Veszprémi Tamás

Általános kémia

Negyedik, átdolgozott kiadás

4. kiad.

10.3.5. Hová kerüljenek a jövőbeli elemek?

A periódusos rendszer jelenleg 118 elemet tartalmaz, közöttük jó néhány olyat, amely a XXI. század szülötte. És noha elég valószínű, hogy ezeket a rendkívül rövid életű atomokat sohasem fogják széles körben felhasználni, de még csak előállítani sem, azt azért nyilvánvalóan nem mondhatjuk, hogy a periódusos rendszer lezárt, végleges. Ha viszont ezt elfogadjuk, rögtön felmerül a kérdés, hová kerülnek a majdan felfedezendő, jövőbeli elemek? Ez annál is érdekesebb felvetés, mivel a 118as oganeszonnal teljessé vált a periódusos rendszer 7. sora, hiszen az elektronkonfigurációja [Rn]5f146d107s27p6 – vagyis a 118. elem egy nemesgáz.

10.9. megoldás

A francium atomsugara az alkáliak trendje alapján kicsit nagyobb, mint a céziumé, legyen a becslésünk szerint 0,27 nm = 2,7 Å. Ebből kiszámítható egy atom térfogata, melyet ha megszorzunk az Avogadro-számmal, megkapjuk 1 mólnyi franciumatom térfogatát:

A francium atomtömege 223 g/mol, így az ebből számítható sűrűség:

Természetesen az anyag valódi sűrűsége ennél jóval kisebb, hiszen a kristály még a legkompaktabb elrendezésében sem tölti ki teljesen a rendelkezésre álló teret, és a kristályhibák is erőteljesen csökkentik a sűrűséget. Feltételezve, hogy a francium kristályszerkezete térben centrált köbös, ugyanúgy, mint a többi alkálifémé (lásd 6.1.3.2. pont), melyben az atomok a tér 68%-át töltik ki, a számított sűrűség:

d = 4,5·0,68 = 3,06 g/cm3.

Megjegyezzük, hogy az alkálifémek sűrűségei alapján a fenti becslés meglehetősen gyenge. A Li–Na-K–Rb–Cs sorban az ismert sűrűségek: 0,53–0,97–0,86–1,53–1,87 g/cm3. Ennek alapján a francium sűrűsége nagy valószínűséggel 2 g/cm3 körül van.

10.10. megoldás

Ilyen nem lehetséges, mivel az első elektron eltávolítása után a többi elektronra jóval nagyobb effektív magtöltés hat, ezért eltávolításuk is sokkal nagyobb energiabefektetést igényel.

A következő, 119. elemmel új periódus kezdődik, ez nyilvánvalóan egy alkálifém lesz, a soron következő 120as pedig egy alkáliföldfém. Eddig rendben is vagyunk, de mi jön ezután? Ezt kiokoskodhatjuk a 10.29. ábrából, illetve annak fel nem rajzolt kiegészítéséből. Ami tehát következik, az teljesen új: az 5gpályák betöltődése. Új sort kell kreálnunk a periódusos rendszer felemeit tartalmazó rész alá, egy 18 férőhelyes kabinsort a gelemek részére! Ami azért is nagyszerű, mert ezzel el is jutunk a 138. elemig. És mi jöhet ezután? Ha csak a táblázat alakját, valamint a 10.29. ábrát nézzük, ezután következnének a majdani 6f, majd a 7delemek, végül pedig a 8ppályák betöltődésével egészen a 168. elemig teljessé válna a periódus.

Csakhogy a világ ennél kicsit bonyolultabb! Ezek az ultranagy atomok már nem egészen úgy viselkednek, mint a kisebbek. A belső pályák egyre közelebb kerülnek a hatalmas atommaghoz, és hogy az ezeken levő elektronok ne essenek a magba, a kis távolságot óriási sebességgel kompenzálják. Ez viszont a relativitáselmélet szerint tömegnövekedéssel jár, a megnövekedett tömeg pedig a belső héjak összehúzódását okozza. Ez az ún. relativisztikus kontrakció. Ahhoz, hogy ezt beépítsük a modellbe, egyre inkább figyelembe kell venni a relativitáselméletet és mindazon effektusokat, melyek ebből származnak.

