מורים לכימיה נאלצו לאחרונה לעדכן את עיצוב הכיתה שלהם, עם ההודעה כי המדענים אישרו את גילוים של ארבעה אלמנטים חדשים על השולחן התקופתי. האלמנטים 113, 115, 117 ו -118 שעדיין לא נקראו מילאו את הפערים שנותרו בתחתית התרשים המפורסם - מפת דרכים של אבני הבניין של החומר שהנחתה בהצלחה את הכימאים במשך כמעט מאה וחצי.
תוכן קשור
- לארבעת המרכיבים החדשים ביותר יש עכשיו שמות
- ארבעה אלמנטים חדשים מתווספים לטבלה המחזורית
- זרע הדגים עשוי להיות הסוד למחזור אלמנטים אדירים נדירים
האישור הרשמי, שהוענק על ידי האיחוד הבינלאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC), היה שנים בהתהוותה, שכן אלמנטים אלה בעלי כוח-יתר הם מאוד לא יציבים וקשים ליצירה. אבל למדענים הייתה סיבה חזקה להאמין שהם קיימים, בין היתר מכיוון שהטבלה המחזורית הייתה עקבית להפליא עד כה. המאמצים להעלות על הדעת את האלמנטים 119 ו -120, שיפתחו בשורה חדשה, כבר בעיצומם.
אבל בדיוק כמה אלמנטים נוספים שם הם נשארים אחד התעלומות המתמשכות ביותר של הכימיה, במיוחד משום שההבנה המודרנית שלנו בפיזיקה חשפה חריגות אפילו אצל השחקנים שהוקמו.
"סדקים מתחילים להופיע בטבלה המחזורית, " אומר וולטר לובילנד, כימאי מאוניברסיטת אורגון סטייט.
הגלגול המודרני של הטבלה המחזורית מארגן אלמנטים לפי שורות המבוססות על מספר אטומי - מספר הפרוטונים בגרעין האטום - ועל פי עמודים המבוססים על מסלולי האלקטרונים החיצוניים ביותר שלהם, אשר בתורם בדרך כלל מכתיבים את אישיותם. מתכות רכות הנוטות להגיב חזק עם אחרים, כמו ליתיום ואשלגן, חיות בטור אחד. אלמנטים תגוביים שאינם מתכתיים, כמו פלואור ויוד, מאכלסים רכיבים אחרים.
הגיאולוג הצרפתי אלכסנדר אמיל בעגייר דה צ'נצ'ורטיס היה האדם הראשון שהכיר בכך שניתן לקבץ אלמנטים בדפוסים חוזרים. הוא הציג את האלמנטים הידועים בשנת 1862, מסודרים לפי משקליהם, כספירלה עטופה סביב גליל ( ראו האיור למטה ). אלמנטים אנכיים התואמים זה לזה בצילינדר זה היו בעלי מאפיינים דומים.
אבל התוכנית הארגונית שיצר דמיטרי מנדלב, רוסי חם מזג שטען כי ראה קבוצות של אלמנטים בחלום, עמדה במבחן הזמן. הטבלה המחזורית שלו בשנת 1871 לא הייתה מושלמת; הוא ניבא שמונה אלמנטים שאינם קיימים, למשל. עם זאת, זה גם חזה נכון את הגליום (כיום משתמשים בלייזרים), גרמניום (המשמש כיום בטרנזיסטורים) ואלמנטים כבדים יותר ויותר ויותר.
הטבלה המחזורית של מנדלייב קיבלה בקלות טור חדש לגמרי עבור הגזים האצילים, כמו הליום, שחמק את הגילוי עד סוף המאה ה -19 בגלל נטייתם לא להגיב עם גורמים אחרים.
הטבלה המחזורית המודרנית תואמת פחות או יותר את הפיזיקה הקוונטית, שהוצגה במאה ה -20 כדי להסביר את התנהגותם של חלקיקים תת-אטומיים כמו פרוטונים ואלקטרונים. בנוסף, הקבוצות החזיקו בעיקר מכיוון שאושרו גורמים כבדים יותר. בוהריום, השם שניתן לאלמנט 107 לאחר גילויו בשנת 1981, משתלב בצורה כל כך יפה עם יתר מתכות המעבר שנקראות סביבו, אחד החוקרים שגילו שהוא הכריז "בוהריום משעמם."
