No

Tal como entendemos actualmente la química física , todos los elementos posibles se conocen a continuación, cualquiera que sea el número de última generación ahora ( Oganesson - Elemento 118 ).

El número atómico de un elemento (el número que determina qué elemento es) solo puede ser un número entero. Es, al fin y al cabo, el número de protones contenidos en el núcleo . Al igual que no hay números enteros desconocidos entre 1 y 118, no hay elementos desconocidos en este rango.

Las reacciones químicas ocurren por interacciones complicadas entre el espín de los electrones, los electrones que llenan (o no) los orbitales (electrones de valencia) y la carga del átomo (enlaces iónicos) . Todo esto se debe a la cantidad de electrones (fuertemente influenciada por la cantidad de protones a través de la fuerza electromagnética ) y cómo llenan los orbitales electrónicos. Entonces, si tienes un núcleo sin protones, no es " elemento cero ", es un neutrón . Como los neutrones no tienen carga, no se unen a ningún electrón. Si un núcleo no tiene electrones, entonces no puede interactuar químicamente con nada.

Isla del Establo Mágico

Sin embargo, existe una hipótesis actual llamada Stable Island . Postula que ciertos isótopos elementales, aún por descubrir, exhibirán más estabilidad que los elementos que los rodean en la tabla periódica.

Algunos cálculos teóricos muestran que los isótopos de algunos elementos en la mágica "isla estable" podrían tener vidas medias tan altas como$10^9$(mil millones) de años. Cálculos más recientes indican que tendrían vidas medias mucho más cortas, del orden de horas o días. Dado que nunca se ha observado ningún isótopo de ningún elemento que se suponga que está en la isla mágica, el consenso científico se inclina fuertemente hacia las estimaciones más bajas.

La isla estable está encerrada en un círculo en el gráfico. Parece que el centro de la isla está alrededor del número atómico de 112 y el número de nucleones de 276 y 278 (Copernicium - Cm). Hay una segunda isla de núcleos menos estables alrededor del número atómico 125 (nucleón número 294+). Hemos creado algunos isótopos del elemento 112, pero su vida media es tan corta que no conocemos sus propiedades a granel. No hemos creado ningún isótopo del elemento 125: el eje vertical es el número atómico (número de
$p$) y comienza en 81 (talio). Cada cuadrado representa un número entero.
El eje horizontal es el número de nucleones (número de$p$+$n$) y comienza alrededor de 205. Cada cuadrado representa un número entero.
Los recuadros delineados representan isótopos de elementos ya descubiertos o creados.
La línea negra discontinua muestra el "óptimo"$\frac{p}{n}$relación para un isótopo de elemento estable.

Encontrar un elemento desconocido

Me gusta mucho la idea de encontrar nuevos elementos , así que supongamos que:

1. La Isla Estable existe
2. Hay isótopos no descubiertos en una o más de estas islas estables
3. Algunos isótopos en la isla tienen una vida media por encima$10^8$años
4. Las supernovas hacen que estos elementos

El plutonio ( ₂₄₄ Pu) tiene una vida media alrededor$8 \cdot 10^7$años. Si hacemos algo en un reactor, entonces, para fines humanos, permanecerá para siempre. Sin embargo, solo hemos encontrado una vez ₂₄₄ Pu de origen natural (¿Los elementos transuránicos como el plutonio se producen alguna vez de forma natural?) .

Al igual que el plutonio, un elemento de alto Z con una vida media de$10^7$-$10^8$años parecería muy estable para los humanos y existiría quizás por miles de millones de años. Todos los materiales nativos del sistema solar se crearon hace unos 4600 millones de años en una supernova que provocó el colapso de la nube de polvo que formó nuestro sistema solar. Desde entonces, los elementos radiactivos se han ido desintegrando, por lo que nuestro isótopo propuesto tendría una vida lo suficientemente corta como para encontrar muy poco o nada de él en los materiales nativos de nuestro Sistema Solar.

Curiosamente, el Sol está sentado en una característica galáctica llamada The Local Bubble . Una serie de supernovas que ocurrieron hace entre 10 y 50 millones de años expulsaron los gases interestelares de esta región, lo que hizo que la densidad del gas intergaláctico en esta región fuera particularmente baja.

Más importante aún, el momento y la ubicación de estas supernovas significan que es concebible que un trozo de material de una de ellas podría haber hecho el viaje a nuestro sistema solar en los últimos 30-50 millones de años. Dado que estas supernovas ocurrieron solo$10^7$Hace años, nuestro isótopo radiactivo propuesto aún debería tener un porcentaje muy alto del isótopo original sin descomponer.

Así que imagina que la humanidad ve un cuerpo que se dirige a través del Sistema Solar en una trayectoria hiperbólica . Esto significa que el cuerpo se originó fuera de nuestro sistema solar y navegará a través del Sistema Solar a menos que lo desviemos. Tendríamos que interceptarlo y desviarlo para pasar cerca de uno de los gigantes gaseosos para impartir un cambio de impulso suficiente para capturarlo. Solo uno de estos planetas podría desviarlo lo suficiente como para mantenerlo en nuestro Sistema Solar. Después de la desviación, podríamos encontrar que está recubierto con elementos pesados ​​(metales del grupo del platino, uranio, plutonio, oro y otros materiales que son raros en la Tierra).

Para qué usarlo

Incluso si se quema con más energía con oxígeno que cualquier otra reacción química conocida (aunque la química física sugiere que el 118 es un gas noble, el 112 estará cerca de un metal noble y el 125 será un metal de tierras raras, por lo que, de manera realista, debe esperar que cualquiera de estos reaccionan débilmente o no reaccionan en absoluto con el oxígeno), ¿la humanidad realmente lo usaría como combustible químico?

Ciertamente no.

No se puede encontrar en la Tierra, lo que lo hace más valioso que cualquier material terrestre que puedas imaginar (más valioso que el oro, el platino o incluso las piedras preciosas más preciosas). Si fueras a "quemarlo", no usarías la insignificante liberación de energía de las reacciones químicas (después de todo, ¿cuántas personas conoces que queman diamantes para obtener calor?). En su lugar, irías por los 1,000,000$\times$liberación de energía de la energía nuclear.

