Kelionė po cheminių elementų lentelę. Vartiklis: nomenklatūra

Kelionė po cheminių elementų lentelę:
nuo paprasčiausio iki skandalingiausio

Cheminių elementų periodinė lentelė, pirmąkart pasiūlyta D. Mendelejevo, buvo vienu didžiausių atradimų. Ji tarsi 7 „aukštų“ (periodų) aukštuminis pastatas, suskirstytas į 18 „sekcijų“, kuriose turima 118 jaukių „kambarių“ (langelių). Kai kuriuose jų „įsikūrę“ labai išskirtiniai ar įdomūs jų „gyventojai“.
Cheminių elementų periodinė lentelė

Štai langelyje nr.1 gyvena vandenilis H, paprasčiausias ir labiausiai visatoje paplitęs (90%) elementas. Natūraliai tai lengviausios dujos (1 l sveria mažiau nei 0,09 g), skystu virsta prie -253_oC – irgi lengviausiu skysčiu (10 l kibiras tesveria 708 g). Mokslininkai labai suinteresuoti (kieto) metalinio vandenilio gavimu. Jo visi 7 izotopai turi nuosavus pavadinimus, kurių žinomiausi pirmieji protis, deuteris ir tritis. Žvaigždėse vandenilis termobranduolinių reakcijų metu virsta heliu He, užimančiu gretimą langelį nr.2 (jis atrastas tik 1868 m. stebint Saulės spektrą, Žemėje pirmąkart gautas tik 1895 m.; apie tai žr. >>>>>). Ir nors jis pavadintas Saulės dievo garbei, tai šalčiausias skystis (-269_oC, t.y. vos 4_oK). Be to helio atomas pats mažiausias – jo skersmuo vos 31 pm (1 pm = 10^-12 m). Ir atvirkščiai, pačiomis putliausiomis formomis gali pasigirti cezis Cs iš langelio nr.55 – jo atomo skersmuo 298 pm. Kartu cezis minkščiausias metalas, kartu būdamas ir retos šviesiai auksinės spalvos (kaip taisyklė, metalai yra dažniausi pilki), nors ir kiečiausias metalas chromas Cr turi melsvai sidabrišką atspalvį. O cezio sugebėjimas lengvai atiduoti išorinio sluoksnio elektroną leidžia jam būti ir aktyviausiu metalu.

O pats lengviausias metalas randasi iškart po vandeniliu nr.3 langelyje – tai litis Li (jo tankis vos 0,534 g/cm³, t.y. beveik 2 kartus lengvesnis už vandenį). O sunkiausiu metalu yra osmis Os iš langelio nr.76 – iš jo pagamintas kubas su 1 m briauna svertų 22,59 t, nors jis tik vos vos tankiu lenkia kaimyną iridį Ir (nr.77).

Privalome aplankyti langelį nr.6, kuriame rasime anglį C, svarbiausia gyvybei Žemėje, kuri yra visų organinių junginių pagrindas. Ji turi kelias alotropines modifikacijas: deimantą, grafitą, grafeną ir fulerenus, iš kuri žinomiausias baksminster-fulerenas, dar vadinamas futbolenu ir bakibolu. Dėl savo nepriekaištingos simetrijos tai ko gero gražiausia molekulė Visatoje. Pradžioje nei fizikai, nei chemikai netikėjo, kad tokios simetrijos molekulė C₆₀ aplamai gali egzistuoti. Už jos atradimą R. Kiorlas, Ch. Kroto ir R. Smolis 1996 m. gavo Nobelio premiją, o po 15 m. fulerenus rado kosmose. Tai stambiausios molekulės rastos už Žemės ribų (žr. >>>>>). Ir galbūt būtent fulerenai kadaise užnešė į Žemę molekules, pradėjusias joje gyvybę.