אך זמנים מעניינים עשויים להימצא לפנינו.
שאלה פתוחה אחת נוגעת ללנטנום ואקטיניום, אשר פחות משותפים לשאר החברים בקבוצות שלהם מאשר לוטטיום ולטרונציום. IUPAC מינה לאחרונה כוח משימה לבחון את הנושא הזה. אפילו הליום, אלמנט 2, אינו פשוט - קיימת גרסה חלופית לטבלה המחזורית שמציבה הליום עם בריליום ומגנזיום במקום שכנות הגז האצילי שלו, המבוססת על הסדרים של כל האלקטרונים שלו במקום רק אלה החיצוניים ביותר.
"יש בעיות בתחילת, באמצע ובסופו של הטבלה המחזורית, " אומר אריק סררי, היסטוריון במחלקה לכימיה באוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס.
תורת היחסות המיוחדת של איינשטיין, שפורסמה עשרות שנים אחרי השולחן של מנדלייב, הציגה גם כמה סדקים במערכת. היחסות מכתיבה שמסת החלקיק עולה במהירות שלו. זה יכול לגרום לאלקטרונים טעונים שליליים המקיפים את ליבת המטען החיובית של האטום להתנהג באופן מוזר, ולהשפיע על תכונותיו של יסוד.
קחו בחשבון זהב: הגרעין מלא 79 פרוטונים חיוביים, כך שעל מנת שלא ליפול פנימה, האלקטרונים של הזהב צריכים להסתובב יותר מחצי ממהירות האור. זה הופך אותם למאסיביים יותר ומושך אותם למסלול חזק יותר ואנרגיה נמוכה יותר. בתצורה זו האלקטרונים סופגים אור כחול במקום לשקף אותו, ומעניקים ללהקות חתונה את הברק המובהק שלהם.
נאמר כי הפיזיקאי משחק הבונגו הידוע לשמצה, ריצ'רד פיינמן, עורר את היחסות לחזות את סוף הטבלה המחזורית באלמנט 137. בעיניו של פיינמן, 137 היה "מספר קסמים" - זה צץ ללא סיבה ברורה במקומות אחרים בפיזיקה. חישוביו הראו שאלקטרונים באלמנטים מעבר ל -137 יצטרכו לנוע מהר יותר ממהירות האור, ובכך להפר את כללי היחסות, כדי להימנע מלהתרסק בגרעין.
החישובים האחרונים יותר הפכו את המגבלה מאז. פיינמן התייחס לגרעין כנקודה יחידה. אפשר לזה להיות כדור של חלקיקים, והיסודות יכולים להמשיך ולהמשך עד 173 לערך. ואז כל הגיהינום משתחרר. אטומים מעבר לגבול זה עשויים להתקיים אך ורק כיצורים מוזרים המסוגלים לזמן אלקטרונים מהחלל הריק.
היחסיות אינה הבעיה היחידה. פרוטונים טעונים באופן חיובי דוחים זה את זה, כך שככל שאתה אורז יותר לגרעין, כך הוא נוטה להיות פחות יציב. האורניום, עם המספר האטומי של 92, הוא היסוד האחרון יציב מספיק בכדי להתרחש באופן טבעי על פני כדור הארץ. לכל יסוד שמעבר לו יש גרעין שמתפרק במהירות, ומחצית החיים שלהם - הזמן שלוקח לחצי מהחומר להתפרק - יכול להיות דקות, שניות או אפילו שבריר שניות.
אלמנטים כבדים ובלתי יציבים עשויים להתקיים במקומות אחרים ביקום, כמו בתוך כוכבי נויטרונים צפופים, אך מדענים יכולים ללמוד אותם כאן רק על ידי ניפוץ אטומים קלים יותר בכדי להפוך אותם לכבדים יותר ואז לנפות דרך שרשרת הריקבון.
"אנחנו באמת לא יודעים מהו היסוד הכבד ביותר שיכול להתקיים", אומר הפיזיקאי הגרעיני ויטולד נזרביץ 'מאוניברסיטת מישיגן.
