آیا جدول تناوبی روزی کامل خواهد شد؟

آخرین بار که اعضای جدیدی به جدول تناوبی اضافه شدند، یک دهه پیش بود. عناصر ۱۱۳، ۱۱۵، ۱۱۷ و ۱۱۸ همگی جایگاهی در این جدول پیدا کردند.

نهاد بین‌المللی ناظر بر جدول تناوبی نیز کاری انجام داد که پیش از آن فقط یک بار جرات انجامش را داشت: نام‌گذاری یکی از این عناصر به نام یک فیزیکدان زنده.

یوری اوگانسیان رهبری گروه پژوهشی مشترک روسیه و آمریکا را بر عهده داشت که در سال ۲۰۰۲ عنصر ۱۱۸ یا اوگانسون را کشف کرد. تایید این یافته سال‌ها طول کشید، چون این عنصر آن‌قدر پرتوزاست که تاکنون فقط چند اتم از آن ساخته شده است.

شاید یکی از خودش بپرسد چرا در ۱۰ سال گذشته هیچ عنصر تازه‌ای اضافه نشده و آیا ممکن است روزی جدول تناوبی کامل تلقی شود؟

جدول تناوبی چیست؟

جدول تناوبی در اصل نقشه‌ای از عناصر شیمیایی است؛ جدولی متشکل از خانه‌هایی که با نمادهای شیمیایی عناصر پر شده‌اند. این جدول در طول سال‌ها بارها بازطراحی شده است.

عنصر، ماده‌ای خالص است که تنها از یک نوع اتم تشکیل شده باشد. اتم‌ها اجزای بنیادی ماده‌اند و دارای هسته‌ای هستند که معمولا شامل پروتون‌های دارای بار مثبت و نوترون‌های بدون بار است و الکترون‌های دارای بار منفی پیرامون آن قرار دارند.

مجموع عناصر جدول تناوبی همه چیزهایی را که در جهان می‌شناسیم، از جمله خود ما، تشکیل می‌دهند.

در اوایل دهه ۱۸۰۰، عناصر زیادی کشف شده بودند، اما به شکل منظم و نظام‌مند سازمان‌دهی نشده بودند. چندین پیشگام جدول تناوبی تلاش کردند این وضعیت را تغییر دهند.

یکی از آن‌ها شیمیدان بریتانیایی جان نیولندز بود.

او عناصر را بر اساس وزن اتمی (معیاری برای سنجش جرم اتم) مرتب کرد و متوجه شد هر عنصر هشتم ویژگی‌های مشابهی دارد. برای نمونه، لیتیوم، سدیم و پتاسیم با فاصله هشت جایگاه از یکدیگر قرار گرفته‌اند و با آب به شکل مشابهی واکنش می‌دهند.

او این الگو را «قانون اکتاوها» نامید.

دیمیتری مندلیف، شیمیدان روس که معمولا از او به عنوان پدر جدول تناوبی یاد می‌شود، ایده تکرار ویژگی‌ها را گسترش داد و آن را به چیزی تبدیل کرد که امروز «قانون تناوبی» نامیده می‌شود.

او در سال ۱۸۶۹ چارچوب جدول تناوبی مدرن را ارائه کرد؛ جدولی که عناصر در آن بر اساس وزن اتمی مرتب شده بودند.

برخلاف نسخه نیولندز، در جدول او جاهای خالی برای عناصر کشف ‌نشده وجود داشت و زمانی که این عناصر بعدا پیدا شدند، کار او مورد توجه قرار گرفت.

امروزه عناصر جدول تناوبی بر اساس عدد اتمی تعریف و سازمان‌دهی می‌شوند؛ یعنی تعداد پروتون‌های موجود در هسته. هیدروژن یک پروتون دارد، در حالی که اوگانسون ۱۱۸ پروتون دارد.

عناصر موجود در یک ستون، ویژگی‌های شیمیایی مشابهی دارند؛ از جمله نحوه واکنش با مواد دیگر.

آن‌ها اغلب در ویژگی‌های فیزیکی مانند نقطه ذوب نیز از الگوی مشابهی پیروی می‌کنند و همین موضوع به دانشمندان کمک می‌کند رفتار آن‌ها را پیش‌بینی کنند. برای مثال مهندسان می‌توانند از جدول تناوبی برای انتخاب مواد در طراحی پل‌ها و هواپیماها استفاده کنند.