Aun así (e independientemente de su advertencia de "no nuclear"), sospecho que el material sería demasiado valioso para "quemarlo" en reactores de fisión. Con un$10^8$Cada año de vida media, la única forma en que obtendríamos más sería si otro cuerpo similar volara a través del Sistema Solar. No espere que sea cualquier tipo de suministro de energía renovable. (Si quisieras una analogía de ciencia ficción del agotamiento de los combustibles fósiles de la Tierra, esta podría ser una historia interesante).

Se usaría principalmente para la investigación, tratando de descubrir qué podría hacer el material. O para los súper ricos, tal vez hacer algunas baratijas de recuerdo para usar (el material sería radiactivo pero no tan radiactivo como para ser peligroso).

Editar 29/02/2016: Así que estaba pensando en esto y pensé, oye, ¿y si tuviéramos un asteroide metálico moderadamente grande en curso hiperbólico a través de nuestro sistema solar? Le enviamos una sonda y descubrimos que estaba repleto de elementos de la isla estable. Si pudiéramos desviar su curso, tendríamos una gran cantidad de material disponible para todo tipo de cosas (reactores de fisión, investigación, propiedades de materiales especiales, etc.).

Estos materiales aún no se utilizarían para sus reacciones químicas, la energía liberada no valdría la pena la inversión energética para obtener los materiales. Podría usarse para la fisión si fuera un combustible de fisión superior (liberaría más energía que los combustibles de fisión que ya usamos). Quizás "quemarlo" daría como resultado "cenizas" de fisión que eran elementos especialmente valiosos (como los metales del grupo del platino) y liberaban muchos menos neutrones durante la reacción. Pero eso viola su criterio de no energía nuclear.

Independientemente, este escenario también rompe su escenario de energías renovables.

Otras formas de llegar

Hay al menos otras dos formas de conseguir lo que quieres.

Fusión
Alguna forma de fusión, preferiblemente barata y de baja energía (también conocida como "fusión fría") serviría muy bien. No existe un mecanismo plausible y económico para que esto funcione en este momento, pero no sería una violación completa de las leyes físicas asumir que se descubrió alguna forma de hacerlo.

Helio metaestable
Un átomo de helio tiene 2 electrones. El orbital de menor energía es el orbital "1S". El orbital "1S" puede contener hasta 2 electrones. Sin embargo, esos dos electrones deben poseer diferentes valores de "espín" (uno "arriba" y otro "abajo"). Si, en cambio, le da al helio dos electrones con el mismo valor de espín (por ejemplo, dos con el espín "hacia arriba"), entonces uno se ubicará en el orbital "1s", pero su presencia evita que el segundo electrón también caiga en el orbital "1s". . En cambio, se encuentra en el orbital "2s". Esto se llama helio metaestable.

El helio metaestable posiblemente podría proporcionar energías mucho más altas que cualquier reacción química y dar impulsos específicos de hasta 10 veces la de$2\text{H}_{2\text{(L)}} + \text{O}_{2\text{(L)}} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$. Dado que esto es una "cosa real", no estaría violando las leyes de la física para incluirlo en su mundo.

El helio metaestable tiene una vida media de aproximadamente 2,3 horas, pero se puede catalizar para que se descomponga ("queme") más rápido.

Los dos principales inconvenientes del helio metaestable son:

1. No es un combustible, es un mecanismo de almacenamiento de energía (todavía necesita centrales eléctricas para producir su energía).
2. El helio metaestable es, bueno, metaestable. Tiene una tendencia a liberar espontáneamente su energía. El cambio de helio de metaestable a estable tiende a catalizar el helio metaestable circundante para hacer lo mismo. Si tiene un tanque de combustible grande, la gran cantidad y la alta densidad de energía de la sustancia tiende a provocar un " Ka-Boom devastador ".

Hay una variante de Metastable Helium que reduce algunos de sus problemas (por ejemplo, haciéndolo más estable y dándole una vida media más larga). Esto se llama helio diatómico metaestable. Une un helio metaestable a un helio estable y luego lo enfría hasta que se vuelve sólido. El material resultante tiene una vida media medida en años pero libera su energía cuando se expone al calor.

Desafortunadamente, esto reduce a la mitad la densidad de energía del helio metaestable, pero sigue siendo mucho mejor que las reacciones químicas típicas.

Isómeros nucleares
Otra posibilidad es un isómero nuclear.

Imagina un globo pequeño pero muy elástico con una boca ancha. Llena este globo con 72 pelotas de ping pong negras (protones -$p$) y 102 pelotas de ping pong blancas (neutrones -$n$) representante del núcleo de Hafnio (Hf). Ambas cosas$p$y$n$son nucleones. Cada pelota de ping pong tiene un frijol saltarín mexicano. Agite su globo hasta que obtenga el área de superficie mínima posible; esto se conoce como su estado de energía mínimo o fundamental. Ahora saque con cuidado un nucleón de su estado fundamental y muévalo al otro lado del globo para que sobresalga. Este es un isómero nuclear y representa el "estado excitado" del núcleo.

Si dejas que la configuración se asiente por un tiempo, la energía aleatoria suministrada por los frijoles saltadores mexicanos eventualmente hará que las pelotas de ping pong regresen repentinamente a su estado fundamental. Esto emitirá un sonido ("¡voomp!"). El globo representa un núcleo. Las pelotas de ping pong representan los nucleones. El sonido es el rayo gamma ($\gamma$) liberado cuando el isómero nuclear libera su energía.

Si golpea el globo lo suficientemente fuerte, el núcleo también se reconfigurará al estado fundamental. Esto es lo que los científicos están tratando de probar en el laboratorio.

Mientras que el helio metaestable usa estados de electrones excitados para almacenar energía, los isómeros nucleares almacenan energía en nucleones excitados. Así como las reacciones nucleares son$10^6 \times$más poderosos que los químicos, los nucleones excitados pueden almacenar mucha más energía que los electrones (del orden de$5 \cdot 10^5 \times$más que la mayoría de las reacciones químicas).

De manera similar a cómo el rango de vidas medias para los elementos radiactivos varía desde picosegundos hasta más de decenas de miles de millones de años, lo mismo ocurre con los isómeros nucleares. Se cree que un isómero tiene una vida media de alrededor$10^{15}$años - nunca se ha observado que se descomponga y no tiene ningún uso práctico. Otros tienen vidas medias tan cortas que tampoco son de uso práctico porque todos los átomos en la muestra parecen desintegrarse espontáneamente. Sin embargo, Hafnium tiene un isómero nuclear con una vida media muy conveniente de 31 años y podría ser útil.

