano deformazioni e, se abbastanza intense, portano alla scissione del nucleo in due frammenti di massa quasi uguale, processo noto come “fissione” (vd.Il Sole in Terra, ndr). Questo avviene dopo il superamento di una barriera di potenziale, la cui altezza dipende dalla somma delle forze coulombiane e nucleari.

    Dato che la barriera di fissione diminuisce all’aumentare del numero atomico, è previsto un valore critico al di sopra del quale il nucleo diventa instabile e si scinde spontaneamente.
    Dopo l’osservazione di un aumento della probabilità di fissione di oltre diecimila miliardi di volte nel passaggio dall’uranio-238 (238U con Z=92) al fermio-257 (257Fm con Z=100), si capì che il modello a goccia liquida descriveva bene anche gli elementi transuranici. Tuttavia, gli studi di isotopi poveri di neutroni, prodotti in reazioni indotte da ioni, e la scoperta degli isomeri (nuclei che hanno stesso numero di protoni e neutroni, ma con una diversa configurazione, che li rende metastabili o radioattivi) evidenziarono, negli anni ’60 e ’70, i limiti di questo modello e l’importanza degli effetti della struttura nucleare sulle proprietà dei nuclei pesanti.
    Tali proprietà sono attualmente ben descritte dai modelli che prevedono l’esistenza di configurazioni nucleari in cui i nucleoni (protoni e neutroni) si dispongono sulle cosiddette “shell” (gusci), di energia crescente, analogamente a quanto avviene nel modello a orbitali degli elettroni atomici. Quando i numeri di protoni o di neutroni coincidono con i cosiddetti “numeri magici”, cioè 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (solo per i neutroni), corrispondenti al riempimento completo delle shell, i nuclei sono particolarmente stabili. Quando sia il numero di protoni sia quello di neutroni sono magici, si parla di “nuclei doppiamente magici”. I modelli a shell prevedono anche l’esistenza di ulteriori numeri magici elevati, 114 e 126 per i protoni, 184 e 196 per i neutroni. Ci si aspetta che i nuclei superpesanti “doppiamente magici” e quelli limitrofi, che costituiscono la cosiddetta “isola di stabilità” della carta dei nuclidi (vd. fig. b), abbiano tempi di dimezzamento (in gergo “emivite”) compresi fra qualche secondo e migliaia di anni.
    Negli anni ’70 la ricerca cominciò a focalizzarsi sul metodo di produzione dei nuovi nuclei superpesanti. Le reazioni di “fusione-evaporazione” indotte da ioni leggeri, utilizzate fino a quel momento per la scoperta degli elementi fino al seaborgio (Sg, Z=106), non erano infatti praticabili per la produzione di elementi più pesanti. Ciò era dovuto sia all’impossibilità di produrre bersagli con un numero atomico maggiore di 98, che alla ridotta probabilità di fusione e alle brevi emivite degli elementi prodotti. Metodi di produzione innovativi e nuove tecniche di rivelazione erano dunque necessari.

     
    b.
    La “carta dei nuclidi”, ideata da Emilio Segrè, che riporta, in funzione del numero di protoni e neutroni, i nuclei atomici osservati e previsti teoricamente. Le crocette bianche indicano i nuclei doppiamente magici. La scala dei colori mostra le emivite in scala logaritmica. Solo nella regione con numero di protoni e neutroni inferiori al piombo-208 (208Pb), detta “penisola di stabilità”, sono presenti nuclei stabili che formano la valle di stabilità (i quadratini neri). I quadratini colorati indicano i nuclei instabili. L’assenza di numeri magici dopo quello del piombo-208 e le elevate forze coulombiane all’interno del nucleo determinano la bassa stabilità degli elementi più pesanti: in questa regione si ha quindi l’interruzione della penisola di stabilità e la presenza di nuclei radioattivi naturali e dei transuranici. La regione estrema è quella degli elementi superpesanti, che formano un’isola nel mare (in blu nella carta) dell’instabilità.