התיאוריה חוזה שתהיה נקודה בה הגרעינים תוצרת המעבדה שלנו לא יחיו מספיק זמן כדי ליצור אטום תקין. גרעין רדיואקטיבי שמתפרק בפחות מעשרה טריליות של שנייה לא היה מספיק זמן לאסוף אלקטרונים סביב עצמו ולעשות אלמנט חדש.
ועדיין, מדענים רבים מצפים שאיים של יציבות יתקיימו בהמשך הדרך, שם יש לאלמנטים העל-סוערים גרעינים ארוכים יחסית. טעינת אטומים מסוימים העל-יתר עם המון נויטרונים נוספים עלולה להקנות יציבות בכך שתמנע מעיוות הגרעינים העשירים בפרוטונים. אלמנט 114, למשל, צפוי להיות מספר יציב להפליא של נויטרונים בגיל 184. כמו כן, חזו כי באלמנטים 120 ו 126 יש פוטנציאל להיות עמיד יותר.
אך כמה מהטענות על יציבות על-אדירה כבר התפרקו. בסוף שנות השישים הציע הכימאי אדוארד אנדרס כי קסנון במטאוריט שנפל על אדמת מקסיקו הגיע מהתמוטטות של יסוד מסתורין בין 112 ל- 119 שיהיה מספיק יציב בכדי להתרחש בטבע. לאחר שבילה שנים בצמצום החיפושים, הוא חזר בסופו של דבר מההשערה שלו בשנות השמונים.
לא ניתן לחזות את היציבות הפוטנציאלית של אלמנטים כבדים. החישובים, הדורשים כוח מחשוב אדיר, לא נעשו עבור רבים מהשחקנים הידועים. וגם כאשר יש להם, מדובר בטריטוריה חדשה מאוד לפיזיקה גרעינית, בה אפילו שינויים קטנים בתשומות יכולים להשפיע עמוקות על התוצאות הצפויות.
דבר אחד בטוח: הגברת כל אלמנט חדש הולכת והופכת קשה יותר, לא רק מכיוון שקשה יותר לאיתור אטומים בעלי אורך חיים קצר יותר, אלא מכיוון שעשיית superheavies עשויה לדרוש קרני אטומים שהם עצמם רדיואקטיביים. בין אם יש סוף לטבלה המחזורית ובין אם לאו, יתכן שיש סוף ליכולת שלנו ליצור חדשים.
"אני חושב שאנחנו רחוקים מסוף הטבלה המחזורית, " אומר סררי. "נראה כי הגורם המגביל כרגע הוא ההמצאה האנושית."
הערת העורך: הקשר של ויטולד נזרביץ 'תוקן.
רשימת קריאות מומלצת
סיפור של שבעה אלמנטים
קנהתיאור סמכותי של ההיסטוריה המוקדמת של הטבלה המחזורית ניתן למצוא בספר A Tale of Seven Elements של אריק סקרי, שלוקח צלילה עמוקה למחלוקות סביב תגליותיהם של שבעה יסודות.
הטבלה המחזורית
קנהקוראים המעוניינים בשואה צריכים לקחת עותק של ספר הזיכרונות המרגש של פרימו לוי, הטבלה המחזורית. כמו כן, למען אוטוביוגרפיה משכנעת המשתמשת בטבלה המחזורית כדי למסגר את חייו של אחד הנוירולוגים האהובים ביותר בעולם, ראו את הניו יורק טיימס של אוליבר סאקס את "הטבלה המחזורית שלי ".
הכף שנעלמת: וסיפורי אמת אחרים על טירוף, אהבה ותולדות העולם מהטבלה התקופתית של האלמנטים
קנהסם קין לוקח את קוראיו למסע פרץ חיים וכאוטי דרך האלמנטים בסרט הכפית.
האלמנטים האבודים: הצד הצל של הטבלה המחזורית
קנהחובבי מדע המעוניינים בבייסבול הפנימי שמאחורי אלמנטים שמעולם לא נכנסו לטבלה המחזורית יכולים לבדוק את The Elements Elements שנחקרו היטב על ידי מרקו פונטני, מריאגראזיה קוסטה ומרי וירג'יניה אורנה.