Hay algunos problemas con los isómeros nucleares. Estos incluyen la incapacidad de desencadenar la liberación de la energía (** más sobre esto a continuación). La energía se libera del hafnio en forma de rayos gamma (que requiere protección). Al igual que con el helio metaestable, los isómeros nucleares no son un combustible sino un mecanismo de almacenamiento de energía. Solo son renovables de la misma manera que las baterías (y el helio metaestable) son renovables: se pueden recargar y reutilizar.

Ha habido algunas investigaciones controvertidas que indican que se ha encontrado un método para estimular la liberación de energía de los isómeros nucleares. Sin embargo, hasta ahora, la cantidad de energía requerida para estimularlos es mayor que la energía que pueden liberar.

A pesar de todos esos problemas, los isómeros nucleares son teóricamente un posible mecanismo de almacenamiento de energía y podrían convertirse en un componente de una impresionante infraestructura de almacenamiento de energía. Los cargarías y luego los usarías como baterías cuya energía se reduce lentamente.

Densidades de energía

No encontrarás ninguna fuente de energía no nuclear con densidades de energía superiores a las de la nuclear. Tiene que ver con el tipo de fuerzas involucradas (Nuclear Fuerte y Débil versus Electromagnetismo) y es fundamental para la naturaleza del Universo.

Mucha gente no tiene una comprensión innata de las magnitudes relativas de la energía liberada entre la energía química y la nuclear. Así que usemos la distancia como representante de la energía. Si 1 cm corresponde a la energía liberada por las reacciones químicas más poderosas, entonces 16 kilómetros es la energía liberada por la fisión nuclear. Fusión es 100+$\times$más potente (representado por una distancia de 1.600 kilómetros). Generar energía utilizando energía química no es muy efectivo en comparación con la energía nuclear.

Estas son las densidades de energía relativas de varios materiales:

• Antimateria >$12 \times$Fusión (valor Wiki de$150 \times$)
• Fusión >$4 \times$Fisión (valor Wiki de$100 \times$)
• Fisión >$10^6 \times$químico (valor Wiki de$1.6 \cdot 10^6 \times$)
• Isómero nuclear >$5 \cdot 10^5 \times$químico
• Helio Metaestable >$10-100 \times$la mayoría de los otros productos químicos (valor Wiki$10 \times$)
• Helio metaestable diatómico >$5-50 \times$la mayoría de los otros productos químicos (valor Wiki$5 \times$)
• La mayoría de los combustibles químicos >$100 \times$la mayoría de las energías renovables (la comparación directa es difícil porque los combustibles renovables suelen ser "gratuitos", pero su infraestructura es enorme y costosa)

Por cierto, obtienes las reacciones químicas más energéticas entre elementos al combinar elementos de la parte superior derecha de la tabla periódica (oxidantes como el flúor/oxígeno) con los de la parte inferior izquierda (reductores/metales alcalinos). Un Ununennium de metal alcalino aún no creado - Elemento 119 satisfaría sus necesidades. Sin embargo, no se espera que este elemento tenga una vida media superior a los microsegundos y no sobreviviría a un viaje desde la supernova más cercana (el evento estelar que crea dichos elementos) al Sistema Solar.

Puede crear moléculas con más energía de combustión por muchos mecanismos. La mayoría de estos explosivos extremadamente potentes no son estables y, por lo tanto, no son seguros de usar en la mayoría de los casos. Otros (p. ej ., Octanitrocubane, también conocido como Cubane ), son tan difíciles de crear que son demasiado caros de fabricar en cantidad.

El octanitrocubano (fórmula molecular: C ₈ (NO ₂ ) ₈ ) es un alto explosivo que, como el TNT, es insensible a los golpes (no se detona fácilmente con un golpe).

...

Se cree que el octanitrocubano tiene un rendimiento entre un 20% y un 25% mayor que el HMX (octógeno).

Pero, en última instancia, las energías de las reacciones químicas están limitadas por las energías disponibles por la fuerza de los enlaces químicos.

Renovables

Las energías renovables, al menos como se conciben comúnmente (por ejemplo, eólica y solar), poseen densidades de energía extremadamente bajas . Considere un parque eólico con 1000 de los grandes aerogeneradores de 1 MW. Cubriría muchas millas cuadradas y generaría 1/5 o menos de la energía producida por una sola planta nuclear o de carbón de tamaño mediano de 1 GW que ocupa solo un par de acres de tierra (potencia real generada y no capacidad teórica instalada) .

Si necesita densidad de energía, entonces necesita energía nuclear.

Si quiere energías renovables, entonces tiene que vivir con densidades de energía extremadamente bajas.

Si quiere ambos, entonces necesita algo como el helio metaestable (ver arriba) para almacenar la energía producida por su planta de energía de baja densidad de energía en una forma que tenga una alta densidad de energía (pero aún tiene que vivir con el enorme, baja energía parque eólico de densidad).

Aunque actualmente es popular ensalzar las virtudes de las "renovables", en última instancia, las energías renovables provienen de la luz solar y la luz solar proviene del Sol, que es una planta de energía nuclear gigante. ¿Por qué lidiar con todos los intermediarios (procesos intermedios) cada uno de los cuales tiene una pérdida de eficiencia bastante pronunciada? ¿Por qué no trabajar directamente con la energía nuclear?

¿Cómo podría funcionar esto?

Usando el ejemplo del helio diatómico metaestable...

Supongamos que los científicos estuvieran examinando materiales cometarios (la forma en que se recolectaron no es importante) y descubrieron que uno de esos compuestos contenía helio metaestable en alguna forma que era mucho más estable que cualquiera que hayamos descubierto hasta ahora. El simple hecho de saber que existió un material como ese y tener algunos ejemplos conduciría a una gran nueva área de investigación.

Eventualmente, todo podría funcionar con los nuevos medios de almacenamiento de energía utilizando el compuesto de helio metaestable como batería y enormes energías renovables se extienden por todo el planeta (o la Luna) para alimentar esas baterías.

No dependeríamos de extraer los materiales de fuentes celestiales.