A számítások szerint az 5gpályák betöltődése után nem a 6f vagy a 7dpályák feltöltése következik, hanem a hatalmas spinpálya csatolás miatt meglepetésre a 8ppályáké indul meg, és majd csak a 8p2 elektronkonfiguráció után következnek a 6f, majd a 7dpályák. És csak miután ezek is mind telítődtek – no nem, még mindig nem a 8ppályák betöltése folytatódik. Előbb a 9s2, majd pedig a 9p2 konfiguráció épül fel, és majd csak ezután fejeződik be a 8ppályák betöltődése! Mindez a furcsa kavarodás látható a 10.35. ábrán.

10.35. ábra. A periódusos rendszer felépítése 172 elemmel

Merőben új dolgot látunk tehát, mely az eddigi szép szabályosságot bizony rútul megzavarja, és átadja a helyét valamiféle látszólagos összevisszaságnak. A 10.28–10.29. ábrák tovább már nem érvényesek, a periódusos rendszer felépítésében újabb furcsaságok lépnek fel, melyeket az eddigi egyszerű szabályokkal nem is próbálunk értelmezni.

Meddig juthatunk így el? Létezike valamilyen elvi határ, mely a periódusos rendszer végét, legutolsó elemét jelentheti? Minél nehezebb egy elem, annál nagyobb a belső elektronok kötési energiája. Valahol a 172–173as rendszám környékén az 1selektronok kötési energiája eléri az elektron tömegének kétszeresét (1,022 MeVot – ne felejtsük el: E = mc2), ez az energia pedig spontán egy elektronpozitron párt kelt – és ez elég is ahhoz, hogy az atom keletkezése pillanatában azonnal szét is essen. Más elméletek szerint már a 118as oganeszonnál is oly erősek a relativisztikus effektusok, hogy már nem is beszélhetünk az atom héjszerkezetéről. A számítások alapján ez a „nemesgáz” se nem nemes, se nem gáz, hanem egy kb. 52 oC-on olvadó, meglehetősen reaktív elem. (További részletekhez lásd Physical Chemistry, Chemical Physics, 2011, 13. kötet, 161. oldal és Nature Chemistry, 2019. január, 11. kötet, 2. oldal.)

Keressük a 119-est!

Keressük, de hogyan? Atommag-átalakítások segítségével a 117-es tenessziumból hetente, a 118-as oganeszonból néhány havonta egyetlen atomot sikerült előállítani. Pedig a recept nagyon egyszerű. Vegyünk néhány mg berkéliumot, és bombázzuk a fénysebesség 1/10-ére felgyorsított titánionokkal. És folytassuk mindezt néhány éven át. Természetesen eközben ehetünk, ihatunk, olvasgathatunk, még moziba, színházba is járhatunk, hogy elüssük az időt, de mindenekelőtt nagyon-nagyon türelmesnek kell lennünk. A kísérlet során várhatóan minden 1018 berkéliumatommal ütköző titánion létrehoz egy 119-es elemet. Évente nagyjából egyet – ami sajnos a másodperc töredéke alatt szét is esik!

(Olvasnivaló: Nature, 565. kötet, 553. oldal, 2019.)

A misztikus aszteroid

A 33 Polyhymnia a Mars és a Jupiter közötti kisbolygóövben található kb. 54 km átmérőjű aszteroid, melyet Jean Chacornac fedezett fel még 1854-ben. Gravitációs vonzása alapján 2012-ben a tömegét is megbecsülték, ami (6,2±0,74)·1018 kg-nak adódott. Mindezekből az aszteroid sűrűségére megdöbbentő adat, 75g·cm-3 körüli érték adódik! Ami, még a számítás bizonytalanságát figyelembe véve is csak úgy képzelhető el, ha a teljes égitest valamilyen, még fel sem fedezett szupernehéz elemből áll, mondjuk például a 164-es rendszámúból, melynek számított sűrűsége 68,4 g·cm-3.

Mindenesetre azért azt se feledjük el, hogy az ilyen távoli és apró égitestek méretét és főként a gravitációját csak rendkívül pontatlanul tudjuk mérni, ezért az adatokat egyelőre komoly fenntartással kell fogadnunk – és semmiképpen sem elfogadnunk!

(Olvasnivaló: The European Physics Journal Plus, 138. kötet, 812. oldal, 2023)

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

Nyomtatott megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 114 6

Kémia

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimer-kémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több – tipográfiailag is elkülönített – szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolat-menet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz – másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/altalanos-kemia-uj//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero