"ქიმიის უწყებანი" ტომი:3, ნომერი:1, 9-11 გვ.

ოთხი ახალი ელემენტი

დეა გოგიშვილი

საქართველოს აგრარული უნივერსიტეტის ქიმიის ფაკულტეტის სტუდენტი, 574273434

რეზიუმე: IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)-ის მიერ გამოქვეყნებული სიახლე და ახლა უკვე ოფიციალურად დასრულებული მე-7 პერიოდი ფართო განხილვის საგანი გახდა. რატომ არის ეს ასეთი მნიშვნელოვანი? რატომ განაგრძობენ მეცნიერები ახალი ელემენტების ძიებას? სუპერ-მძიმე ელემენტების შესწავლით ჩვენ უფრო და უფრო ვუახლოევდებით სტაბილურობის კუნძულს არასტაბილურობის ზღვაში, რომელმაც შესაძლებელია საოცნებო ელემენტამდე მიგვიყვანოს, ის სრულიად ახალ მიზნებს და ჯერ უნახავი მატერიის შექმნის შესაძლებლობას გვაძლევს...

საკვანძო სიტყვები: სტაბილურობის კუნძული; არასტაბილურობის ზღვა; ცივი და ცხელი სინთეზი; თერმობირთვული რეაქციები.

ელემენტთა პერიოდული სისტემა არ არის უბრალოდ სია, ის უფრო მეტია, ვიდრე ჩვენთვის ცნობილი ელემენტების ჩამონათვალი, ის პოეზიაა...

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)-მა თავისებურად მოგვილოცა ახალი წელი, სიახლით, რომელმაც დიდი აჟიოტაჟი გამოიწვია და არა მხოლოდ ქიმიკოსებს შორის.

მე-7 პერიოდი ახლა უკვე ოფიციალურად დასრულებულია. 30 დეკემბერს გამოქვეყნებულ ამბავს უფრო დიდი გამოხმაურება მოჰყვა ვიდრე წარმოვიდგენდი, უსასრულო გაზიარებები სოციალურ ქსელში კიდევ არაფერია, ერთ დღეს მამაჩემმაც მკითხრა ახალი ამბავი თუ გაიგეო, მივხვდი, რომ მეც უნდა გამომეთქვა აზრი ამის შესახებ.

კეთილი, 4 ახალი ელემენტი ემატება პერიოდულ სისტემას, რა არის ამაში ასეთი გასაოცარი? ქიმიკოსთა შორის, ეს რა თქმა უნდა, აღსანიშნავია. ამის ბედნიერება უკვე ძალიან იშვიათად გვაქვს, თუმცა ნაკლებად სავარაუდოა, ამ ამბავმა ძირფესვიანად შეცვალოს ხალხის ყოველდღიური ცხოვრება, უახლოეს მომავალში მაინც. ამიტომ, გადავწყვიტე ჩემებური ინტერპრეტაცია შემომეთავაზებინა, იმისა თუ რა არის ასეთი ამაღელვებელი მე-7 პერიოდის დასრულებაში და ის, რომ იგი რეალურად უფრო მეტია, ვიდრე ფაქტი, რომ სკოლებში პერიოდული სისტემის ყველა დაფა შესაცვლელი იქნება.

სინამდვილეში, 113-ე 115-ე, 117-ე და 118-ე ელემენტები უკვე რამდენიმე წელია, რაც აღმოაჩინეს, ალბათ უფრო ზუსტი იქნება, თუ ვიტყვით, რომ შექმნეს. ექსპერიმენტები 4-ვე შემთხვევაში რამდენიმე თვე გრძელდებოდა, ყველაზე რთული ნაწილი კი ამ დროს მიღებული ნაწილაკის იდენტიფიკაციაა. სუპერ-მძიმე (super heavy elements- ‘SHE’ 113-დან) ელემენტები ძალიან არამდგრადებია, ისევე, როგორც მძიმე ელემენტთა ნაწილი (92-112-მდე) თავიანთ იზოტოპებიანად წამის მეათასედებში იშლებიან.