Como alternativa, si es importante en su historia que tuvimos que minar la fuente de combustible, entonces siempre puede recurrir a minar la Luna y otros cuerpos astronómicos para obtener ₃ He. Sin embargo, eso requiere que uses energía nuclear. En el lado positivo, ₃ He arroja significativamente menos neutrones que la mayoría de las otras reacciones de fusión.

Respuesta corta: no.

Los elementos se identifican por su número atómico, es decir, el número de protones en el núcleo.

Cuando Mendeleev inventó la tabla periódica, había una serie de agujeros. Por ejemplo, no había ningún elemento conocido entre el Calcio, número atómico 20, y el Titanio, número 22. Por lo tanto, Mendeleev propuso la existencia de nuevos elementos previamente desconocidos. Predijo las propiedades de estos elementos en función de dónde encajarían en su tabla periódica. Cuando se encontraron estos elementos y, de hecho, tenían las propiedades que él predijo, esto fue una fuerte evidencia de que la teoría detrás de su tabla periódica era correcta.

(Nota: Mendeleev construyó su tabla usando pesos atómicos en lugar de números atómicos, por lo que sus métodos no fueron tan rigurosos como los que tenemos hoy. Pero eso es un punto secundario).

Hoy hemos identificado elementos para cada número atómico posible desde 1 (Hidrógeno) hasta 118 (tentativamente llamado ununoctio). Es decir, conocemos los elementos 1, 2, 3, 4, 5, 6, etc., todos los enteros posibles hasta 118. Por lo tanto, cualquier elemento desconocido debe tener números atómicos superiores a 118.

Todos los elementos conocidos con número atómico 84 o superior (84=Polonio) son radiactivos e inestables. Como menciona Jim2B, algunos físicos teorizan que puede haber elementos estables con números atómicos más altos, pero tales elementos nunca se han encontrado en la naturaleza o se han sintetizado en el laboratorio, por lo que en este punto todo es teoría.

La gente ya ha cubierto las partes de la pregunta sobre la tabla periódica, así que me gustaría hablar sobre una de las condiciones secundarias por un momento.

Las dos propiedades deseadas de las energías renovables y una mayor densidad de energía que la nuclear son, esencialmente, mutuamente contradictorias. Algo que es renovable significa que la sustancia puede, esencialmente, llegar a existir espontáneamente. A su vez, eso significa que no puede requerir grandes cantidades de energía para construir porque cualquier proceso espontáneo que cree la sustancia a partir de otras fuentes tendría que poner esa energía de alguna manera. En particular, tendría que concentrar esa energía en la energía. densidad de lo que sea que esté haciendo.

Eso limita mucho la densidad energética de los recursos renovables. Cualquier proceso espontáneo que intentara concentrar tanta energía en un lugar pequeño probablemente encontraría más fácil prenderse fuego que producir unobtainio. No menos importante porque hay muchas formas diferentes de prenderse fuego, pero solo un par de formas de sintetizar unobtanium.

Ha respondido a su propia pregunta al publicar una imagen de la tabla periódica; claramente, no hay espacios entre 1 y 118.

Sin embargo, dado que esto es WB y no Física , especulemos. El núcleo generalmente se representa como un racimo de uvas, formando una estructura esférica, ya que ese es el estado de energía más bajo. Pero es...

Los núcleos están unidos por la Fuerza Fuerte . Esto es de muy corto alcance, esencialmente uniendo nucleones a sus vecinos más cercanos. La lucha contra la Fuerza Fuerte es la repulsión electrostática de los protones, que es de largo alcance. Cualquier protón se siente repelido por todos los demás en el núcleo. A medida que crece el núcleo, la fuerza repulsiva se hace mayor mientras que la fuerza fuerterealmente no cambia. Agregar neutrones neutros ayuda porque esto empuja a los protones más separados, debilitando así la fuerza electrostática. Esta es la razón por la cual la mezcla de protones y neutrones comienza casi igual y se vuelve cada vez más rica en neutrones a medida que subimos. En el momento en que llegamos a unos pocos cientos de nucleones, se vuelve difícil mantener la cosa unida y obtenemos isótopos radiactivos que siguen desmoronándose.

Sin embargo, ¿qué pasa si hay una región de estabilidad en el rango de números atómicos muy grande? Tal vez cuando lleguemos a, digamos, 1000 núcleos, se pueden formar estructuras que lo lleven a ser estable. Por ejemplo, podría tener una capa exterior de protones y neutrones alternados (como el patrón de una pelota de fútbol) con un núcleo central de neutrones. Eso mantendría los protones bien separados pero te permitiría tener un núcleo masivo.

Sus propiedades químicas serían extrañas: un núcleo gigante causaría estragos en los radios orbitales de los electrones. Sería muy denso, tal vez dos o tres órdenes de magnitud más denso que los elementos existentes. Si perturbaras la red protón-neutrón, se descompondría en un rocío de elementos más ligeros y liberaría bastante energía, me imagino.

Es poco probable que tal cosa se forme de forma natural, ya que los núcleos generalmente se forman aplastando núcleos más ligeros. Sin embargo, es posible que pueda diseñar un núcleo de este tipo: haga un 2D$p-n$enrejado, luego envuélvalo alrededor de una gota de neutronio. ¡Simples!

Muchas buenas respuestas, pero aquí están mis $ 0.02 (antes de impuestos).

Primero, no hay espacio para agregar nuevos elementos a la mezcla a menos que pueda encontrar algún elemento interesante de gran masa que rompa todas las reglas conocidas. No hay lagunas que llenar, excepto con algunos isótopos extraños y cosas por el estilo.

Dicho esto, veamos sus tres condiciones en orden inverso:

#3: Renovable

Esto va a depender de su fuente, supongo. En general, esto significa que el combustible y/o los materiales precursores no son un recurso estático (no se extraen de asteroides o similares). Los combustibles fósiles no son renovables, los alcoholes de origen vegetal y los biodiesel sí lo son. Este puede ser bastante simple de resolver, puede que no.

#2: Limpiar

No es tan simple como parece. Si solo quiere decir que produce un impacto ambiental mínimo cuando se usa como fuente de combustible, sin tener en cuenta el impacto ambiental de su fabricación, entonces quizás podamos agregar muchas cosas interesantes a la mezcla. Ambos aspectos son problemas para la energía nuclear, ya que tanto el refinado como el uso de materiales nucleares producen productos de desecho que probablemente serán un problema durante milenios.