     

    Iniziarono così al Gsi (a Darmstadt, in Germania) le campagne di misura condotte dai gruppi guidati da Gottfried Münzenberg e Sigurd Hoffman che, usando la “fusione fredda” (da non confondere con il presunto fenomeno di produzione di energia dall’idrogeno atomico!), portarono alla scoperta degli elementi con numero atomico tra 107 e 112. In queste reazioni, sfruttando l’elevata stabilità dei bersagli dei nuclei piombo-208 (208Pb) e bismuto-209 (209Bi), con uno o più “numeri magici”, e utilizzando fasci di ioni medio-pesanti di alta intensità, si producevano nuclei composti con una bassa energia di eccitazione (“freddi”), ovvero con un’elevata probabilità di sopravvivenza rispetto alla fissione. Tuttavia, i fasci e i proiettili stabili generano solo nuclei poveri in neutroni, quindi ben lontani dall’agognata isola di stabilità. Il successo comunque ottenuto da questi esperimenti fu reso possibile dallo sviluppo di bersagli resistenti all’energia rilasciata dai fasci molto ionizzanti e dei cosiddetti “separatori di nuclei in volo”, come il Separator for Heavy Ion reaction Products (Ship) tuttora in funzione al Gsi, che impiantavano i nuclei radioattivi, residui di evaporazione di nuclei eccitati, in rivelatori sensibili alla posizione. I nuovi elementi erano identificabili in base alle loro proprietà di decadimento radioattivo (emissione alfa e fissione). Queste tecniche continuano a essere ampiamente utilizzate per l’identificazione di nuclei radioattivi prodotti con bassa probabilità, per studi di chimica e di struttura nucleare. Al crescere del numero atomico si osserva una forte riduzione della sezione d’urto nella “fusione-fredda”: il caso limite è rappresentato dalla produzione del nihonio (Nh, Z=113), la cui scoperta ha richiesto circa 5 anni di misure continue al Riken (a Wako-Shi, in Giappone).
    Negli stessi anni, la strada alternativa della “fusione tiepida” fu intrapresa dal gruppo guidato da Yuri Ogannessian al Flerov Laboratory of Nuclear Reactions (Flnr, a Dubna, in Russia), utilizzando il Dubna Gas-Filled Recoil Separator, un separatore in volo riempito con gas. Questo apparato sfrutta fasci di calcio-48 (48Ca), un raro isotopo doppiamente magico, su bersagli con numero atomico maggiore o uguale a 92. La maggiore asimmetria di massa fra proiettile e bersaglio incrementa la sezione d’urto di fusione, mentre l’eccesso di massa del calcio-48 consente di produrre nuclei composti non molto eccitati (“tiepidi”). L’alta intensità dei fasci di calcio-48 e le grandi quantità di materiale per i bersagli transuranici forniti dai laboratori americani (rivali nella produzione di nuovi elementi nel periodo della guerra fredda) hanno consentito di estendere la tavola periodica fino a completare il settimo periodo con la produzione dell’oganesson, chiamato così in onore di Yuri Oganessian (a capo del gruppo che lo ha scoperto). Con i suoi 118 protoni e 176 neutroni, l’oganesson è l’elemento più pesante di tutti quelli finora conosciuti. In analogia con i nomi dei gas nobili, inquadrati nel diciottesimo gruppo della tavola periodica, quali argon, xenon ecc., il nome assegnato al nuovo elemento termina con la desinenza “on”.

     
    c.
    Francobollo celebrativo della scoperta dell’oganesson. La scoperta è stata fatta dal gruppo guidato da Yuri Oganessian (in foto). A destra è mostrata la catena di decadimento individuata nelle misure condotte a Dubna usando fasci di 48Ca su bersagli di 249Cf.
     
    d.
    Tasca è il separatore magnetico riempito con gas in funzione al Gsi di Darmstadt, le cui recenti campagne di misura hanno confermato la scoperta del tennesso (Ts) e del moscovio (Mc) e sono state condotte per la prima volta esperimenti con fasci di titanio-50 (50Ti) per tentare di sintetizzare gli elementi con numero atomico Z>118.
     

    La corsa ai nuovi elementi ha visto per molti anni contrapporsi le regioni di influenza sovietica e americana, che usavano nomi diversi per i nuovi elementi di cui si contendevano la scoperta. L’International Union of Pure and Applied Chemistry (Iupac) e l’International Union of Pure and Applied Physics (Iupap) hanno quindi istituito un comitato internazionale composto da cinque fisici e chimici (di cui uno è l’italiano Emanuele Vardaci) che ha il compito di confermare la scoperta dei nuovi elementi. Il comitato ha confermato nel 2016 la scoperta del nihonio, moscovio (Mc), tennesso (Ts) e oganesson (Og), gli ultimi tre scoperti grazie alla collaborazione tra la Russia e gli Stati Uniti.
    Gli studi nella regione degli elementi superpesanti non si limitano solo alla produzione di nuovi elementi, ma cercano anche di definirne la struttura atomica e nucleare. Ad esempio, gli atomi di flerovio (Fl, Z=114) sono i più pesanti finora studiati con degli apparati chimici. Alcuni atomi di flerovio sono stati osservati, ma la limitata statistica ancora non consente di definire se gli effetti relativistici, che modificano le distribuzioni elettroniche, rendono questo elemento simile a un gas nobile. A queste e ad altre domande cercano di dare risposta gli esperimenti di chimica nucleare che usano il separatore magnetico Tasca, in corso al Gsi.
    L’utilizzo di nuove reazioni nucleari per la sintesi di elementi ancora più pesanti e/o meno poveri in neutroni, beneficiando degli acceleratori con fasci decine di volte più intensi e di nuovi apparati di misura in costruzione in Russia, Germania e Giappone, certamente consentirà nelle prossime decadi di spingersi oltre. Ma a 50 anni dalla sua previsione teorica, l’isola di stabilità nella carta di Segrè risulta ancora largamente inesplorata e la scoperta dell’oganesson ha consentito solo di sfiorarne la costa. La caccia all’elemento più pesante continua.

     

    Biografia
    Antonio Di Nitto è ricercatore presso l’Università Federico II di Napoli ed è associato alla sezione Infn di Napoli. Ha lavorato nel gruppo degli elementi superpesanti al Gsi di Darmstadt (Germania). Si occupa principalmente dello studio dei meccanismi delle reazioni nucleari indotte da ioni pesanti a bassa energia (<10 MeV/nucleone) da un punto di vista sperimentale. Dal 2012 è uno dei responsabili della realizzazione del rivelatore Albega, che si trova al Gsi, per misure spettroscopiche di decadimento alfa-beta-gamma di nuclei superpesanti isolati con tecniche chimiche.


    Link
    http://www.periodicvideos.com


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    DOI: 10.23801/asimmetrie.2019.26.9
     

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  • L’universo dall’H all’Og