اگر دانشمندی معتقد باشد عنصر تازه‌ای را شناسایی کرده، نهادی جهانی به نام اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی بررسی می‌کند که آیا این عنصر واقعا وجود دارد و شایسته جایگاهی در جدول هست یا نه؛ فرآیندی که ممکن است سال‌ها طول بکشد.

تصور می‌شود همه عناصر طبیعی موجود روی زمین تاکنون کشف شده‌اند و آن‌ها بیشتر جدول تناوبی را تشکیل می‌دهند. عناصر سنگین‌تر باید به ‌طور مصنوعی در آزمایشگاه و از طریق ترکیب دو عنصر سبک‌تر ساخته شوند.

دانشمندان با پیشرفت فناوری توانسته‌اند عناصر فوق‌سنگین بیشتری به جدول اضافه کنند. اما اگرچه از نظر نظری انسان‌ها می‌توانند همچنان برای ساخت عناصر تازه تلاش کنند، اما این کار روز به ‌روز دشوارتر می‌شود.

ساخت عناصر تازه

پروفسور فیل بلاور، رئیس بخش شیمی و زیست‌شناسی تصویربرداری در کینگز کالج لندن، توضیح می‌دهد که برای آنکه بتوان عناصر سبک‌تر را با هم برخورد داد و عناصر بزرگ‌تر ساخت، «باید به شرایطی با انرژی بسیار بالاتر برسیم و این یعنی ساخت سیکلوترون‌ها یا شتاب‌دهنده‌های بزرگ‌تر و بزرگ‌تر».

او می‌گوید: «هرچه عناصر بزرگ‌تر و سنگین‌تر می‌شوند، ناپایدارتر می‌شوند، چون تعداد پروتون‌های موجود در هسته بیشتر می‌شود.»

نسبت میان پروتون‌ها و نوترون‌ها در هسته تعیین می‌کند که هسته پایدار باشد یا ناپایدار. پروتون‌های دارای بار مثبت به ‌طور طبیعی یکدیگر را دفع می‌کنند، اما حضور نوترون‌ها می‌تواند آن‌ها را کنار هم نگه دارد.

دکتر چینزیا ایمبرتی، رهبر گروه تصویربرداری متالومیکس در کینگز کالج لندن می‌گوید: «وقتی عناصر سنگین‌تر می‌سازید، در واقع پروتون‌های بیشتری به هسته اضافه می‌کنید و برای جلوگیری از فروپاشی آن، به تعداد بیشتری نوترون نیاز دارید.»

هر عنصر می‌تواند با تعداد متفاوتی نوترون وجود داشته باشد. این گونه‌های متفاوت را ایزوتوپ می‌نامند. ایزوتوپ‌های ناپایدار پرتوزا هستند و با انتشار تابش تجزیه می‌شوند.

او می‌گوید: «شما فقط چند اتم می‌سازید و شاید بتوانید کمی درباره ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها بدانید. اما هیچ کاربرد عملی ندارند.»

با این حال، جست‌وجو برای عناصر بعدی، یعنی عناصری که جدول تناوبی را وارد ردیفی تازه خواهند کرد، ادامه دارد.

تلاش‌های زیادی برای یافتن عناصر ۱۱۹ و ۱۲۰ تاکنون شکست خورده، اما گروه‌های پژوهشی مختلف همچنان در حال آزمایش هستند. دانشمندان می‌گویند بررسی عناصر در مرزهای نهایی جدول می‌تواند درک تازه‌ای از نحوه عملکرد اتم‌ها، محدودیت‌های هسته اتمی و امکان آزمایش نظریه‌های فیزیک هسته‌ای به ما بدهد.

دکتر ایمبرتی می‌گوید: «فقط نباید به این فکر کنیم که آیا می‌توانیم آن را بسازیم یا نه، بلکه باید ببینیم آیا آن عنصر آن‌قدر دوام می‌آورد که بتوانیم به شکلی معنادار، پیش از آنکه ناپدید شود آن را کشف کنیم یا چیزی درباره‌اش بیاموزیم.»