#1: Mejor que nuclear

La razón por la que invertí el orden es que este es el criterio más difícil de satisfacer y la influencia más directa en las posibles respuestas. No importa qué tipo de isótopos atómicos oscuros o elementos ficticios se te ocurran, las reacciones químicas simplemente no liberan el tipo de energía que liberan las nucleares. Período. Los enlaces químicos son órdenes de magnitud menos fuertes que los nucleares, y eso nunca va a cambiar sin importar el material con el que estés reaccionando.

Lo que, en mi opinión, deja un material realmente real: la antimateria.

En concreto, Antihidrógeno compuesto por un núcleo de 1 antiprotón con un solo positrón. Esto se sintetizó por primera vez (en proporciones ultra diminutas, por supuesto) en el CERN en los años 90 y todavía se está estudiando. Si las predicciones son ciertas, actuará exactamente como el hidrógeno normal y formará el equivalente de antimateria del gas H _{2 .}

Tome 1 parte de hidrógeno y una parte de antihidrógeno, mezcle en un reactor apropiado, teniendo cuidado de no dejar nunca que la antimateria entre en contacto con la materia "normal", y la energía resultante se libera (rayos gamma de la reacción electrón/positrón más varios piones, muones , neutrinos, positrones y electrones del protón/antiprotón) es lo más cerca que se puede estar actualmente de la liberación completa de energía a partir de la masa.

Aparte de los neutrinos que escapan prácticamente de cualquier contención actualmente disponible, el resultado es bastante cercano al combustible de mayor densidad que es posible producir, casi puro E=MC ² . Por masa de combustible, una planta de energía de Materia/Antimateria debería producir alrededor de 2 mil millones de veces más energía que un motor diesel. Si quisiera impulsar un vehículo terrestre con él (suponiendo que pueda construir un reactor compacto), un gramo de Anti-Hydrogen durará mucho tiempo.

Desde la perspectiva 'limpia', las reacciones M/AM tienen subproductos bastante seguros si se pueden capturar los rayos gamma, etc. No hay gases de desecho de la combustión, no hay agua, etc. Si pudieras usar positrones, todo lo que obtendrías es un montón de gamma, pero almacenarlos es aún más difícil cuando no tienes un antiprotón para que se adhieran. Efectivamente, aunque las únicas emisiones reales del reactor serán los neutrinos, que no están tan interesados ​​en reaccionar con nada. A densidades lo suficientemente altas, podría haber algunos efectos extraños, tal vez la transmutación ocasional o la ionización no planificada en la materia circundante... nada grande.

La antimateria se puede sintetizar en pequeñas cantidades en este momento mediante el uso de enormes cantidades de energía, lo cual es un pequeño inconveniente. Pero si puede resolver el problema de la síntesis y tiene acceso a suficiente energía de otras fuentes, quizás pueda producir un suministro constante. Eso cubre las renovables.

El problema, por supuesto, es que tienes casi cero posibilidades de evitar la inevitable reacción M/AM incontenible y borrar a tu especie de la faz del planeta. Tal vez solo use este material en el espacio donde es menos probable que una explosión abra agujeros en la corteza planetaria.

Todo lo anterior se basa en un nivel de tecnología muy alto, piense en Space Opera, y antes de que se resuelvan todos los problemas, podría ser posible crear un dispositivo que libere energía directamente de la materia. Personalmente, estaría más feliz de ver un convertidor de materia en energía que los reactores M/AM, pero ambos están fuera de nuestro alcance en este momento.

Supongamos que el 128io fuera un catalizador para una reacción de fusión a baja temperatura, como el isótopo común A que se fusiona con el isótopo común B en la superficie de un núcleo de 128io para dar como resultado un isótopo inestable C que se descompone rápidamente por desintegración beta en un subproducto estable D, generando mucho calor y sin subproductos peligrosos. Tendrás que revisar un cuadro de desintegración nuclear para encontrar una reacción amistosa, o inventar una que esté fuera del cuadro pero que sea plausible.

Sí quizás

Estudia los sistemas multipositrónicos.

http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.83.5471

La versión corta es que puedes unir positrones (es decir, antielectrones) a iones negativos para crear átomos nuevos y elegantes. Así entre los elementos de la tabla periódica puedes tener nuevos 'elementos'. Que yo sepa, no se sabe mucho sobre las propiedades de tales cosas, pero ahí es donde iría para el asunto del misterio.

Esta caricatura de xkcd me absorbió durante unas pocas horas perdidas con la nota que se ve entre 3 y 4, " Gird: aceptado como canon por los matemáticos ortodoxos ".

En la página de explicaciones que vinculé, verá enlaces a valores relacionados: Bleem, Derf, Bleen, SCP-033 (que casi me hace perder mi tableta) y Sorf. Puede comenzar allí y encontrar historias en línea (e incluso un cortometraje ahora) para The Strangest Number , etc.

Así que tener caramelos de goma es un truco tonto. ¿Por qué los overloards no quieren que nos demos cuenta de este número entero? Tal vez tener protones bleem en un átomo es un asunto mucho más serio.

Si tiene un número adicional que ha pasado por alto, entonces tendrá un elemento correspondiente y algunos isótopos de algunos otros elementos.

¿Existen lagunas potenciales en la tabla periódica donde podría existir tal elemento?

Como todos los demás han dicho: No.

Si bien es posible que tenga elementos más allá de 118 (y Jim2B ha abordado de manera excelente la posibilidad de que algunos de ellos sean estables), claramente no existen lagunas en la tabla periódica, y nada cambiará eso.

¿En qué parte de la tabla periódica caería tal elemento como la mejor fuente de combustible?

Primero, tenemos que discutir qué significa ser un elemento y qué significa ser un combustible .

Se puede pensar en un átomo de un elemento dado como un núcleo rodeado por una nube de electrones . Para actuar como combustible , estos átomos deben reaccionar de tal manera que produzcan energía. Cuando los átomos reaccionan, pueden hacerlo de dos maneras. Primero, podrían interactuar superficialmente, a través de la nube circundante de electrones , creando y rompiendo enlaces químicos con otros átomos en un proceso conocido como reacciones químicas . En segundo lugar, podrían reaccionar a un nivel más profundo, fusionando o rompiendo sus núcleos , un proceso conocido como (espera...) reacciones nucleares .

