Gaila, tačiau tai nėra taip paprasta. „Metalo, nemetalo riba nėra šventas dalykas,“ sako Edwardsas. Tarkime, vandenilis. Mes, žemiečiai, laikome jį visiškai nemetališkomis, skaidriomis dujomis. Bet vandenilio turtingų planetų, tokių, kaip Jupiteris ar Saturnas gelmės, aukštas slėgis 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. „Jūsų išmokta periodinė lentelė tėra normalių sąlygų periodinė lentelė,“ pastebi Friedrichas Henselis ir Marburgu universiteto Vokietijoje.

Slegiamas vandenilis gali netgi virsti kietu metalu, medžiaga, su tokiu jaudinančiu pritaikymu, kaip kuras ar kambario temperatūros superlaidininkas – nors neseni teiginiai apie jo pagaminimą laboratorijoje diskutuotini.

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. Šiuo atveju slėgis suartino elektronus taip, kad šie turėjo persigrupuoti idant sumažintų tarpusavio stūmą, užuot lakstę laisvi.

Toks elgesys rodo, kad chemijos pasaulyje nedaug pastovumo, tačiau nereikėtų panikuoti, sako Oganovas. „Nemanau, kad periodinę lentelę reikėtų revizuoti. Tai, ką darome dabar, yra tiesiog labai svarbūs jos komentarai ir pataisymai.“

Einšteino įtaka

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. Todėl išoriniai sluoksniai išsiplečia – ir tvarkingas ryšys tarp to, kaip elektronai užpildo sluoksnius ir elemento cheminių savybių ima irti.

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 atvejas. Tik pernai Peteris Schwerdtfegeris Massey universitete, Aucklande, Naujojoje Zelandijoje, galiausiai įrodė tai, kas buvo įtariama kelis dešimtmečius: kad gyvsidabrio anomaliai žema lydymosi temperatūra, dėl kurios jis vienintelis kambario temperatūroje yra skystas, taip pat yra dėl reliatyvistinių efektų.

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. Eksperimentai su dviem lentelės naujokais, kopernikiu (112) ir flevoriumu (114), kol kas piešia maišytą vaizdą.

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. „Periodinė lentelė tebėra nepažeista – bet tikslių savybių prognozuoti negali,“ sako jis.

Kur visa tai baigsis?

Pirmieji atomų modeliai rodė, kad virš atominio skaičiaus 103, teigiamai įelektrintų protonų tarpusavio stūma taps tokia stipri, kad atomai paprasčiausiai suirs. Gamtos duota eilė iš esmės baigiasi su 92, uranu.

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. „Riba tikrai yra,“ sako Schädel, „bet nežinome, kur.“

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. iškeltą fizikos teoretiko Paulo Indelicato'o iš Pierre ir Marie Curie universiteto Paryžiuje ir jo kolegų, šių laukų kvantinis nestabilumas galiausiai pribaigtų elementus, kurių atominis skaičius didesnis, nei 172.

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? „Chemikai nori pamatyti chemines sąveikas,“ sako Schädelis.

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. „Tai visiškai naujas metalo nustatymo būdas.“

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. „Tai terra incognita žvalgymas, ėjimas į vietas, kur anksčiau niekas kitas nė nežvilgtelėjo,“ sako jis.

Celeste Biever yra Nature naujienų redaktorė

Celeste Biever
New Scientist № 2977

Komentarai (8)