Anglies kaimynai pasižymi paplitimu: azotas N (nr.7) labiausiai paplitęs atmosferoje (78%), o deguonis O (nr. 8) - litosferoje (49%) ir hidrosferoje (86%). Jų antipodai yra astatas At (nr.85) ir radonas Rn (nr.6). Astato (iš gr. „nepastovus“) visi izotopai trumpaamžiai (stabiliausio ²¹⁰At skilimo pusperiodis vos 8 val.); jo kiekis Žemės plutoje apie 1 g. Rodonas – rečiausiai atmosferoje sutinkamos dujos; kartu tai ir sunkiausios dujos – 1 l sveria 9,73 g.

Antros eilutės elementai labai nepanašūs vienas į kitą. Nr.9 pasirinko floras F - elektriškai neigiamiausias ir aktyviausias iš nemetalų. Jo atmosferoje dega atrodytų nedeganti medžiaga – vanduo. Jis toks stiprus oksidatorius, kad jo atmosferoje deguonis sudaro floridus OF₂, O₂F₂ ir O₃F₂. Tuo tarpu jo kaimynas neonas Ne (nr.10) pasižymi olimpine ramybe ir yra inertiškiausios dujos.

Nr.26 teko geležiai Fe – ji leido žmonijai padaryti proveršį, o ir šiandien iš metalų jos išgaunama daugiausia (90%). Sunkiausiai lydomas yra volframas W (nr.74) – jis ima lydytis prie 3422^oC, o užverda prie 5555^oC, kas sulyginama su temperatūra Saulės paviršiuje. Netoli nutolęs ir lengviausiai lydomas metalas gyvsidabris Hg (nr.80), skystu tampantis prie -39^oC. Tai labai paslaptingas ir neįprastas metalas, kurį alchemikai laikė susijusiu su filosofiniu akmeniu.

Gyvsidabrį vadino „gyvuoju sidabru“, o tikrasis sidabras Ag nusižiūrėjo nr.47. Jis turi didžiausią elektros pralaidumą ir atspindėjimą, todėl nuo seno naudojamas elektronikoje bei veidrodžių gamybai. Jo kasmet išgaunama apie 30 tūkst. t. „Metalų karalius“ auksas Au apsistojo langelyje nr.79; jis yra chemiškai stabilus ir turi nepaprastą tįsumą – iš 1 g gabalėlio galima ištęsti 3,5 km ilgio vielutę. Jo patraukli spalva ir praktiškai visada išsaugo blizgesį. Vis tik atsparumu rūgštims auksą lenkia iridis Ir (nr.77). O prestižiškumu auksą nurungė jo kaimynė platina Pt (nr.78). tačiau visi jie kaina nusileidžia brangiausiam elementui - kalifornijo izotopui ²⁵²Cf (nr. 98), kurio 1 g kaina siekia iki 27 mln. dolerių. Kasmet jo pagaminama apie 40 mKg, o pasaulinės atsargos tėra 8 g. - mat jis yra stiprus neutronų šaltiniu, kas leidžia aktyviai naudoti medicinoje ir branduolinėje fizikoje.

O iš nr.51 sklinda melodingi garsai – ten linksminasi stibis Sb, kuris skirtingai nuo daugumos metalų kristalizuojantis plečiasi, o vėsdamas skleidžia žemo dažnio garsus, primenančius Tibeto varpelių skambčiojimą ar užburiantį sirenų giedojimą.

Elementų lentelės autoriaus garbei pavadintas mendelejevis Md (nr.101), susintetintas 1955 m. ir pretenduoja būti „chuliganiškiausiu“, mat naujo elemento laukia mėnesius ar net metus. Tad lengva suprasti atradėjų džiaugsmą jį atradus. Ir kai einšteinijaus izotopą ²⁵³Es bombarduojant helio branduoliais buvo gauti 17 (!) mendelejevio atomų, mokslininkai buvo kiekvieno atomo atradimo daviklį buvo prijungę prie priešgaisrinės sirenos, kuri staugė tol, kol gaisrininkai pareikalavo nutraukti tokį „chuliganišką“ poelgį.

