מערערים את היסודות

מדענים הוסיפו ארבעה יסודות חדשים לטבלה המחזורית

פחות ממאה חומרים שונים מרכיבים את כל עולמנו: מימן, ברזל, פחמן, זהב וחמצן הם אחדים מהיסודות שצירופים שונים שלהם מרכיבים את כל היקום – מהשמש והכוכבים האחרים ועד מחשבים, צמחים, אופניים ובעלי חיים. ב-1869, כשהמדען הרוסי דמיטרי מנדלייב (Mendeleev, או ליתר דיוק Менделе́ев) פיתח טבלה שהיסודות מאורגנים בה על פי תכונותיהם, רבים מהם לא התגלו עדיין, אך מנדלייב שיער שהם קיימים בשל החללים שנותרו בטבלה. היסודות ה"חסרים" נתגלו בזה אחר זה, והטבלה הושלמה בשנות הארבעים של המאה ה-20, כאשר המדענים החלו לפצח את סודות האטום ולהבין שאפשר לייצר יסודות חדשים בתהליכים גרעיניים.

הטבלה המחזורית המעודכנת| איור Shutterstock 

בהמשך התברר כי גם היסודות שהיו קשים ביותר לגילוי, ויוצרו במעבדה, קיימים בטבע בכמויות זעירות. כל זה נכון עד היסוד אורניום, שמספרו האטומי 92 (כלומר, בגרעין שלו יש 92 פרוטונים). בד בבד עם גילוי היסודות ה"חסרים" החלו מדענים לשאול את עצמם: מה יקרה אם ינסו לייצר יסודות כבדים יותר מאורניום? כאלה שאינם קיימים בטבע? ואכן, ב-1940 הצליחו מדענים באוניברסיטת ברקלי לייצר במאיץ חלקיקים יסוד חדש, שבגרעינו 93 פרוטונים (נפטוניום), ובתוך זמן קצר ייצרו גם את היסוד שמספרו האטומי 94, והוא יציב מעט יותר – פלוטוניום. לימים התברר שגם פלוטוניום נוצר בכמויות זעירות באופן טבעי, אבל המידע הזה – כמו המידע על ייצור הפלוטוניום עצמו – נשמר בסוד במשך שנים בשל השימוש בו בפצצות גרעיניות.

עם התקדמות הידע והטכנולוגיה של מאיצי חלקיקים, הצליחו מדענים לייצר באופן מלאכותי עוד ועוד יסודות כבדים: לוקחים יסודות בעלי גרעינים כבדים יחסית, וגורמים להם להתנגש אלה באלה בעוצמה אדירה. כך נוצרים גרעינים של יסודות כבדים עוד יותר. הבעיה היא שרוב הגרעינים האלה אינם יציבים – הם מתפרקים בתוך שברירי שניות. לעתים החוקרים אפילו אינם מצליחים ללכוד אטומים של יסוד כזה, אלא רק להסיק מתוצרי ההתפרקות שהוא אכן היה קיים להרף עין.

ככל שהיסודות הם בעלי גרעין כבד יותר, כך קשה יותר לייצרם במעבדה, וגילוי יסודות חדשים הפך אפוא קשה יותר ויותר. בשנות השמונים והתשעים יצרו מדענים שישה יסודות חדשים (112-107), ורק ב-2011 אישרה ועדה של האיגוד העולמי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) את קיומם של שני יסודות נוספים, 114 ו-116. בעת האחרונה בחנה הוועדה את הראיות לקיומם של ארבעת היסודות ה"חסרים" בשורה התחתונה של הטבלה המחזורית, ואישרה כעת את הגילוי של ארבעתם.

את היסוד 113 הצליחה לייצר קבוצת חוקרים ממכון ריקן ביפן, שתזכה כנראה להנציח את ארצה בשם היסוד, ג'פוניום. הגילוי של היסודות 115 ו-117 נרשם לזכות שיתוף הפעולה בין המכון הגרעיני בדובנה (Dubna) שברוסיה, המעבדה הלאומית האמריקנית ליברמור (Livermore) בקליפורניה והמעבדה הלאומית האמריקנית אוק רידג' (Oak Ridge) בטנסי. שתי המעבדות הראשונות חתומות גם על גילוי היסוד 118, הכבד ביותר שיוצר עד כה.

כמה מעבדות מחקר מתחרות כעת על ייצור היסודות הבאים. פיזיקאים רבים סבורים כי אפשר ליצור את היסודות 119 ו-120, אך מעבר לכך נראה שהדחייה בין הפרוטונים תגבר על הכוח הגרעיני המחזיק אותם יחד, ויסודות כאלה לא יוכלו להתקיים אפילו לשבריר שנייה.

איתי נבו
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.