كيفية اكتشاف العلماء للعناصر الكيميائية الجديدة في الجدول الدوري

2016 عصر الفضاء

جون كلارك مع مايكل ألابي وإيمي جان بيير

KFAS

الكيمياء

كان عدد الفجوات في الجدول الدوري للعناصر حتى عام ١٩٣٧ أربعة فقط، وامتد الجدول الدوري حينها إلى عنصر اليورانيوم ذي العدد الذري ٩٢.

ظهرت الفجوة عند الأعداد الذرية ٤٣، ٦١، ٨٥، ٨٧. استخدم الفيزيائيون والكيميائيون بعد ذلك معجلات الجسيمات، مثل السايكلترون، الذي ابتكره الفيزيائي الأمريكي إرنست لورنس (١٩٠١-٥٨) عام ١٩٣٢.

استخدم العلماء معجلات الجسيمات في البداية «لتحطيم الذرات» وفلق العناصر إلى أجزاء أقل كتلة. ففي عام ١٩٣٧، على سبيل المثال، استخدم العلماء الأمريكيون السايكلترون في كاليفورنيا لقذف معدن المولبدنوم بالديوترونات وهي نوى ذرة الديتيريوم، – الهيدروجين الثقيل – أكبر الجسيمات تحت الذرية كتلة.

وتم إرسال عينة من المولبدنوم المقذوف إلى الفيزيائيين بجامعة باليرمو بإيطاليا حيث عكف الأمريكي من أصل إيطالي إميليو سيغري (١٩٠٥ – ٨٩) وكارلو بيريير (١٨٨٦ – ١٩٤٨) على تحليلها.

وجد الإيطاليون أن العينة احتوت عنصراً جديداً، وهو العنصر الذي ينتمي إلى الفجوة رقم ٤٣ في الجدول الدوري. أطلق العلماء في البداية مسمى ماسوريوم على العنصر الجديد، لكن أعيد تسميته فيما بعد إلى تكنيتيوم للتدليل على أنه عنصر من صنع بشري.

 

كما أن الكيميائية الفرنسية مارغريت بيري (١٩٠٩ – ٧٥) قامت عام ١٩٣٩ بدراسة نواتج الانحلال الإشعاعي لعنصر الأكتينيوم -٢٢٧ واكتشفت عنصراً مشعاً جديداً آخر، العنصر رقم ٨٧ المفقود في الجدول الدوري.

أطلقت بيري في البداية مسمى أكتينيوم –K على العنصر الجديد ، لكنها غيرت الاسم فيما بعد إلى فرانسيوم تكريماً لموطنها.

نجح سيغري ومساعدوه عام ١٩٤٠ في التوصل إلى اكتشافهم التالي بقذف البزموث بجسيمات ألفا (نوى ذرات الهيليوم). وأطلقوا عام ١٩٤٧ مسمى الأستاتين على العنصر غير المشع الجديد (مصدر الاسم المفردة الإغريقية أستاتوس التي تعني «غير المستقر»).

كما اكتشف علماء آخرون نظائر أستاتين أكبر كتلة تتوافر طبيعيا، لكن هذه النظائر الطبيعية مازالت الأندر على سطح الأرض. أما اكتشاف آخر فجوة في الجدول الدوري، العنصر رقم ٦١، فقد تم عام ١٩٤٥ على يد الكيميائي الأمريكي جيكوب مارنسكي (١٩١٨ – ٢٠٠٥) ومساعدوه وذلك من خلال قذف النيوديميوم بالنيوترونات. أطلقت المجموعة مسمى بروميثيوم على العنصر الجديد عام ١٩٤٩، تخليدا للجبار بروميثيوس الذي سرق النار من الآلهة وجلبه للبشر بحسب الأساطير الإغريقية.

 

لكن عملية قذف العناصر بالجسيمات لا تؤدي إلى «تحطيم الذرات» فحسب، بل يمكنها أن تدفع النواتج نحو بعضها لإنتاج مركبات جديدة أيضا. وقد حدث مثل هذا الأمر مرتين عام ١٩٤٠.

ففي المرة الأولى قام عالما الكيمياء الفيزيائية الأمريكي إدوين ماكميلان (١٩٠٧-٩١) وفيليب أبلسون (١٩١٣-٢٠٠٤) يقذف نظيراليورانيوم ٢٣٨- بوابل من النيوترونات البطيئة لينتج عن العملية النبتونيوم، على اسم كوكب نبتون الذي يقع مداره بعد مدار كوكب أورانوس، كما يأتي النبتونيوم بعد اليورانيوم في الجدول الدوري.