Lentelę užbaigia 118 vietoje esantis elementas, kuris buvo ir skandalingiausias. Mat 1999 m. Berklio laboratorijos fizikai paskelbė straipsnį apie elemento atradimą. Tačiau vėliau tie rezultatai buvo pripažinti sufalsifikuotais. Sėkmingai elementas susintezuotas 2002 ir 2005 m. bendromis amerikiečių ir rusų fizikų pastangomis vadovaujant J. Oganesianui^*). Pats elementas išsilaikydavo mažiau nei tūkstantąją sekundės dalį. 2016 jis pavadintas oganesonu (Og)

Naujas būdas supersunkiems elementams gauti

Mes pasiekėme ribą, kai laboratorijose sėkmingai sukuriami nauji elementai. Tačiau mokslininkai naujai pažvelgė į tai – ir Berklio nacionalinė laboratorija 2024 m. liepos mėn. paskelbė apie naują būdą gauti livermoriumą, 116-ą elementą (Lv, pavadintą pagal Livermoro miestą, kuriame įsikūrusi Lawrence Livermore laboratorija). Jų naudotas titano atomų spindulys gali leisti sukurti ir sekančius, tarp jų ir 120-ąjį elementą.

Kadaise periodinėje elementų lentelėje buvo likę tuščių „baltų langelių“ – mat naujų elementų atradimas niekada nėjo pagal skaitinių reikšmių tvarka. Vėliau pereita nuo jų atradimų gamtoje prie kūrimo laboratorijose. Nors tokie elementai gali egzistuoti kažkur Visatoje, Žemėje nepakankamai šalta, nėra pakankamo slėgio ir kt., kad jie būtų natūraliai. Tad jie kuriami laboratorijose ir šiuo metu aukščiausią 118-ą numerį turi oganesonas (Og, pavadintas J. Oganasiano garbei), 2002 m. atrastas Dubnoje (Rusija) naudojant kalcio izotopo ⁴⁸Ca, sudaryto iš 20 protonų ir 28 neutronų, spindulį.

⁴⁸Ca buvo bendras būdas naujų elementų gavimui, tačiau pasibaigė medžiagos, kurias galima apšvitinti juo. Tad bandymai toliau „važiuoti“ su ⁴⁸Ca žlugdavo. Todėl į branduolius reikia „kišti“ daugiau protonų. Tyrėjai sako, kad 119 ir 120 elementų sukūrimui prireiks einšteinio (99) ir fermio (100), tačiau, deja, nėra jų pakankamų kiekių, kad būtų panaudojami „taikiniais“.

Tuo tarpu titano izotopas ⁵⁰Ti iš 22 protonų ir 28 neutronų yra labai stabilus. Buvo paimtas jo oksidas, išvalytas iki titano ir specialioje „krosnyje“ paverstas jonų pluoštu, kuriuo 22 paras švitino plutonio (78) foliją – taip ir buvo gautas livermoriumas (beje, pirmąkart susintetintas dar 2000).

Bet kam gi reikia atradinėti elementus, kurių nėra gamtoje (bent jau Žemėje) ir kurie tokie nestabilūs, kad gyvuoja tik akimirksnius? Mat jie gali atskleisti nežinomas medžiagų savybes ir naujas jų panaudojimo galimybes. Ir yra mokslinių aiškinimų apie dalelių sluoksnius branduoliuose bei „magiškus“ protonų ir neutronų kiekiusjuose, kai tokie atomai gali tapti stabiliais.

^*) Jurijus Oganasianas (g. 1933 m.) - armėnų kilmės branduolinės fizikos mokslininkas Rusijoje, geriausiai žinomas supersunkių elementų atradimais ir tyrimais. 8-me dešimtm. išrado šaltosios sintezės metodą, leidžiantį atrasti supersunkius elementus (106-113). Naujesnės „karštosios sinezės“ būdu buvo atrasti elementai 113-118 – jos metu kalcio branduoliais bombarduojama sunkesni radioaktyvūs elementai. 1989 m. tapo Branduolinių tyrimų inst-to Fliorovo laboratorijos direktoriumi. Jo garbei pavadintas cheminis elementas (Og, nr. 118). Išleido tris monografijas ir paskelbė apie 250 mokslinių straipsnių.