Szanowny Użytkowniku,

25 maja 2018 roku zaczyna obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (określane jako „RODO”, „ORODO”, „GDPR” lub „Ogólne Rozporządzenie o Ochronie Danych”). W związku z tym informujemy, że wprowadziliśmy zmiany w Regulaminie Serwisu i Polityce Prywatności. Prosimy o poświęcenie kilku minut, aby się z nimi zapoznać. Możliwe jest to tutaj.

Rozumiem

Pierwiastki, których nie było

Pierwiastki, których nie było

11.06.2018
Czyta się kilka minut
Każdy sukces najczęściej jest poprzedzony wieloma mniej lub bardziej spektakularnymi klęskami. Nauka zna wiele przypadków odkryć, który prędzej czy później okazywały się być błędne. Dotyczy to także chemii
Lantan
W

Wystarczy wspomnieć rozwijaną w XVII w. teorię flogistonu, wywodzącą się z doświadczeń starożytnych i średniowiecznych alchemików. Podobna sytuacja miała miejsce w przypadku elementarnych chemicznych składników materii, czyli pierwiastków. Już od czasów Roberta Boyle'a chemicy intuicyjnie rozumieli, że materia składa się z różnorodnych prostych „cegiełek”, które łącząc się z sobą mogą stworzyć wiele rozmaitych związków chemicznych. Wielu uczonych zabrało się za izolowanie czystych pierwiastków – każdy chciał na trwałe wpisać się w historię nauki.

Pod koniec XVIII w., w epoce Antoine'a Lavoisiera wyliczano 33 pierwiastki, choć niektóre z nich okazały się nieco później związkami. W 1869 r. Dymitr Mendelejew umieścił w swojej słynnej tablicy 66 prawdziwych pierwiastków. Jak wiadomo, ówczesny układ okresowy zawierał sporo luk, co było z jednej strony impulsem do poszukiwania brakujących fragmentów tego chemicznego puzzle, ale z drugiej powodowało, że niektórzy uczeni, chcąc zapisać się w historii, błędnie interpretowali wyniki swoich doświadczeń.

Nieodgadnione lantanowce

Sytuacji nie ułatwiał fakt, że w niektórych przypadkach pierwiastki chemiczne mają bardzo podobne właściwości i czasem niesamowicie trudno je od siebie oddzielić. Błędnymi ścieżkami chodzą nawet najwięksi. Przekonał się o tym m.in. Carl Gustaf Mosander, wybitny szwedzki badacz pierwiastków z grupy lantanowców. To on w 1839 r. wydzielił z mieszaniny lantan (La), ale nieszczęśliwie uznał, że inny metal, który mu towarzyszył, był czystym pierwiastkiem. Nazwał go dydymem (czasem zapisywanym jako didym) i zaproponował dla niego symbol Di. Pierwiastek ten trafił nawet do pierwszej wersji tablicy Mendelejewa. Jednakże w 1874 r. inny Szwed, Per Teodor Cleve przyjrzał się dydymowi dokładniej i stwierdził, że musi być on mieszaniną co najmniej dwóch, bardzo do siebie podobnych chemicznie pierwiastków. Ostateczni potwierdził to Carl Auer von Welsbach, który rozdzielił dydym na dwa pierwiastki, które znamy dziś jako prazeodym (Pm) i neodym (Nd). Co ciekawe, nazwa dydym jest nadal w użyciu – mieszaniny prazeodymu i neodymu używa się do produkcji specjalnego szkła do wyrobu okularów dla spawaczy oraz dmuchaczy szkła. Obecność tych dwóch pierwiastków pozwala na efektywne filtrowanie męczącej oczy żółtej barwy płomienia pochodzącej od jonów sodu obecnych w obrabianym materiale.

Lantanowce zwiodły wielu uczonych z przełomu XIX i XX w. Jednym z nich był Brytyjczyk, William Crookes. Wsławił się on odkryciem talu, prawdziwego pierwiastka, ale niestety później miał pecha. Z wielką pompą na posiedzeniu British Association for the Advancement of Science ogłosił, że udało mu się odkryć zupełnie nowy pierwiastek, który nazwał monium. Potem zmienił zdanie i przemianował go na victorium (Vc), dla uczczenia jubileuszu 80-lecia urodzin panującej wtedy królowej Wiktorii. Zaledwie kilka lat później francuski chemik Georges Urbain, dokonawszy wielu bardzo precyzyjnych analiz dowiódł, że „pierwiastek” Crookesa to tak naprawdę mieszanina dwóch lantanowców – gadolinu i terbu. Podobny los spotkał dwa inne odkrycia Crookesa – pierwiastki ionium oraz incognitium, które też okazały się być znanymi już wcześniej lantanowcami, nieco zanieczyszczonymi innymi pierwiastkami.

