حاول قراءة مصادر باللغة الإنجليزية عن تاريخ الكيمياء وابحث عن مراجع للجدول الدوري. سوف تفاجأ ، لكن لا تزال تتأكد من تجنب هذه الصياغة بعناية. يكتبون بإصرار وبصورة ما بشكل صحيح سياسيًا عن "الجدول الدوري للعناصر". مع ذكر ليس فقط من الدوري، ولكن جميع المشاركين، والتأكيد على دور ماير ، Dobereiner و Chancourtois مع عدم وجود حماسة أقل من دورا حاسما في فتح جبهة ثانية في المراحل الأخيرة من الحرب العالمية الثانية.
تكريم شركاء مندليف الغربيين المحترمين وشخصياً روبرت بنسن ، الذي درس معه ديمتري إيفانوفيتش في 1859-1861 ، نلاحظ أن مندليف دخل في تاريخ العلم ليس كمصنف لما هو معروف ، مثل لينيوس ، ولكن باعتباره صاحب رؤية كان قادرًا على التنبؤ بالعناصر التي لم يتم اكتشافها بعد ، والأهم من ذلك في سياق هذه المقالة ، ترتيب اليود والتيلوريوم بشكل صحيح ، على الرغم من الحقيقة. أن التيلوريوم أثقل من اليود.
في الوقت الحاضر ، يغلق Oganesson (Og) رقم 118 الجدول الدوري ، فهو يقع بالضبط تحت غاز الرادون (رقم 86) وبحسب منطق مندليف ، يجب أن يكون غازًا نبيلًا ، لأنه يغلق الفترة السابعة. ولكن مع نهاية هذه الفترة المدهشة ، سريعة الزوال والانفجار ، والتي تحتوي على اليورانيوم والبلوتونيوم والمندليفيوم والفلروفيوم والأوغانيسون ، تتجسد الأسئلة مرة أخرى: أين ينتهي الجدول الدوري؟ وهل يتم التقيد بالقانون الدوري إلى أقصى حدوده؟ من المثير للدهشة أن الإجابة الأولى على هذا السؤال تم تقديمها بثقة تامة من قبل ريتشارد فاينمان.
في ذلك ، اعتمد على النموذج التقليدي للذرة الذي اقترحه بور. كما هو معروف ، في نموذج بوهر ، النواة الذرية محاطة بسحابة من الإلكترونات ، وتدور الإلكترونات حول النواة فقط في مدارات مسموح بها بدقة. لا يمكن للإلكترون أن يشغل مدارًا متوسطًا ، ولكن يمكنه الانتقال من مدار مسموح به إلى مدار آخر. يحدث هذا الانتقال على الفور مع انبعاث أو امتصاص كمية من الطاقة ويسمى "قفزة كمية".
يتم حساب سرعة الإلكترون في حالة كمومية معينة بالصيغة التالية
،
حيث
Z
العدد الذري المقابل لعدد البروتونات في نواة الذرة ، وبالتالي عدد الإلكترونات التي تدور حول ذرة محايدة. هنا
n
هي الحالة الكمومية للإلكترون ،
وهي
ثابتة البنية الدقيقة . يتم حساب ثابت البنية الدقيقة بالصيغة
،
حيث تمثل e الشحنة الأولية ، و h هو ثابت بلانك ، و e0 هو ثابت العزل الكهربائي ، ويسمى أيضًا نفاذية الفراغ الحر.
وفقًا لذلك ، كلما ابتعدت عن النواة غلاف الإلكترون الخارجي للذرة ، زادت سرعة تحرك الإلكترون على طولها. حسب ريتشارد فاينمان أن سرعة الإلكترون عند Z = 137 ستكون أقل قليلاً من سرعة الضوء. إذا اتبعت هذا المنطق ، فإن العنصر ذو العدد الذري 138 لا يمكن أن يوجد ؛ خلاف ذلك ، فإن إلكترونها الخارجي سيتجاوز سرعة الضوء.
رذرفورديوم وانعدام القانون
ومع ذلك ، من الناحية العملية ، الأمور أكثر تعقيدًا. أولاً ، تبدأ التأثيرات النسبية في الظهور في نوى العناصر الثقيلة والثقيلة. تستند الحسابات التي تتنبأ بالمكان الذي قد ينتهي فيه الجدول الدوري على نظرية النسبية. مع زيادة النواة ، يصبح المزيد والمزيد من البروتونات فيها ، مما يعني أن قوة الجذب التي تعمل على الإلكترونات تزداد أيضًا. وفقًا لذلك ، تنمو سرعة الإلكترونات الخارجية ، وتقترب بشكل متزايد من سرعة الضوء. في مثل هذه السرعات ، تصبح الإلكترونات "نسبية" ، ولا يمكن تفسير خصائص هذه العناصر بشكل كامل من خلال موضع العنصر في الجدول وحده. بعض هذه التأثيرات مرئية للعين المجردة. لذلك ، في ذرات الذهب ، تدور الإلكترونات حول النواة بحوالي نصف سرعة الضوء. لهذا السبب ، تتغير الخطوط العريضة للمداراتأن الذهب يمتص الجزء الأزرق من الطيف المرئي ، وينعكس منه باقي الفوتونات. نلاحظ الضوء الأبيض مطروحًا منه المكون الأزرق البنفسجي ، ونتيجة لذلك ، يكتسب الذهب لمعانًا مميزًا باللون الأصفر والأحمر ، والذي يبرز على خلفية المعادن الفضية المحيطة به.
في التسعينيات ، تم إجراء التجارب الأولى ، والتي أظهرت أن رذرفورديوم (104) ودوبنيوم (105) يظهران خصائص غير تلك المخصصة لهما وفقًا للمواضع الموجودة في الجدول الدوري. وفقًا للقانون الدوري ، يجب أن تشبه في الخصائص تلك العناصر الموجودة فوقها مباشرة ، على التوالي ، الهافنيوم والتنتالوم. في الواقع ، يتفاعل الرذرفورديوم مثل البلوتونيوم ، الموجود بعيدًا جدًا عنه ، والدوبنيوم ، مثل البروتكتينيوم. من ناحية أخرى ، يتبع seborgium (106) والبوريوم (107) القانون المستمد من Mendeleev.
علاوة على ذلك. اتضح أن الروينتجينيوم (111) يقترب من الخصائص مع الأستاتين ، وليس مع الذهب ، وأن الكوبرنيسيوم (112) ينجذب في خصائص الغازات النبيلة ، حتى أكثر من الأوغانيسون (118). من المحتمل أن يكون تينيسين (117) أكثر تشابهًا في خصائص الغاليوم ، والنيشونيوم (113) مشابه للمعادن القلوية. كل هذه الحالات الشاذة مرتبطة بمظهر واضح بشكل متزايد للتأثيرات النسبية في الذرات الضخمة.
قليلا عن ثنائية موجة الجسيمات
نموذج بور للذرة في هذا التفسير ، والذي وفقًا له يجب إغلاق الجدول بالعنصر رقم 137 ، لا يتوافق تمامًا أيضًا مع الحالة الحقيقية للأمور. إن موضوع فيزياء الكم أكثر تعقيدًا بكثير من موضوع الفيزياء الكلاسيكية ؛ كقاعدة عامة ، ليس للظواهر الكمية نظير بصري على المستوى الكلي. على سبيل المثال ، وفقًا لقوانين الفيزياء الكلاسيكية ، يجب أن تسقط الإلكترونات التي تدور حول النواة على النواة ، ويجب أن تنهار الذرات.
يبدو أن وجود الذرة بحد ذاته هو دحض لقوانين الفيزياء. لكن في الواقع ، كل شيء مختلف. القوانين الكلاسيكية لا تتزعزع ، لكن الإلكترونات لا تسقط على النواة ، لأن الإلكترون ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، ليس جسيمًا. يطيع الإلكترون ازدواجية موجة-جسيم ، أي أنه يعرض في نفس الوقت ميزات الجسيم والموجة ، وبالتالي لا يسقط على النواة. ومع ذلك ، حتى مع الأخذ في الاعتبار ازدواجية الموجة والجسيم ، فإن سرعة الإلكترون لا يمكن أن تتجاوز سرعة الضوء في الفراغ. يعتقد
السيد فاينمان نفسه ،
ريتشارد فاينمان ، أنه مع وجود عدد ذري يزيد عن
Z
= 137 ، لا يمكن أن توجد ذرة محايدة. النقطة المهمة هي أنه ، وفقًا لمعادلة ديراك النسبية ، للقيم الكبيرة
Z
سيتم التعبير عن حالة الطاقة الأرضية للإلكترون الأقرب إلى النواة كرقم وهمي. ومع ذلك ، يفترض هذا المنطق أن النواة هي نقطة. إذا افترضنا أن النواة لها حجم مادي ، حتى لو كان الحد الأدنى ، ولكن ليس صفرًا ، فيجب أن يستمر الجدول الدوري حتى
Z
-173.
ماذا بعد
يُعتقد أنه بالنسبة لـ
Z
≈ 173 1s-subshell تحت تأثير المجال الكهربائي للنواة "يغرق" في السلسلة السلبية ( بحر ديراك ) ، مما يؤدي إلى الإنشاء التلقائي لأزواج الإلكترون والبوزيترون ، ونتيجة لذلك ، إلى عدم وجود ذرات محايدة فوق عنصر Ust (Unseptrium) مع
Z
= 173. الذرات مع
Z > Zcr
173 تسمى الذرات فوق الحرجة . من المفترض أيضًا أن العناصر ذات
Z > Zcr
يمكن أن توجد فقط كأيونات.
لا يمكن أن تتأين الذرات فوق الحرجة بالكامل ، لأن إنتاج الزوج التلقائي سيحدث بعنف على غلافها الإلكتروني الأول ، حيث ينبثق إلكترون وبوزيترون من بحر ديراك ، علاوة على ذلك ، يُنسج الإلكترون في الذرة ، ويطير البوزيترون بعيدًا. صحيح أن مجال التفاعل القوي المحيط بالنواة الذرية قصير المدى جدًا ، لذا فإن مبدأ استبعاد باولي لا يسمح بمزيد من الإنتاج التلقائي للزوج بعد ملء تلك الأصداف المغمورة في بحر ديراك. تسمى العناصر 173-184 بالذرات الضعيفة فوق الحرجة ، لأنها تحتوي على قشرة فقط مغمورة في بحر ديراك
1s
. من المفترض أن الغلاف
2p1/2
سيملأ بالكامل حوالي البند 185 والقشرة
2s
- حول العنصر 245. حتى الآن ، لم يكن من الممكن تحقيق إنتاج زوجي تلقائي بشكل تجريبي ، في محاولة لتجميع الشحنات فوق الحرجة عن طريق اصطدام النوى الثقيلة (على سبيل المثال ، الرصاص مع اليورانيوم ، الذي يمكن أن يعطي
Z
= 174 ؛ واليورانيوم مع اليورانيوم ، والذي يعطي
Z
= 184 ، واليورانيوم مع الكاليفورنيوم يعطي
Z
= 190). ربما سيلعب عدم الاستقرار النووي دورًا رئيسيًا في نهائي الجدول الدوري ، بدلاً من عدم استقرار قذائف الإلكترون.
أخيرًا ، يُفترض أن قارة
Z
كاملة من الاستقرار ، تتكون من مادة كوارك افتراضية ، قد تكون مخفية في المنطقة > 300 (إنها أيضًا مادة كمومية ديناميكية). يمكن أن تتكون هذه المادة من كواركات علوية وسفلية ، بدلاً من كواركات مرتبطة بالبروتونات والنيوترونات. من المفترض أن هذه هي الحالة الأساسية للمادة الباريونية ، والتي تحتوي على طاقة ربط أعلى لكل باريون من المادة النووية. إذا كانت هذه الحالة من المادة حقيقية ، فربما يمكن تصنيعها في سياق التفاعلات الحرارية النووية للنواة العادية فائقة الثقل. يجب أن تتغلب نواتج هذه التفاعلات ، بسبب طاقة الربط العالية ، على حاجز كولوم تمامًا.
حتى الآن ، كل هذا مجرد نظرية ، ونكرر أننا نجحنا في ملء الفترة السابعة فقط من الجدول الدوري بحلول الذكرى 150 لاكتشاف القانون الدوري (1869-2019). في كلتا الحالتين ، يتناقص عمر النصف للعناصر الثقيلة الجديدة بسرعة ؛ إذا كان Rutherfordium-267 حوالي 1.3 ساعة ، ثم بالنسبة لـ X-ray-282 فهو 2.1 دقيقة فقط ، وبالنسبة لـ Oganesson يتم حسابه بمئات الميكروثانية. وهكذا ، فإن النهاية قريبة ، وبعدها قد تفتح نسخة تكميلية أو مخرج من العالم المادي. الطريق إلى هناك يكمن من خلال مدارات Feynmania الفرعية.