    L’universo dall’H all’Og
    La fisica dietro la tavola periodica

    di Barbara Sciascia

    “E ne mancano almeno tre che mi auguro verranno scoperti a breve”. Non lo sappiamo, ma potrebbero essere state queste le parole conclusive di Dmitrij Ivanovic Mendeleev, quando presentò alla Società Chimica Russa la relazione “L’interdipendenza fra le proprietà dei pesi atomici degli elementi”. Era il 6 marzo 1869. Da allora esiste la tavola periodica degli elementi, una sorta di catalogo di tutto ciò che ci potrà capitare tra le mani. E anche se non contiene cose come la luce, il tempo o la logica, è sicuramente una delle più grandi sintesi fatte dall’umanità nella comprensione dell’universo in cui viviamo. La tavola (vd. fig. a) conteneva le 63 sostanze note all’epoca (rispetto alle 118 note oggi, vd. [as] Tavola periodica degli elementi) e i tre elementi citati sopra erano lo scandio, il gallio e il germanio (scoperti poi tra il 1875 e il 1886), chiamati temporaneamente eka-boro, eka-alluminio ed eka-silicio (dove eka- indicava che l’elemento avrebbe dovuto occupare nella tavola il posto libero accanto a quello già noto). Pare che Mendeleev avesse preparato per ciascun elemento noto una carta con la descrizione delle proprietà chimico-fisiche. Ordinando le carte per peso atomico crescente, si accorse di alcune regolarità e organizzò gli elementi in una tabella, in modo che quelli sulla stessa riga o colonna avessero caratteristiche in comune. Era così certo della bontà dello schema trovato da considerarlo predittivo, tanto da poter af fermare, come detto, che sarebbe stato solo questione di tempo trovare gli elementi adatti a riempire i “buchi” rimasti qua e là. È difficile sovrastimare la portata intellettuale di questa convinzione, che ha radici profonde nella potenza del metodo scientifico e che la scienza ha poi usato sistematicamente, come per esempio un secolo dopo nell’organizzare le decine di particelle che venivano via via create negli acceleratori: l’individuazione delle regolarità e ripetizioni portò alla classificazione degli adroni e quindi alla formulazione del modello standard delle particelle, sintetizzato dalla nota tabella con tre famiglie di quark e leptoni e quattro bosoni (vd. in Ai confini della realtà fig. b, ndr). Dall’idea iniziale di Mendeleev molti contribuirono alla comprensione della tavola e un ruolo particolarmente importante lo ebbe Henry Moseley. Nel 1913 egli scoprì che la frequenza della radiazione X emessa da molti metalli era proporzionale al quadrato del numero d’ordine dell’elemento che tale radiazione emetteva. Questa sequenza semi-arbitraria era basata sul valore delle masse atomiche, non associata a quantità fisiche misurabili. Anzi, lo stesso ordinamento per massa era talvolta alterato, come per il nichel e il cobalto,

    a.
    Appunti di Mendeleev per la stesura della tavola periodica pubblicata nel 1869.

     

    facendo prevalere l’ordinamento secondo le proprietà chimico-fisiche. La scoperta di Moseley portò ad associare questo numero al numero di cariche positive contenute nel nucleo e quindi di elettroni dell’atomo, fornendo così una base fisica all’esistenza della tavola. Come Mendeleev, anche Moseley era così certo del modello ideato da predire l’esistenza di elementi ancora non noti, inclusa l’intera serie dei lantanidi.
    La legge di Moseley era solo una delle leggi empiriche che descrivevano gli spettri emessi dagli elementi in opportune condizioni. Uno “spettro atomico” è spesso inteso come una serie di righe colorate, caratteristiche di ogni elemento chimico, che si ottengono facendo passare attraverso un prisma ottico la luce emessa dall’elemento, per esempio dopo averlo riscaldato. Agli inizi del secolo scorso, l’intensa campagna di misure sempre più dettagliate degli spettri, in particolare dell’idrogeno (vd. Spettri, ndr), portò a capirne l’origine e all’affermarsi della meccanica quantistica. Nel modello atomico planetario preso in prestito a inizio secolo dall’astronomia, con la maggior parte della massa dell’atomo concentrata al centro a mo’ di stella e gli elettroni vincolati a seguire solo determinate “orbite”, gli spettri erano la radiazione emessa o assorbita dagli elettroni nel passare dall’una all’altra e le lunghezze d’onda o colori osservati erano fissati dalla differenza in energia tra le orbite stesse. Il problema di questo modello era che gli atomi… non sarebbero dovuti esistere! Secondo l’elettromagnetismo classico, infatti, l’elettrone nel moto di rotazione intorno al nucleo avrebbe irraggiato energia spiraleggiando fino a cadervi, rendendo impossibile l’esistenza anche del semplice atomo di idrogeno. In generale, i modelli teorici e le evidenze sperimentali imposero agli scienziati dell’epoca una rivoluzione culturale, resa più ardua dal linguaggio scientifico sviluppato nei secoli per descrivere fenomeni macroscopici e accessibili ai sensi, che mal si adattava alle nuove scoperte.
    Per esempio, il concetto di orbita o traiettoria perde senso alla scala di energie e distanze in cui si manifesta la meccanica quantistica. Qui vige il principio di indeterminazione di Heisenberg, che implica tra l’altro che tanto più è nota la posizione di una particella, tanto meno si potranno avere informazioni sulla sua velocità, impedendo di fatto di conoscerne la traiettoria. In realtà la meccanica quantistica forza ancora di più la mano. Pur se spesso disegnati con una linea, gli “orbitali atomici” non sono traiettorie, ma piuttosto regioni dello spazio in cui un elettrone “è distribuito”, “sta”. Questa natura stazionaria degli orbitali, un po’ come le oscillazioni delle corde di una chitarra che non si propagano, risolve anche il problema dell’irraggiamento con conseguente caduta sul nucleo.