Zwodnicze widma z kosmosu

Pierwszym pierwiastkiem, którego obecność odkryto najpierw poza Ziemią, był hel. Zaobserwowano go podczas zaćmienia Słońca w 1868 r. przy użyciu rozwijającej się właśnie techniki spektroskopowej, badającej widma emisyjne pierwiastków. Przez pewien czas uważano, że pierwiastek ten nie występuje na Ziemi, ale ostatecznie po ponad 20 latach okazało się, że nie jest to prawdą. Odkrycie helu zainicjowało wiele badań spektroskopowych, zmierzających do wykrycia innych pierwiastków w kosmosie. I tutaj badacze niejednokrotnie powędrowali złym tropem. W widmie słonecznym znaleźli linie czegoś, co nie pasowało do żadnego ze znanych pierwiastków. Uznano, że są to dwa zupełnie nowe pierwiastki, które nazwano nebulium i coronium. Ze względu na to, że poza widmem wiedziano o nich niewiele, nie bardzo można było je wstawić do układu okresowego. Dziś wiemy, że nebulium i coronium to faktycznie pierwiastki-widma. Pierwszy z nich to tak naprawdę zjonizowany tlen, a drugi – silnie zjonizowane żelazo (dokładniej Fe13+).

Podobny los spotkał pierwiastek aurorium, znaleziony w widmie zorzy polarnej (aurora borealis), charakteryzujący się silną zieloną linią spektralną. Niektórzy badacze spekulowali nawet, że pierwiastek ten powinien znajdować się przed wodorem w układzie okresowym, co dziś może wydawać się śmieszną koncepcją. W tym przypadku okazało się jednak, że domniemany aurorium to też jedna z form tlenu, a zielona linia pochodzi od tzw. przejścia wzbronionego.

Pierwiastki egzotyczne

Zupełnie innym przypadkiem ulotnego pierwiastka jest gnomium. W tym przypadku nie było nawet jednej linii widmowej, lecz tylko chęć zrobienia porządku w układzie okresowym. Podejrzewano, że właśnie domieszka gnomium powoduje odwrócenie kolejności charakterystycznej trójki pierwiastków w układzie okresowym, a mianowicie żelaza-kobaltu-niklu. Poszukiwania gnomium były skazane na porażkę, ponieważ pierwiastki w układzie okresowym uporządkowane są według rosnącej liczby atomowej (liczby protonów w jądrze), a nie liczby masowej. W tym przypadku widzimy doskonale działanie brzytwy Ockhama.

Niedługo przed odkryciem neutronu, cząstki elementarnej nieposiadającej ładunku elektrycznego, chemik niemiecki pochodzenia estońskiego, Andreas von Antropoff, zaproponował nazwę neutronium (neutrium) dla pierwiastka składającego się z samych neutronów. W jego wersji układu okresowego neutronium miało znajdować się przed wodorem, a więc być oznaczone numerem 0. Była to bardzo dziwaczna idea, ponieważ atom każdego pierwiastka musi poza jądrm zawierać elektrony – a tu ich z definicji nie mogło być. Dziś wiemy, że neutrony potrafią się gromadzić w jednym miejscu, tworząc niezwykle gęstą materię. Od dawna obserwujemy gwiazdy neutronowe, ale oczywiście nie możemy mówić o istnieniu pierwiastka 0.

Historia nauki pokazuje, że nawet wybitni specjaliści w jakiejś dziedzinie mogą się bardzo mylić. Tak było w przypadku włoskiego specjalisty od reakcji jądrowych, Enrica Fermiego. Jego zespół w 1934 roku doniósł o otrzymaniu dwóch nowych pierwiastków leżących za uranem w układzie okresowym. Uzyskano je bombardując atomy uranu neutronami. Pierwiastki otrzymały nazwy ausonium (Ao) oraz (h)esperium (Es) – od greckich nazw Włoch. W tym samym roku niemiecka uczona Ida Noddack zinterpretowała inaczej obserwacje Fermiego, ale jednak pozycja Włocha była na tyle silna, że to jemu uwierzono. Kilka lat później Hahn i Strassmann przeprowadzili słynny eksperyment, w którym wykazali, że jądra uranu bombardowane neutronami ulegają rozpadowi na znacznie mniejsze fragmenty, głównie bar i krypton. I tak zakończyła się krótka kariera ausonium i hesperium.

Dziś układ okresowy jest zapełniony pierwiastkami o liczbie atomowej od 1 do 118. Brak w nim  jakichkolwiek luk. Oczywiście trwają poszukiwania kolejnych, ale sytuacja jest dość klarowna. Zespoły badawcze, które zajmują się takimi badaniami (jest ich kilka na świecie) zgłaszają swoje odkrycia i oczekują na powtórzenie ich w innych ośrodkach. Jeśli się potwierdzą, Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej oraz odpowiednik fizyczny tej organizacji decydują o nadaniu nowej nazwy. Czasy samotnych romantycznych odkrywców już dawno minęły, a wraz z nimi – na całe szczęście – spektakularne porażki.

Dodaj komentarz

Usługodawca nie ponosi odpowiedzialności za treści zamieszczane przez Użytkowników w ramach komentarzy do Materiałów udostępnianych przez Usługodawcę.

Zapoznaj się z Regułami forum
Jeśli widzisz komentarz naruszający prawo lub dobre obyczaje, zgłoś go klikając w link "Zgłoś naruszenie" pod komentarzem.

Zaloguj się albo zarejestruj aby dodać komentarz