Takiego układu okresowego zapewne nie znacie – stworzył go Chat GPT
W każdej dziedzinie działalności człowieka doceniamy zwycięstwa. Opisujemy wielkie odkrycia, wynalazki, osiągnięcia. Ale życie nigdy nie jest pasmem sukcesów. Najczęściej są one poprzedzone wieloma mniej lub bardziej spektakularnymi klęskami. Nie inaczej jest w przypadku nauki. Znanych jest wiele przypadków odkryć, które prędzej czy później okazywały się być błędne. Niestety, często jest tak, że człowiek widzi tylko to, co chce widzieć.
Dotyczy to także chemii i innych nauk ścisłych. 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 Boyle’a chemicy intuicyjnie rozumieli, że materia składa się z różnorodnych prostych „cegiełek”, które łącząc się ze sobą, mogą tworzyć rozmaite związki chemiczne. Wielu uczonych zabrało się za izolowanie czystych pierwiastków – każdy chciał się trwale zapisać na kartach historii nauki.
Pod koniec XVIII w., w epoce Lavoisiera, znano 33 pierwiastki, choć tak naprawdę niektóre z nich okazały się nieco później związkami (zwykle tlenkami). Ba, Lavoisier umieścił w swoim układzie cieplik i świetlik jako pierwiastki. 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 tych chemicznych puzzli, 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. Ostatecznie potwierdził to Carl Auer von Welsbach, który rozdzielił dydym na dwa pierwiastki. Znamy je dziś jako prazeodym (Pr) 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 czy 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 wybitny Brytyjczyk, William Crookes. Wsławił się on odkryciem talu, prawdziwego pierwiastka, ale później niestety 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 80. 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 znanymi już wcześniej lantanowcami, nieco zanieczyszczonymi innymi pierwiastkami.
Zwodnicze widma z kosmosu
Jak powszechnie wiadomo, 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 od samego początku badacze powędrowali zdecydowanie 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 w układzie okresowym przed wodorem, 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. Tutaj 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 z góry skazane były 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 sens stosowania brzytwy Ockhama.
Niedługo przed odkryciem neutronu, cząstki elementarnej nieposiadającej ładunku elektrycznego, niemiecki chemik pochodzenia estońskiego, Andreas von Antropoff, zaproponował nazwę neutronium (neutrium) dla pierwiastka składającego się z samych neutronów. W jego wersji układu okresowego neutronium miało się znajdować przed wodorem, a więc być oznaczone numerem 0. Była to oczywiście bardzo dziwaczna idea, ponieważ atom każdego pierwiastka musi poza jądrem zawierać elektrony – a tu ich z definicji być nie mogło. 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, genialnego Enrica Fermiego. Jego zespół w 1934 roku doniósł o otrzymaniu dwóch nowych pierwiastków leżących w układzie okresowym za uranem. 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 inaczej zinterpretowała obserwacje Fermiego, 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.
Jak już wspominamy Idę Noddack, trzeba też wspomnieć o innym odkryciu. Chodzi tu o pierwiastek, znany dziś jako technet. Jest to bardzo ciekawe indywiduum – lekki (liczba atomowa 43), a promieniotwórczy – do tego stopnia, że w zasadzie nie występuje na Ziemi. W 1925 roku Walther Noddack oraz Ida Tacke (późniejsza pani Noddack) poinformowali o odkryciu pierwiastka 43, który był przewidziany już przez Mendelejewa i nazwany eka-manganem. Odkrycie było niejednoznaczne, ale uczeni już nawet zdążyli go nazwać. I tak w układzie okresowym pojawił się mazur (symbol Ma).
Układ okresowy z pierwiastkiem mazur – Politechnika Gdańska
Zwraca uwagę brak polonu, odkrytego wiele lat wcześniej. No cóż… Skłodowska nie była Niemką.
źródło: Wikimedia, licencja: CC BY SA 4.0
Odkrycie nie zostało jednak potwierdzone przez innych badaczy, więc luka pozostała. Dopiero w 1937 roku Emilio Segrè (współpracownik Fermiego) z zespołem odkrył technet, który w 1947 roku uzyskał tę nazwę. Warto tu dodać, że jeden z izotopów, technet-99m jest dziś szeroko stosowany w diagnostyce medycznej. Pisał o tym Lucas Bergowsky.
Dziś układ okresowy jest zapełniony pierwiastkami o liczbie atomowej od 1 do 118. Brak już 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 Międzynarodowa Unia Fizyki Czystej i Stosowanej decydują o nadaniu nowej nazwy. Zaczyna ona obowiązywać po publikacji w czasopiśmie „Pure and Applied Chemistry”.
Czasy samotnych romantycznych odkrywców już dawno minęły, a wraz z nimi – na całe szczęście – spektakularne porażki.
Literatura uzupełniająca
Prazeodym ma symbol Pr, natomiast Pm to promet.
Ale wtopa… poprawione, dzięki.