Por lo tanto, por la definición misma de un elemento, está automáticamente limitado a reacciones químicas más débiles o reacciones nucleares más energéticas. Pero a priori descartó las reacciones nucleares por no ser lo suficientemente poderosas, por lo que no está claro qué tipo de reacción está buscando. Realmente no hay mucho de una tercera opción aquí: o involucras al núcleo en la reacción o no lo haces (perdiendo así su mayor cantidad de energía).

Te daré dos opciones, las cuales técnicamente rompen tus reglas.

Reducción nuclear

No explicas por qué no quieres la energía nuclear, excepto que quieres una mayor densidad de energía. Como se mencionó, las reacciones nucleares son las reacciones de mayor densidad. Sin embargo, no todo lo “nuclear” es igual. ¿Está bien si es energía nuclear, pero con una densidad de potencia más alta que las plantas nucleares actuales?

Las principales categorías de la energía nuclear son la fisión y la fusión. Pero incluso dentro de estas categorías, existe una gran variedad de diseños con asombrosas diferencias entre ellos. De hecho, la cantidad de energía que puede obtener de una determinada cantidad de combustible está determinada en gran medida por el diseño del reactor, no solo por el combustible.

Por ejemplo, la mayoría de los reactores nucleares en uso hoy en día son reactores de "Generación II", diseñados y construidos entre los años 60 y 90. Algunos de los más nuevos son la Generación III, que son mejoras incrementales en los diseños de la Generación II, pero aún se basan en barras de combustible sólido y refrigeración por agua a presión. Sin embargo, hay una serie de diseños de reactores de la Generación IV , por ejemplo, varios reactores de sales fundidas (MSR), que parece que pueden ofrecer " entre 100 y 300 veces más rendimiento energético con la misma cantidad de combustible nuclear ".". Donde los diseños Gen II o III actuales solo extraen una pequeña porción de la energía de un combustible y dejan una gran cantidad de desechos, estos diseños más nuevos son capaces de exprimir la mayor parte de la energía de un combustible, dejando muy pocos desechos que son relativamente de corta duración Para sus propósitos, ¿cuenta esto como más denso en energía que la nuclear?

Los mejores combustibles para la fisión terminan siendo lo más masivos y radiactivos posibles, pero lo suficientemente estables como para no descomponerse rápidamente en otra cosa. Los elementos que mejor se ajustan a ese proyecto de ley son cosas como el uranio y el torio.

Especialmente con los MSR, existe un debate sobre si seguir con el combustible de uranio o cambiar a torio, que aparentemente es más denso en energía que el uranio y posiblemente más común. Si bien no son del todo renovables, ambos elementos abundan en nuestro planeta y esencialmente durarían indefinidamente (el océano está saturado con uranio que ingresa desde los ríos, y el torio es un subproducto extremadamente común de ciertos tipos de minería que actualmente se desecha; también es común en la Luna). El uranio y el torio son los únicos elementos significativamente radiactivos que existen en nuestro planeta en grandes cantidades.

Y todo esto es antes de que empecemos a considerar la fusión. En la fusión, ya que usted está tratando de hacer que los núcleos vayan lo suficientemente rápido como para chocar entre sí sin ser desviados, el mejor combustible es liviano, de ahí el deseo de usar hidrógeno o helio (números atómicos 1 y 2). Algunos reactores de fusión utilizan un isótopo de helio conocido como helio-3.

Antimateria

Este no es un elemento, sino un tipo diferente de materia, con carga eléctrica opuesta a la de la materia regular. Cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan entre sí y producen la máxima cantidad posible de energía para una determinada cantidad de masa. Este es su límite absoluto en la cantidad de energía que puede extraer de la materia. Técnicamente, esta también es una forma de reacción nuclear, ya que estás aniquilando el núcleo.

El problema es que no se sabe que la antimateria exista en la naturaleza y es muy difícil de fabricar, por lo que terminas perdiendo energía en el proceso. Aquí es donde me voy a desviar un poco de la ciencia conocida y especular con fines de ficción. Puedo pensar en algunas posibles fuentes donde podrías encontrar antimateria.

Medio interestelar

Esto probablemente sea falso, pero existe una pequeña posibilidad de que te encuentres con pequeñas cantidades de antimateria en el vacío del espacio profundo, como el hidrógeno interestelar. Esto posiblemente podría ser recogido y cosechado con algún tipo de Bussard Ramjet. Supongo que así es como el USS Enterprise obtiene al menos parte de su antimateria.

Agujeros negros

Si bien los agujeros negros generalmente se consideran cosas de las que nada puede escapar, Stephen Hawking en realidad argumentó que se evaporan y emiten la llamada radiación de Hawking en el proceso. Esto se puede considerar como un par de partículas/antipartículas que se forman a partir del vacío cerca de un horizonte de eventos, y luego un miembro es absorbido por el agujero negro, mientras que el otro es liberado. Podría pensar en tratar de manipular con campos electromagnéticos qué miembro del par es devorado y cuál es emitido, probablemente sea más fácil recolectar la radiación de Hawking resultante directamente (nuevamente, hablando de manera puramente especulativa).

O, siempre que tenga un agujero negro, puede optar por algunas de las otras opciones enumeradas aquí: https://physics.stackexchange.com/questions/20813/how-would-a-black-hole-power -planta-trabajo

Campos magnéticos

Dando un paso atrás en la exótica física de los agujeros negros, resulta que ocurre un proceso similar de partícula/antipartícula cuando la radiación cósmica golpea una atmósfera planetaria. Y si hay un campo magnético presente, este puede atrapar las antipartículas. Según esta página , se cree que podría haber del orden de varios cientos de microgramos de antimateria almacenados en los cinturones de radiación de Saturno, y también una buena cantidad alrededor de la Tierra. Cómo vas a extraerlo es otra cuestión completamente diferente. Lo bueno es que será renovado por más radiación cósmica.

No, pero quizás se pueda descubrir un isótopo de un elemento preexistente

Debido a la naturaleza del establo periódico, no puede haber lagunas en él, sin embargo, se puede descubrir algún isótopo de supercombustible como el deuterio o el uranio 235.

¿Por qué un elemento?

¿Estás seguro de que quieres que tu combustible sea un elemento nuevo ? Como otros han señalado, hemos cubierto bastante bien el espacio de los elementos. Los nuevos elementos son grupos cada vez más inestables de protones y neutrones (con electrones rodeándolos) que solo existen en raras situaciones.