ატომური ნომრის ზრდასთან ერთად, უფრო რთულდება ახალი ელემენტის "აღმოჩენა".
ამისთვის რამდენიმე მეთოდი არსებობს. ბირთვული, თერმობირთვული, სინათლის ნაწილაკის აღგზნებისა თუ ნეიტრონის დაჭერის რექციები. თითოეულ მათგანს აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარე. რაც არ უნდა იყოს, დედამიწაზე მხოლოდ რამდენიმე ლაბორატორია იძლევა ასეთი კვლევების საშუალებას.

ცივი და ცხელი სინთეზი წარმატებით ხორციელდება უკანასკნელი ათწლეულის განმავლობაში. Cold Fusion (ცივი თერმობირთვული სინთეზი)-ის დროს იყენებენ დასხივებას და ბირთვებს, რომლებიც მასით ახლოს დგანან ერთმანეთთან, რომ წარმოიქმნას ერთი შერწყმული ბირთვი, დაბალი ენერგიით, რომელმაც შეიძლება გამოიწვიოს ნეიტრონის "აორთქლება". სწორედ ამის შედეგად წარმოიქმნება მცირე რაოდენობის ნეიტრონებით მდიდარი იზოტოპი, რომელთაც "გადარჩენის" მეტი შანსი აქვთ. ამის ერთ-ერთი მაგალითია:

⁷⁰Zn + ²⁰⁸Pb → ²⁷⁷112 + 1n

იმის გამო, რომ 112-ის იზოტოპი მაშინვე იშლება კარგად ცნობილ ნუკლიდებად 102 (No) და 104 (Rf), ელემენტის იდენტიფიკაცია მარტივია. ცხელი სინთეზის (hot fusion) დროს კი შედარებით უფრო ნაკლებ სტაბილურია მიღებული ნუკლიდი და სხვა ელემენტების იზოტოპებად იშლება. ეს ხდება, როცა მასით განსხვავებული ნუკლიდები ერწყმის ერთმანეთს:

⁴⁸Ca + ²⁴⁴Pu → ²⁸⁸114 + 4n

114-ე არასდროს იშლება ჩვენთვის ნაცნობ იზოტოპებად, ამიტომაც მისი იდენტიფიკაცია ბევრად უფრო რთულია.

მთავარი კითხვა ასეთია:

რატომ ვეძებთ სუპერ-მძიმე ელემენტებს, თუ ისინი ასეთი უმდგრადებია და წამის მეათასედებში იშლება?

ჩვენ ვეძებთ ე.წ. "სტაბილურობის კუნძულს არასტაბილურობის ზღვაში". "sea of stability"-ეს ტერმინი ეძღვნება ძლიერ უმდგრად ელემენტებს, რომელთა ნახევარდაშლის პერიოდი შეიძლება გავზომოთ მიკრო ან ნანოწამებში. არასტაბილური ელემენტების რეგიონი გარს აკრავს ე.წ. სტაბილურობის კუნძულს ("island of stability"), რომელიც გულისხმობს გარკვეულ ნაწინასწარმეტყველებ ადგილს სუპერმძიმე ელემენტთა შორის, რომელთა ნახევარდაშლის პერიოდი აღემატება დანარჩენებისას და რაც არ უნდა გასაკვირი იყოს, წამებს, წუთებსაც კი აღწევდეს.

ხელოვნურად, აქსელერატორის ექსპერიმენტებით შექმნილი იზოტოპები ძალიან არამდგრადი და რადიოაქტიურია. იმ დროს, რომელიც საჭიროა ნახევარი იზოტოპის დასაშლელად ნახევარდაშლის პერიოდი ეწოდება. ახალი ელემენტების ატომური ნომრის გაზრდასთან ერთად, როგორც წესი, ნახევარდაშლის პერიოდი იკლებს. ამის მიუხედავად, მეცნიერები 1960-იან წლებში ფიქრობდნენ, რომ 114-ე ელემენტის ირგვლივ ეს მახასიათებელი უნდა შეცვლილიყო.

