ตารางธาตุ เป็นเครื่องมือที่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ในการศึกษาสมบัติต่างๆของธาตุ โดยได้ทำการรวบรวมธาตุต่างๆ ไว้เป็นหมวดหมู่ตามการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้ทราบถึงลักษณะและคุณสมบัติและช่วยให้สามารถจัดกลุ่มธาตุได้ง่ายขึ้น โดยธาตุที่มีระดับพลังงานเท่ากัน ก็จะถูกจัดอยู่ในคาบเดียวกัน(แนวนอน) ส่วนธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดเท่ากัน ก็จะถูกจัดอยู่ในหมู่เดียวกัน(แนวตั้ง) ซึ่งศาสตร์ที่ใช้ในการศึกษาการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนคือควอนตัมฟิสิกส์ แต่อย่างไรก็ตาม นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยใน Florida กลับพบว่าควอนตัมฟิสิกส์ไม่สามารถทำนายคุณสมบัติของธาตุหนัก อย่างธาตุ 22 ตัวสุดท้ายของตารางได้

image_5286-Periodic-Table

ในควอนตัมฟิสิกส์ การศึกษาการจัดเรียงตัวของอิเล๊กตรอนจะทำให้เราสามารถทำนายคุณสมบัติทางเคมีของธาตุต่างๆได้ แต่กลับไม่สามารถใช้ได้กับธาตุ ”หนัก” อย่างธาตุ 21 ตัวสุดท้ายของตารางธาตุ ทำให้นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องหันมาใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของอไสไตน์มาใช้ในการทำนายแทน โดยในการค้นพบครั้งนี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยใน Florida ได้ทำการสังเคราะห์สารประกอบที่มีส่วนประกอบของธาตุตัวที่ 97 berkelium (Bk) ขึ้นมา แล้วพบว่าการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในธาตุดังกล่าวไม่เป็นไปตามทฤษฎีของควอนตัมฟิสิกส์ ในขณะที่ธาตุเบาอย่าง ออกซิเจน สังกะสี หรือ เงิน กลับมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกับทางทฤษฎี

ตามปกติแล้ว เมื่อเราทราบการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอน จะทำให้เราทราบสมบัติทางเคมีหรือสมบัติทางแม่เหล็กของธาตุต่างๆได้ เช่นในโลหะ เราทราบว่าการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนจะมีการจัดเรียงตัวไปในทิศทางเดียวกันหมด ส่งผลให้โลหะสามารถแสดงสมบัติทางแม่เหล็กได้ แต่ในธาตุหนักอย่าง berkelium (ธาตุตัวที่ 97 ขึ้นไป) กลับมีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนที่ตรงข้ามกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เคยทำนายเอาไว้ด้วยควอนตัมฟิสิกส์จึงเป็นการยากที่จะทราบถึงสมบัติของธาตุเหล่านี้ได้ แต่เมื่อนักวิจัยได้นำทฤษฎีสัมพัทธภาพของอไสไตน์มาใช้ในการอธิบายปรากฎการณ์ดังกล่าว ทำให้ทราบถึงสาเหตุที่ว่าเนื่องจากนิวเคลียสของธาตุหนัก จะมีความเป็นประจุสูงส่งผลให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสมีความเร็วเป็นเศษส่วนของความเร็วแสง ซึ่งส่งผลการประพฤติตัวของอิเล็กตรอนแตกต่างไปจากปกติทำให้ไม่สามารถทำนายด้วยควอนตัมฟิสิกส์ได้นั่นเอง

จากการทดลองนื้ทำให้พบว่าควอนตัมฟิสิกส์เพียงอย่างเดียว ไม่เพียงพอที่จะอธิบายถึงธรรมชาติของธาตุต่างๆได้ แต่จำเป็นที่จะต้องมีศาสตร์อื่นมาปรับใช้ร่วมกันเพื่อให้เราสามารถเข้าใจธรรมชาติได้ดียิ่งขึ้น

ที่มา http://www.sci-news.com/physics/periodic-tables-heaviest-elements-theory-quantum-mechanics-05286.html
เรียบเรียงโดย @MrVop