Ya conocemos formas de hacer uso de combustibles de mayor densidad. Por ejemplo, la fisión nuclear es tan densa en energía que los contaminantes del carbón proporcionarían más energía si se usara como uranio que si se quemara el carbón. No lo usamos porque es caro.

Otro combustible de mayor densidad es la antimateria. Ahora no lo usamos como combustible porque no tenemos una fuente y realmente no tenemos el equipo para manejarlo si lo tuviéramos. Ni siquiera está tan avanzado en el proceso de desarrollo como la fusión. Entonces, si las personas en su mundo descubren una fuente abundante de antimateria y descubren una manera de cosecharla, eso ocuparía el mismo espacio que un nuevo elemento. Y podría operar completamente de acuerdo con lo que sabemos sobre el universo.

¿Qué pasa con las partículas de nivel inferior? ¿Por qué limitarse a solo átomos? En cambio, podría estar hablando de algo hecho de quarks que no sean los protones, neutrones, electrones, neutrinos y sus antipartículas más estándar. Esto no encajaría en la tabla periódica, pero actuaría más como un nuevo elemento.

Otra posibilidad sería una versión alternativa de energía. Actualmente podemos almacenar energía como energía potencial, energía cinética o energía electromagnética (fotones). ¿Qué pasaría si descubrieras una versión más manejable de un fotón? ¿Más fácil de almacenar como energía?

O descubra una manera de utilizar los fundamentos básicos de la gravedad para almacenar energía. No sabemos cómo se transmite la gravedad. Especulamos mucho. Tal vez una rama de la especulación sea adecuada para sus propósitos. Quizás el secreto son los gravitones. O algo mas. Si eso suena interesante, sugeriría una nueva pregunta en la que alguien con más conocimientos que yo pueda dar sugerencias más concretas.

Creo que si sueltas la tabla periódica, será más fácil lograr tu verdadero objetivo.

(1) No hay un espacio lógico en la tabla periódica en el que pueda insertar un nuevo elemento misterioso para usar como combustible.

(2) Aun así, no descarte soluciones con iones y moléculas. Ningún tipo es un elemento. El combustible nuclear es bueno para varios propósitos, pero se descompone con el tiempo. Además, la mejor fuente de energía depende del uso que se le vaya a dar.

Especulo que lo que realmente quieres es un combustible que plausiblemente pueda permanecer en un estado de alto potencial mientras viaja años luz. Para una historia de ciencia ficción, podría ser útil si el combustible se puede renovar o recargar en órbita alrededor de un sol distante.

Considere un dispositivo que utiliza iones, moléculas y magnetohidrodinámica y puede recargarse con energía solar. Puede llamar al dispositivo uno de los combustibles de la nave espacial, pero revele a sus lectores que es más que simples elementos.

Sí. O Yeno. O tal vez mayes, o nobe. O cualquier otra variación de sí-no-quizás.

Como muchos carteles aquí han dicho de manera experta, no hay espacios en blanco en la tabla periódica.

El número de protones tiene que ser un número entero.

Excepto, ¿por qué un número entero? ¿Por qué no un protón y medio?

Ahora sabemos que los protones no son indivisibles. Están formados por partículas aún más pequeñas. Entonces, ¿un átomo que está formado por un protón inusual? ¿Uno que sea más pesado o más liviano que un protón normal? ¿Quizás solo tiene dos quarks, o quizás seis? No hay razón para creer que no podría ser un elemento distinto de uno con protones normales (tres quarks). Y dado que podría tener una carga más o menos positiva que un protón tradicional, la cantidad de electrones necesarios para equilibrar la carga produciría una situación interesante. ¿Cómo encajaría tal elemento en la tabla periódica, excepto para decir que llenó un vacío? No es un isótopo, sino un elemento con el mismo número de protones, ¿solo los protones eran diferentes? ¿Llámelo, digamos, elemento 91(a) y 91(b), o 91 y 91.5?

Ni siquiera podía comenzar a imaginar las energías que podrían estar disponibles bajo tal circunstancia, y cómo podrían liberarse. ¿Quizás en alguna conversión nuclear de regreso a un protón tradicional? Pero esa es la belleza de la ficción. No necesita explicar más de lo necesario para la trama. "Factible" es lo suficientemente bueno.

Evidentemente, no hay lagunas en la tabla periódica debido a la naturaleza entera de los elementos y la plétora de otras razones de otras respuestas. Sin embargo, no parece que nadie haya mencionado el neutronio , lo que puede darle un margen de maniobra al principio de la tabla periódica en lugar del final.

neutronio

Ciertamente una sustancia hipotética, está compuesta enteramente de neutrones. Hay algunos modelos nucleares que lo permiten y otros que lo excluyen explícitamente . En su universo, pueden ser estos primeros modelos los que sean correctos y permitan el neutronio como elemento. Dado lo poco que sabemos al respecto, tendrá más o menos rienda suelta sobre cuáles son exactamente sus propiedades y cómo se puede utilizar como fuente de combustible.

Aunque la pregunta de si hay lagunas en la tabla química se ha respondido detalladamente aquí, y ha habido alguna discusión sobre fuentes alternativas de combustible además de la combustión química, me gustaría explicarlo un poco. La razón es porque, aunque no hay lagunas en la tabla periódica, hay mucho espacio para cosas nuevas en el modelo estándar , que es el dominio de la física de alta energía , y la alta energía es precisamente lo que parece interesarle. pulg. Mejor, dado que se sabe muy poco sobre los márgenes del modelo, hay una increíble cantidad de espacio para inventar cosas.

Toda la producción de energía, simplificada

(Tengan paciencia conmigo)

Para simplificar el problema general de la "producción de energía", es útil recordar que la energía no puede crearse ni destruirse . Lo que esto significa es que la energía en realidad no se produce... estuvo ahí todo el tiempo. El mecanismo por el cual aprovechamos dicha energía es moviendo un sistema de un estado estable con una energía relativamente alta a otro estado estable con una energía más baja . A menudo, mediante el uso de algún mecanismo ingenioso , el motor puede aprovechar la diferencia.