     
    b.
    L’ideatore della tavola periodica degli elementi, Dmitrij Ivanovic Mendeleev.
     
    Definiti matematicamente per la prima volta da Erwin Schrödinger nel 1927, ai diversi tipi di orbitali sono associate specifiche forme tridimensionali, che corrispondono alle zone in cui è più probabile trovare l’elettrone qualora se ne misurasse la posizione. Classicamente non possiamo fare a meno di immaginare gli elettroni come oggetti, “palline”, caratterizzati da posizione e velocità, ma ciò dipende solo dalla nostra - comprensibile - difficoltà a visualizzare, in termini di distribuzioni di probabilità, le funzioni d’onda, che sono invece alla base della teoria della misura in meccanica quantistica (vd. Grovigli quantistici, ndr). Secondo i livelli di energia dell’elettrone, possono essere immaginate una o più distribuzioni di probabilità che assumono forme diverse, indicate convenzionalmente con l, che può assumere solo valori interi a partire da 0. Ciascuna di queste assume distribuzioni nello spazio caratterizzate da orientamenti diversi, da uno per l=0 a sette per l=3, indicati convenzionalmente con m. Il modo in cui gli elettroni “occupano” queste forme, gli orbitali elettronici, è una diretta conseguenza di un altro principio della meccanica quantistica, il principio di Pauli, secondo cui all’interno di ciascun atomo non possono esistere due elettroni con gli stessi numeri quantici. Ciascun orbitale è individuato in modo univoco da tre numeri quantici, n, che indica il livello energetico principale visualizzabile anche come la distanza dal nucleo, e poi l e m definiti sopra. Il singolo elettrone è poi caratterizzato dal numero quantico di spin, che può assumere solo due valori, e quindi per ogni orbitale ci saranno al più due elettroni. La distribuzione spaziale degli elettroni, in particolare di quelli più esterni, determina le proprietà chimiche degli atomi, il modo in cui interagiscono e si combinano tra loro, per esempio formando molecole o cristalli. Se gli elettroni non fossero appartenuti alla famiglia dei fermioni, composta dalle particelle che ubbidiscono al principio di Pauli, e fossero stati invece bosoni, avrebbero potuto accumularsi tutti in prossimità del nucleo e il mondo intorno a noi sarebbe stato molto diverso, sicuramente più uniforme e monotono.
    Le ripetizioni e le regolarità trovate e ordinate da Mendeleev erano una prima classificazione del modo in cui sono riempiti gli orbitali di ciascun elemento. Oggi è noto che l’atomo ha un nucleo composto da un definito numero Z di protoni, il “numero atomico” (indicato di solito in basso a sinistra del simbolo dell’elemento chimico), e da un numero opportuno N di neutroni. Il numero totale di protoni e neutroni, indicato con A, è chiamato “numero di massa” (indicato in alto a sinistra dell’elemento); atomi di uno stesso elemento con un diverso numero di neutroni sono chiamati “isotopi”. Intorno al nucleo si trovano esattamente Z elettroni in modo che l’atomo sia nel complesso neutro. La tavola periodica inizia in alto a sinistra con l’idrogeno: un protone e un elettrone. All’estremo opposto, in basso a destra, c’è l’oganesson, l’atomo più complesso esistente, caratterizzato da 118 protoni ed elettroni.
    c.
    Rappresentazione spaziale degli orbitali atomici per valori di l da 0 (la sfera in alto) a 3 (le 7 configurazioni in basso). Ad ogni valore di l è associata una lettera (s,p,d,f). I valori di m che vanno da -l a +l sono indicati con un numero in pedice.
     
