Underlig Grund Plutonium Virker Ikke Som Andre Metaller

{h1}

Videnskabsfolk har fundet plutoniums manglende magnetisme, idet det afslører, at de elektroniske elektroners klare adfærd kan forklare, hvorfor metallet ikke virker som andre metaller på det periodiske bord.

Plutonium er et metal, men det vil ikke holde fast i en magnet, gådefulde forskere i årtier. Nu kan forskere have fundet denne "manglende magnetisme".

Skjulestedet? Elektroner, der omgiver hvert atom af plutonium, finder gruppen, ledet af Marc Janoschek fra Los Alamos National Laboratory.

Resultatet, de siger, kan føre til evnen til at forudsige og tune nye materialers egenskaber mere præcist. [Elementær, min kære: 8 elementer, du aldrig har hørt om]

Atomiske grunde

Elektroner spinder rundt atomer i skaller, også kendt som orbitaler. Hvert kredsløb har et bestemt maksimalt antal elektroner, det kan holde. I almindelige metaller er antallet af elektroner i den yderste omgang fastgjort - kobber har for eksempel en elektron, og jern har to i den ydre skal. Fraværet enhver anden energi tilsat til atomet (f.eks. Varme eller elektricitet) elektronerne er i lavest energitilstand, kaldet en jordtilstand.

For at finde ud af, hvad plutoniums elektroner lignede i denne grundstilstand, fyrede Janoscheks team en stråle neutroner på en plutoniumprøve. Neutronerne og elektronerne har begge magnetfelter, og disse felter har magnetiske øjeblikke. Et magnetisk øjeblik refererer til mængden og retningen af ​​den kraft, der er nødvendig for at justere et objekt i et magnetfelt. Da neutrons- og elektronernes øjeblikke interagere, så Janoscheks team en slags underskrift af elektronernes jordstande, hvilket afslørede antallet af elektroner i den ydre skal.

Det var da de fandt, at plutonium kunne have fire, fem eller seks elektroner i den ydre skal i jordtilstanden. Forskere, der forsøgte at forklare elementets ulige egenskaber tidligere havde antaget tallet, blev fikset.

Men det er ikke det, den nye undersøgelse viste. "Det svinger mellem de tre forskellige konfigurationer," sagde Janoschek. "Det er i alle tre på samme tid."

Det teoretiske grundlag for denne underlige situation blev lagt i 2007, da fysikere på Rutgers University udviklede et nyt matematisk værktøj, der antog plutoniums elektroner, kunne svinge på denne måde. Los Alamos-eksperimentet er den første test af teorien, og det har vist sig at være korrekt.

Plutoniums ulige egenskaber

Denne udsving kan forklare hvorfor plutonium ikke er magnetisk. Magneter får deres klæbende effekt fra uparvede elektroner. Hver elektron er som en lille magnet med en nord og en sydpol. Når elektroner fylder et atoms skaller, tager de hver sin plads hver for sig, og de magnetiske øjeblikke peger i samme retning. Da flere elektroner fylder skallen, parrer de sig sammen med nord- og sydpolerne hver mod hinanden, så magnetfelterne afbryder. Men nogle gange kan en elektron ikke finde en partner. Når f.eks. Jern sættes i et magnetfelt, strækker de opparrede elektroner sig på samme måde, hvilket skaber et aggregeret magnetfelt og tiltrækker andre magneter. [9 kølige fakta om magneter]

Fordi antallet af elektroner i plutoniums ydre skal fortsætter med at ændre sig, vil de uparvede elektroner aldrig rade op i et magnetfelt, og plutonium kan derfor ikke blive magnetisk.

Janoschek sagde, at plutoniums egenskaber placerer elementet mellem to sæt elementer på det periodiske bord. "Se på thorium til uran og neptunium - de opfører sig som overgangsmetaller, de bliver mere metalliske", sagde han. Når du flytter til tungere elementer (til højre på det periodiske bord), ændres det. "Når du kommer til americium og udover at de ligner sjældne jordarter." Sjældne jordarter som neodym gør meget gode magneter, mens overgangsmetaller ofte ikke gør det.

Forsøget gjorde mere end bare en anden underlig ejendom af plutonium. Den matematiske teknik i eksperimentet sammen med opdagelsen af ​​plutoniums underlige elektroner kan hjælpe forskere med at forudsige, hvordan nye materialer kan opføre sig. Indtil nu var den eneste måde at klare denne adfærd på at lave eksperimenter som at varme dem op eller ramme dem med elektricitet eller magnetfelter. Nu er der en måde at vide på forhånd.

"En prædiktiv teori om materialer er en stor del, fordi vi til sidst vil kunne simulere og forudsige egenskaber af materialer på en computer," sagde Gabriel Kotliar, en professor i fysik hos Rutgers og en af ​​de forskere, der først udførte matematikken. "For radioaktive materialer som plutonium er det meget billigere end at lave et egentligt eksperiment."

Det hjælper også med at forklare en anden ulige ejendom af plutonium - elementet udvider og kontrakterer meget mere end andre metaller gør, når de opvarmes eller zapped med en elektrisk strøm. Det er vigtigt at lave atombomber, da plutoniet skal formes præcist. Ingeniører har længe siden lært at redegøre for denne forandringsændring, men nu ved de, hvorfor det sker.

Undersøgelsen er offentliggjort i dagens (10. juli) udgave af Science Advances.

Følg os @wordssidekick, Facebook og Google+. Originalartikel om WordsSideKick.com.


Video Supplement: Nuclear Power and Bomb Testing Documentary Film.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com