Por ejemplo, cuando uno quema carbón, C + O_2 -> CO_2ocurre la reacción. Es una feliz coincidencia de nuestro universo que, aunque tener una energía separada C + O_2tiene una energía relativamente alta y CO_2una energía más baja, el estado de la materia "entre" esas dos situaciones es una energía aún más alta . Esto evita que todo el Cy el O_2simplemente colapsen espontáneamente en CO_2. Para superar esta "barrera" del estado de energía aún más alto, tenemos que ingresar cierta cantidad de energía. Sin embargo, uno recupera esa energía cuando la reacción finalmente se estabiliza en CO_2.

Entonces , para generalizar el proceso de quemar carbón: tome un sistema en un estado de energía alto pero estable. Espero que ese sistema tenga un estado de energía más bajo, pero aún no realizado. Entrada de energía para mover el sistema del estado de mayor energía al de menor energía. Recupere su energía de entrada, más algo, mediante el uso de algún dispositivo de aprovechamiento de energía.

La energía nuclear funciona de esta manera: el uranio es un estado de alta energía. El criptón y el bario (los subproductos de la fisión del uranio) son de menor energía. El estado "en el medio" es de muy alta energía. Uno ingresa energía al Uranio para superar el estado "intermedio", terminando con Krypton y Bario (el estado de baja energía) y un bote de mierda de energía térmica que puede impulsar, por ejemplo, una máquina de vapor.

La energía hidroeléctrica funciona de esta manera: el agua en una montaña es un estado de alta energía. Al liberar las compuertas de la presa, el agua pasa a un estado de menor energía en un valle. Mediante el uso de una rueda de agua, podemos aprovechar la diferencia.

etc etc etc

¿Qué tiene que ver esto con algo que vaya al grano?

(Inventando una nueva fuente de energía)

La física moderna está llena de campos extraños que simplemente existen a nuestro alrededor, los científicos apenas han comenzado a explorar algunas de estas cosas de manera experimental, y hay muchas formas especulativas de que no sabemos qué se supone que existe. Esto deja mucho espacio para la invención, ya que todo lo que necesita es un estado de alta energía, un medio para moverlo a un estado de menor energía y un mecanismo por el cual aprovechar la diferencia . Uno puede inventar un nuevo estado de mayor energía para las cosas, un nuevo estado de menor energía para las cosas, o ambos.

Entonces, ¿qué significa esto para la construcción de mundos? Algunas consecuencias inmediatas:

1) Pasar de cosas "ordinarias" a cosas "ordinarias": la física moderna maneja decentemente los estados de energía de las cosas que vemos y sentimos a nuestro alrededor. Esto significa que si su estado de alta energía y su estado de baja energía AMBOS involucran "cosas ordinarias", entonces será trivial verificar su trabajo . Por ejemplo, independientemente del mecanismo que utilice para aprovechar la energía , la reacción de "energía nuclear": U -> Kr + Baproduce una cantidad fija de energía que se puede calcular y es independiente de cualquier dispositivo nuevo y elegante que conciba. En otras palabras, si su nuevo mecanismo de producción de energía se parece a: Ordinary stuff -> Other ordinary stuff, entonces obtendrá una cantidad de energía "ordinaria",

2) Pasar de cosas "exóticas" a cosas "ordinarias": por ejemplo, puede plantear la hipótesis de que la materia oscura es un estado de la materia con una energía increíblemente alta, que hay alguna fuente de esta materia, que existe algún mecanismo para transformar la oscuridad materia en materia "ordinaria", e idear algún dispositivo para aprovechar la diferencia de energía. Como efecto secundario, tendría un producto de desecho de materia "ordinaria". Podrías generar básicamente cantidades infinitas de energía de esta manera.

3) Pasar de cosas "ordinarias" a cosas "exóticas": Podrías plantear la hipótesis de que la materia oscura es un estado de la materia con una energía increíblemente baja . Sin embargo, dado que se conoce el nivel de energía de la materia "ordinaria" inicial, solo puede aprovechar tanta energía de esta manera. El límite superior es E=mc^2. Sin embargo, mc^2es un montón de mucha energía. OTOH, el concepto de energía negativa podría superar esta limitación.

4) Pasar de cosas "exóticas" a cosas "exóticas": El mundo es tu ostra, pero puede ser difícil distinguir tu nueva fuente de energía de la magia .

Sí
, seré breve en mi respuesta: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Exotic_matter
Hay muchos ejemplos si navega por la página, y hay muchas incógnitas con respecto a ellos. Si agitas las manos con mucha fuerza, es posible que puedas usar uno de estos.
Editar: no son necesariamente lagunas en la tabla periódica. Son más como extensiones de lo que llamamos materia cotidiana. No se pueden colocar en la tabla periódica tal como la conocemos.

Como dijo JIm2B, realmente no hay materia convencional, no exótica, que puedas meter en la tabla periódica sin romper la física y, a menos que crees una isla de estabilidad, los átomos se descomponen demasiado rápido para usarlos como combustible real de la manera que pareces querer. .

El objetivo de este sitio no es permitir que las personas le digan por qué su idea es imposible, es ayudarlo a descubrir cómo hacer que funcione en su historia. Con eso en mente, profundicemos en algunas ideas plausibles (que suenan) para fuentes naturales de combustible que no han sido descubiertas o creadas en la tierra hasta ahora:

• Primero, probablemente podría usar positronio para algo que suene inteligente. El positronio está hecho de un electrón que orbita alrededor de su antipartícula y, según treinta segundos en Wikipedia, es extremadamente común pero no se ha sintetizado en masa en la Tierra. También es muy inestable, pero es probable que se almacene con campos eléctricos y (¿qué más?) imanes.
• En segundo lugar, la materia taquiónica (junto con otras partículas exóticas) es un posible componente del impulso de Alcubierre . Esto funciona muy bien en términos de ser "descubierto", ya que no se ha demostrado que los taquiones existan y no han sido sintetizados por humanos. Por otro lado, esto es menos combustible ya que son componentes estructurales, pero podría agitar esto a mano diciendo que los taquiones son naturalmente difíciles de contener o deben usarse para proporcionar densidad de energía negativa al campo warp. Finalmente, no podrías tener reservas físicas de taquiones esperando para ser explotados; ¿Quizás son producidos por ciertos tipos de cuásares o agujeros negros?

O simplemente podría usar antihelio y helio como reactivos para un impulso de antimateria, pero eso no necesitaría descubrir nada y, lo que es más importante, no sería muy divertido.