    Comprendere come la differenza numerica tra 1 e 118 possa produrre la spettacolare varietà dell’universo, come si siano formati i vari elementi, perché alcuni siano così abbondanti e altri invece rarissimi, richiede il contributo di molti ambiti della fisica, inclusa la recentissima astronomia multimessaggera.
    Possiamo liberamente trarre spunto da ciò che fece Primo Levi (di cui ricorre proprio quest’anno il centenario della nascita) nella sua splendida raccolta di racconti “Il sistema periodico” del 1975. Levi scelse ventuno elementi – tra il centinaio noti allora – per costruire un itinerario autobiografico lungo la tavola di Mendeleev: ventuno storie per raccontare la propria formazione, gli anni della guerra, il dramma di Auschwitz, il mestiere di chimico. Anche noi sceglieremo una manciata di elementi, ma per scoprire quanta fisica interessante si nasconde tra le caselle della tavola periodica. Per esempio, la scoperta dell’elio, secondo elemento della tavola e primo dei gas nobili, avvenne studiando lo spettro del Sole: non corrispondeva a nessun elemento noto allora e si ipotizzò l’esistenza dell’elio, da Helios nome del Sole in greco. La scoperta in una miniera quasi trent’anni dopo, fu una delle prime conferme dell’universalità delle leggi fisiche, valide anche al di fuori della Terra. E poiché, nonostante la sua meravigliosa varietà, la tavola descrive solo il 5% dell’universo noto (vd. Asimmetrie n. 4, ndr), raccontare delle proprietà dei gas nobili apre una finestra sulle tecniche più avanzate nella ricerca della materia oscura (vd. Xenon, noblesse oblige, ndr). Tra i 118 elementi noti oggi vi è solo l’imbarazzo della scelta: dal più leggero, l’idrogeno (vd. E fu subito litio, ndr), formatosi qualche centinaio di secondi dopo il Big Bang, al più pesante, l’oganesson (vd. L'oganesson, last but not least, ndr), ultimo degli elementi sintetizzati in laboratorio e ufficialmente inserito nella tavola solo nel 2016. E se l’attuale comprensione del funzionamento delle stelle rende chiara la formazione degli elementi necessari all’esistenza della vita quale la conosciamo, come il carbonio e l’ossigeno (vd. I neutrini e il berillio, ndr) e fino al vile ferro, la formazione di elementi più pesanti, come il nobile oro, richiede l’esistenza di “mostri del cielo”, quali stelle di neutroni e buchi neri (vd. Corsa all'oro, ndr). Gli elementi pesanti così prodotti, sono a loro volta portatori di informazioni preziose, per esempio l’uranio sulla composizione dell’interno della Terra, sconosciuto molto più dello spazio profondo (vd. L'uranio che scalda la Terra, ndr) o il piombo, i cui nuclei vengono fatti collidere dall’acceleratore Lhc ricreando per un istante il miscuglio di quark e gluoni esistente un centinaio di microsecondi dopo il Big Bang e da cui si formarono gli atomi primordiali (vd. Piombo-scontri, ndr). Infine, da quando nel 1928 Paul Dirac scrisse l’equazione per l’elettrone, l’antimateria è entrata a pieno titolo in ogni teoria della fisica delle particelle. Mentre singole antiparticelle vengono prodotte copiosamente nei laboratori di tutto il mondo, per gli antiatomi la produzione è limitata a poche decine di migliaia di atomi di anti-idrogeno, di cui si studiano in dettaglio le proprietà (vd. Idrogeno allo specchio, ndr). È molto improbabile che arriveremo a costruire gli “antielementi” necessari a riempire una “antitavola”, ma è certo che la comprensione dei componenti della tavola periodica degli elementi è una delle grandi conquiste del mestiere del… fisico.
     