كما قامت مجموعة بحثية في مختبرات جامعة كاليفورنيا في بيركلي بقيادة عالم الكيمياء الفيزيائية غلن سيبورغ (١٩١٢ – ٩٩) بقذف اليوارنيوم ٢٣٨- بنوى الديتيريوم (الديوترونات) لينتج عن ذلك عنصر البلوتونيوم، على اسم كوكب بلوتو الذي يقع مداره بعد مدار كوكب نبتون كما يلي هذا العنصر عنصر النبتونيرم في الجدول الدوري.

والعنصران الأخيران هما أولى عناصر ما بعد اليورانيوم المكتشفة (العناصر التي يفوق عددها الذري العدد الذري لليورانيوم). وعلى إثر اكتشاف هذين العنصرين تتابع بشكل سريع اكتشاف عناصر أخرى من المجموعة نفسها: كيوريوم (١٩٤٤)، والأمرسيوم (١٩٤٤)، والبيركيليوم (١٩٤٩)، والكاليفورنيوم (١٩٥٠) وهلم جرا.

 

وأُطلق مسمى سيبورغيوم على العنصر ذي العدد الذري ١٠٦، الذي اكتشف عام ١٩٧٤، تكريماً لغلن سيبروغ. كما تمكن الفيزيائي الألماني بيتر آرمبرستر (١٩٣١ – ) ومساعدوه عام ١٩٨٢، في معهد أبحاث الأيونات الثقيلة بمدينة دارمستات الألمانية، تمكنوا من إنتاج عددٍ من الذرات عددها الذري ١٠٩ بقذف البزموث – ٢٠٩ بنويات ذرات الحديد ٥٨-.

سُمي العنصر الجديد عام ١٩٩٧ الميتنيريوم على اسم الفيزيائية السويدية النمساوية الأصل ليز متنير (١٨٧٨-١٩٦٨)، التي كانت من أوائل العلماء اللذين فلقوا الذرة. كما أنتجت المجموعة نفسها عام ١٩٨٤ بضع ذرات من العنصر ١٠٨ هاسيوم) بقذف نظير الرصاص – ٢٠٦ بنوى ذرة الحديد ٥٨-.

كما أنتج العلماء الروس في دبنا على مشارف موسكو الهاسيوم بالطريقة نفسها، وقام فريق روسي- أمريكي مشترك بعد عام بإنتاج نظير آخر للعنصر ١٠٨ بقذف اليورانيوم ٢٣٨- بالكبريت ٣٤-. ويأتي مسمى هاسيوم كمشتق من مفردة هيس وهو الاسم اللاتيني للولاية الألمانية التي تقع فيها مدينة دارمستات.

يقارب عدد العناصر المكتشفة حتى الآن 116 عنصرا – حتى الآن يبدو أن القائمة قد اكتملت.

كما قام العلماء بإنتاج بضع ذرات من العناصر الثقيلة، لكن هذه العناصر ليست إلا اشباعاً لفضول كيميائي. ومن ناحية نظرية يمكن إنتاج عناصر أثقل، لكن أي عنصر يزيد عدده الذري عن 120 عنصر غير مستقر إلى درجة أن وجوده وجودٌ عابر. (المترجم: في الثلاثين من ديسمبر 2015 اكتمل الجدول الدوري للعناصر بالإعلان عن اكتشاف العناصر 113، 115، 117، و 118).

 

التكنولوجيا المتطورة في الطب

تجد بعض العناصر المشعة الجديدة تطبيقات طبية. اليسار: حقن مريض بالتكتونيوم -٩٩، وهو عنصر مشع يطلق أشعة غاما. يتركز النظير المشع في العظام ويمكن الكشف عن وجوده باستخدام آلة تصوير غامية للحصول على صورة ملونة على شاشة حاسوب.

تبين الصورة العمود الفقري والقفص الصدري وحوض المريض باللون الأحمر مع وجود بقع داكنة أكثر «بقع ساخنة» التي تشير إلى مواقع محتملة لمناطق سرطانية ثانوية، والتي تصيب العظام في الغالب.

وبهذه الطريقة يمكن للأطباء، الذين يظهر انعكاس صورهم على الشاشة، دراسة تقدم المرض وفاعلية العلاج.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]