Virimo temperatūra ir atomo skaičius periodinėje lentelėje: chemijos pasaulio paradoksai
Chemija - tai fundamentali mokslo sritis, tirianti mus supantį pasaulį, jo medžiagas, savybes, sudėtį, struktūrą ir virsmus, kurių metu keičiasi medžiagų sudėtis, o kartu ir energija. Ji aprėpia visą materijos įvairovę, pradedant subatominėmis dalelėmis ir baigiant sudėtingomis biologinėmis sistemomis. Periodinė elementų lentelė, sukurta 1869 m. Dmitrijaus Mendelejevo, yra vienas svarbiausių chemijos įrankių, leidžiantis sistemingai klasifikuoti elementus pagal jų atominius skaičius ir savybes. Tačiau ar ši lentelė tokia jau nekintama ir ar visada galime pasikliauti joje pateikta informacija? Šiame straipsnyje panagrinėsime, kaip virimo temperatūra, atominis skaičius ir reliatyvumo efektai veikia elementų savybes, o taip pat aptarsime, ar periodinė lentelė vis dar aktuali šiuolaikinėje chemijoje.
Metališkumo paradoksai: riba, kuri nėra šventa
„Metalo, nemetalo riba nėra šventas dalykas,“ sako Edwardsas. Iš tiesų, elementų priskyrimas metalams ar nemetalams nėra toks jau paprastas. Tarkime, vandenilis. Mes, žemiečiai, laikome jį visiškai nemetališkomis, skaidriomis dujomis. Bet vandenilio turtingų planetų, tokių, kaip Jupiteris ar Saturnas, gelmėse, aukštas slėgis ir temperatūra, manoma, paverčia vandenilį blizgančiu, metaliniu skysčiu. Įprastinė jo vieta periodinėje lentelėje virš metalinio ličio, tai ir rodo. Bet tokie pagarsėję nemetalai, kaip helis ar deguonis, spaudžiami, manoma, taip pat keičia prigimtį ir jų išoriniai elektronai laigo laisvi, ir elektrą praleidžia, kaip tinkami. Bet yra ir neabejotinų faktų. 2009 metais Artemo Oganovo, dabar dirbančio Niujorko valstijos universitete Stony Brooke, vadovaujama komanda panaudodami aukštą slėgį, pavertė blizgų 1 grupės metalą natrį skaidriu, rausvai oranžiniu nemetalu. Toks elgesys rodo, kad chemijos pasaulyje nedaug pastovumo.
Reliatyvumo įtaka: aukso unikalumas
Einšteino reliatyvumas kraipo erdvę, laiką, protus - ir periodinę lentelę. Prisiartinus prie aukso, kurio atominis skaičius yra 79, branduolio trauka yra jau tokia stipri, kad arčiausiai esantys elektronai zvimbia apie jį greičiu, prilygstančiu 80 % šviesos greičio. Tai padidina jų masę, tad jie sukasi arčiau branduolio ir uždengia tolesnius elektronus nuo jo traukos. Būtent iš čia atsirandantys poveikiai aukso sugeriamos šviesos bangų ilgiui lemia tai, kad auksas toks nepanašus į virš jo periodinėje lentelėje esančius brangiuosius metalus. „Tam, kad auksas skirtųsi nuo sidabro, reikia reliatyvumo,“ sako Pyykkö. Ir tai ne vienintelis atvejis, kai reliatyvumo efektai daro įtaką elementų savybėms. Šis pavyzdys iliustruoja, kaip atominis skaičius ir su juo susiję reiškiniai gali nulemti netikėtus elementų skirtumus.
Supersunkūs elementai: lentelės pabaigos paieškos
O kas vyksta, prie lentelės pridedant vis sunkesnius elementus? Nesame tikri. Kai rezerfordžio (atominis skaičius 104) ir dubnio (105) savybės pasirodė besiskiriančios nuo tiesiai virš jų esančių hafnio ir tantalo, kilo klausimų. Bet siborgis (106) atrodo visiškai pritampantis. Elementas 107 buvo pavadintas „nuobodžiuoju boru“ dėl pritapimo prie grupės. Tai Einšteinas iš lentelės atėmė prognozavimo galias? Pyykkö dėl netvarkos nesijaudina. „Nėra paprastos matematinės teorijos, pagrindžiančios periodinę lentelę,“ sako jis. „Yra daug varžtelių ir sraigtelių - vienas iš jų yra reliatyvumas. Sudėti kartu, jie paaiškina periodinės lentelės veikimą.“
Matthiasas Schädelis, tiriantis supersunkius elementus GSI Helmholtz Sunkiųjų jonų tyrimų centre Darmstadte, Vokietijoje, ne toks optimistiškas. Pirmieji atomų modeliai rodė, kad virš atominio skaičiaus 103, teigiamai įelektrintų protonų tarpusavio stūma taps tokia stipri, kad atomai paprasčiausiai suirs. Bet dėl laboratorijose vykstančių eksperimentų, stengiantis sukurti elementus už urano, dabar oficialiai pripažintas atomas yra livermoriumo (116). Elementai 117 ir 118, jau sukurti, kol kas dar nėra įteisinti. Aišku, kad lentelės pabaigą nustatyti nėra taip paprasta.
Taip pat skaitykite: Išsamus metanolio aprašymas
Supersunkių elementų, kurių atominis kaičius didesnis, nei 103 egzistavimą aiškina teorijos, teigiančios, kad lygiai, kaip elektronai yra išsidėstę sluoksniais, taip ir protonai bei neutronai. Kai jų skaičius yra lygus arba artimas „magiškiems“, atitinkantiems užpildytus sluoksnius, atomai būna stabilesni. Bet vis vien turi būti taškas, kai masyviuose atomuose esantis laukas taps nebepakeliamas. Pagal vieną pasiūlymą, 2011 m.
Tačiau kalbant apie supersunkius elementus, stabilumas šiaip ar taip yra reliatyvus dalykas: kol kas pagamintieji yra radioaktyvūs ir dažnai išlieka vos dalelę sekundės prieš suirdami, taip apsunkindami jų tyrimą. Be to, daugumą jų gali pagaminti tik po vieną atomą iš karto, o tai reiškia, kad cheminės ir fizikinės savybės - garavimas, laidumas, ar tai yra dujos, skystis ar kieta medžiaga, - praktiškai netenka prasmės. Tad, ar jie iš vis laikytini elementais?
Keletas tyrimų komandų sukūrė genialius vieno atomo savybių tyrimo būdus. Viename eksperimente buvo tiriamas kopernikio ir flevoriumo lakumas, lyginant temperatūras, kurioje atomas prilimpa prie aukso paviršiaus, su žinomo lakumo atomų. Teorija taip pat numato, kad aukštesnė prilipimo temperatūra gali būti metališkumo požymis. „Chemikai ir fizikai šimtmečiais nustatinėdavo metališkumą, bet jiems niekada nereikėjo galvoti, kas nutinka su vienu atomu,“ sako Schädelis.
Net jeigu ir taip, jei nėra realių perspektyvų kam nors panaudoti šiuos supersunkius elementus, ar tai nėra tuščias laiko švaistymas? Schädelis taip nemano, ir laiko tokius eksperimentus tąsa 150 metų tradicijos, padariusios periodinę lentelę tokiu charizmatišku elementų sąrašu, koks jis dabar yra.
Chemijos šakos: nuo neorganinių medžiagų iki gyvybės procesų
Chemija yra plati mokslo sritis, kurią sudaro kelios pagrindinės šakos:
Taip pat skaitykite: Metos kavos virimo aparato naudojimo patarimai
- Neorganinė chemija: Ši šaka koncentruojasi į neorganinių medžiagų, pavyzdžiui, mineralų, metalų ir jų junginių, tyrimą.
- Organinė chemija: Organinės chemijos objektas - anglies junginiai, kurie yra gyvybės pagrindas. Ši šaka yra itin svarbi, nes anglis gali sudaryti daugybę įvairiausių junginių, pasižyminčių skirtingomis savybėmis.
- Analizinė chemija: Tai chemijos šaka, tirianti medžiagų cheminę sudėtį. Analizinė chemija skirstoma į kokybinę analizę, kuri nustato, kokios medžiagos sudaro mėginį, ir kiekybinę analizę, kuri nustato, kiek kiekvienos medžiagos yra mėginyje.
- Fizikinė chemija: Ši šaka nagrinėja cheminių reiškinių fizikinius dėsningumus.
- Biochemija: Biochemija tiria cheminius procesus, vykstančius gyvuose organizmuose. Ji nagrinėja biomolekulių, tokių kaip baltymai, angliavandeniai, lipidai ir nukleorūgštys, struktūrą, funkcijas ir sąveikas.
Svarbu paminėti, kad šios šakos nėra griežtai atskirtos, jos dažnai persipina ir papildo viena kitą, suteikdamos holistinį požiūrį į chemijos mokslą.
Chemijos istorija: nuo alchemijos iki šiuolaikinio mokslo
Chemijos ištakos siekia seniausias civilizacijas. Jau senovės egiptiečiai praktikavo įvairius cheminius procesus, gamindami stiklą, keramiką, dažus, kosmetiką ir vaistus. Viduramžiais alchemija buvo laikoma chemijos pirmtake. Alchemikai, vedami mistinių tikslų, siekė atrasti "filosofinį akmenį", kuris, jų manymu, galėtų paversti paprastus metalus tauriaisiais ir suteikti nemirtingumą.
Tikroji mokslinė chemija pradėjo formuotis XVII-XVIII a., mokslo revoliucijos laikotarpiu. Robertas Boilis, laikomas vienu iš šiuolaikinės chemijos pradininkų, atmetė alchemikų idėjas ir pabrėžė eksperimentinių tyrimų svarbą. Antuanas Lavuazjė, atlikdamas tikslius degimo reakcijų tyrimus, paneigė flogistono teoriją ir suformulavo masės tvermės dėsnį. Džonas Daltonas XIX a. sukūrė atominę teoriją, teigdamas, kad materija sudaryta iš nedalomų atomų.
Periodinės elementų lentelės sukūrimas (1869 m., Dmitrijus Mendelejevas) tai leido ne tik sistemingai klasifikuoti tuo metu žinomus elementus, bet ir numatyti dar neatrastų elementų savybes, o tai vėliau buvo patvirtinta eksperimentiškai. Kvantinės mechanikos sukūrimas (XX a. pradžioje) suteikė fundamentinį pagrindą suprasti atomų ir molekulių struktūrą bei savybes. XIX ir XX a. chemija sparčiai vystėsi, buvo atrasta daug naujų elementų ir junginių, išplėtotos naujos eksperimentinės technikos. Šiandien chemija yra viena iš svarbiausių mokslo sričių, turinti didelę įtaką technologijoms, medicinai, žemės ūkiui ir kitoms sritims.
Taip pat skaitykite: Sveiki neskrudinti grikiai: paruošimo gidas
tags: #virimo #temperatūra #ir #atomo #skaičius #periodinėje