    d.
    La tavola periodica usata per decorare una macchina che ben difficilmente conterrà tellurio, iodio, xenon, polonio, astato e radon, ma sarà sicuramente fatta di molti più elementi di quanto immaginiamo.

     
    [as] approfondimento
    Una passione comune


    1.
    Primo Levi, nel suo studio-laboratorio alla Siva nel 1952.

    Nel giugno del 1984, Primo Levi e un altro grande protagonista della cultura italiana, il fisico Tullio Regge, si incontrarono su invito del critico e scrittore Ernesto Ferrero per una lunga conversazione a ruota libera. Ne scaturì un librino di grande successo, Dialogo, pubblicato dalle Edizioni di Comunità (e poi da Einaudi) e tradotto in tutto il mondo.
    Nei pomeriggi trascorsi chiacchierando davanti al registratore, Regge e Levi si raccontarono piccole e grandi cose - gli anni della formazione, le esperienze di vita, il senso dei rispettivi mestieri, il rapporto tra scienza e umanesimo, il fascino della fisica contemporanea, l’avvento dei computer - muovendosi con leggerezza da un argomento a un altro, tra sprazzi di humour e momenti di grande intensità. Uno dei temi toccati, nello scambio che riportiamo di seguito, era una passione comune ai due interlocutori: la tavola periodica degli elementi.

     

     

    [Regge]: Mi appassionava la chimica, avevo trovato un testo che raccontava la storia degli elementi… Tradotto dal tedesco, un classico, a livello universitario. Tu l’hai certamente visto. Mi interessava il sistema periodico; per questo quando è uscito il tuo libro mi ci sono buttato; mi piace la frase in cui dici che il sistema periodico è poesia, per giunta con la rima.


    [Levi]: L’espressione è paradossale, ma la rima c’è proprio. Nella forma grafica più consueta della tavola del sistema periodico, ogni riga termina con la stessa “sillaba”, che è sempre composta da un alogeno più un gas raro: fluoro + neon, cloro + argon, e così via. Ma nella frase che tu citi c’è evidentemente di più. C’è l’eco della grande scoperta, quella che ti toglie il fiato; dell’emozione (anche estetica, anche poetica) che Mendeleev deve aver provato quando intuì che ordinando gli elementi allora noti in quel certo modo, il caos dava luogo all’ordine, l’indistinto al comprensibile: diventava possibile (e Mendeleev lo fece) individuare caselle vuote che avrebbero dovuto essere riempite, dato che “tutto ciò che può esistere esiste”; cioè fare opera profetica, antivedere l’esistenza di elementi sconosciuti, che vennero poi tutti puntualmente scoperti. Ravvisare o creare una simmetria, “mettere qualcosa al posto giusto”, è un’avventura mentale comune al poeta e allo scienziato.

     

    Da Primo Levi, Tullio Regge, Dialogo, Edizioni di Comunità, Milano, 1984 (ora in edizione Einaudi).

     

    Biografia
    Barbara Sciascia è ricercatrice presso i Laboratori Nazionali di Frascati (Lnf) dell’Infn. Collabora agli esperimenti Lhcb al Cern e Padme ai Lnf.


    Link
    https://www.ptable.com/?lang=it
    https://it.wikipedia.org/wiki/Scoperta_degli_elementi_chimici
    http://www.primolevi.it/web/italiano/contenuti/scienza
    https://dmitrimendeleev.com/ 


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    DOI: 10.23801/asimmetrie.2019.26.1
     

     

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