კუნძულის არსებობის თეორიაზე საუბარი დაიწყო ნობელის პრემიის ლაურეატმა გლენ სიბორგმა. მისი აზრით, ოდესღაც ჩვენ აღმოვაჩენთ ელემენტს, რომლის ბირთშიც იდეალურ მდგომარეობაში იქნება პროტონები და ნეიტრონები განლაგებული, რაც მას მდგრადობის უნარს შესძენს და იგი მეცნიერებს ახლოს მიიყვანს კუნძულთან. ჩვენ ისეთი რამის შექმნას შევძლებთ, როგორზეც არავის უოცნებია. მეცნიერის აზრით, ამ ელემენტს უნდა ჰქონოდა 114 პროტონი და 184 ნეიტრონი, 30 წლის დაუღალავი შრომის შემდეგ კი მისი სინთეზი შესაძლებელი გახდა. ზევით მოყვანილი სქემით, კალციუმისა და პლუტონიუმის ბირთვების შერწყმით, თუმცა სამწუხაროდ, დღეს ფლოროვიუმად (Fl) წოდებულ ელემენტს არ აღმოაჩნდა საჭირო 184 ნეიტრონი და მყისიერად დაიშალა. ამის მიუხედავად, ეს პირველი ფაქტი იყო, როცა თეორია კუნძულის არსებობის შესახებ რეალურად დამტკიცდა (1998 წელს).

ამის შემდგომ 117-ე ელემენტს ერგო წოდება "კუნძულის ნაპირისა’’, რომელიც 5 წლის წინ შექმნა რუსი მეცნიერების ჯგუფმა და იგი 50*10^-3 წამში დაიშალა სხვა ელემენტთა იზოტოპებად, მათ შორის ლავრენციუმად, 103 პროტონითა და 163 ნეიტრონით, აქამდე უნახავი კომბინაციით ! მან იზოტოპისთვის ძალიან დიდ ხანს გაძლო 11 საათიანი ნახევარდაშლის პერიოდით. ამის შემყურე ერთ-ერთმა ავტორმა წამოიძახა: "perhaps we are at the shore of the island of stability". ეს ყველაფერი კუნძულის აღმოჩენის იმედს იძლევა, ალბათ, მალე შევძლებთ აქამდე წარმოუდგენელი მატერიების შექმნას.

მძიმე ელემენტთა უპირატესობების განსაზღვრა და იმის გარკვევა, თუ რაში შეიძლება მათი გამოყენება ძალიან რთულია, ისევ და ისევ მათი არასტაბილურობის გამო. აქედან გამომდინარე შეუძლებელია ვისაუბროთ იმაზე, თუ რაში გვჭირდება 4 "ზედმეტი" ელემენტი. რომელთა არსებობაც, უკვე სულაც არ არის ახალი. მეტიც, მოძველებულია. მათი უპირატესობების შესახებ კი მომავალი კვლევები გვამცნობს.

IUPAC-მა განაცხადა, რომ ელემენტთა შემქმნელი მეცნიერები მალე მოწვეულნი იქნებიან, რათა გააცნონ მათი იდეები სახელის ან აბრევიატურის შესახებ. როდის შეიცვლება ჩვენი უკანასკნელი 4 ელემენტის სიმბოლო, ამის თქმაც ძალიან რთულია. ეს ხანგრძლივი პროცესია, რომელსაც IUPAC-ი ხელმძღვანელობს და შეიძლება რამდენიმე წელიც გაგრძელდეს. მაგალითად 110-ე(Ds) ელემენტი 1995 წელს აღმოაჩინეს და მან თავისი სახელი მხოლოდ 2003 წელს დაიმკვიდრა. 1974 წელს აღმოჩენილმა 106-ე(Sg) ელემენტმა კი- 1997 წელს. შესაბამისად, უეცარ ცვლილებებს არ უნდა ველოდოთ, შესაბამისად არ ვიჩქაროთ სკოლაში სასწავლებელი სისტემებისა და დუშის ფარდის გამოცვლა.

ჩვენ ხომ არანაირი ზღვარი არ გვაქვს, თუ რამხელა შეიძლება იყოს ყველაზე დიდი ატომი. იქნებ როდესმე მეცნიერებმა მე-8 პერიოდიც კი გახსნან?

აი, იმ მცირეოდენ მიზეზთა ჩამონათვალი, თუ რატომაა ეს სიახლე ასეთი მნიშვნელოვანი და უმნიშვნელო ერთდროულად.

ლიტერატურა:

1. http://www.iupac.org/news/news-detail/article/discovery-and-assignment-of-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118.html
2. https://pls.llnl.gov/research-and-development/nuclear-science/project-highlights/livermorium/elements-113-and-115
3. https://www.youtube.com/watch?v=TOVNDPNFn5o

 

 

გამოქვეყნებულია: 28-04-2016