Litio ed elio sono correlati. Sorpresa: indovina qual è il terzo elemento più abbondante nell'Universo? I segreti dei gas nobili

Litio

Elio

L'elio occupa la seconda posizione nella tavola periodica dopo l'idrogeno. La massa atomica dell'elio è 4,0026. È un gas inerte senza colore. La sua densità è di 0,178 grammi per litro. L'elio è più difficile da liquefare di tutti i gas conosciuti solo a una temperatura di meno 268,93 gradi Celsius e praticamente non si solidifica. Raffreddato a meno 270,98 gradi Celsius, l'elio acquisisce superfluidità. L'elio si forma più spesso a causa del decadimento di atomi di grandi dimensioni. Sulla Terra è distribuito in piccole quantità, ma sul Sole, dove c'è un intenso decadimento degli atomi, c'è molto elio. Tutti questi dati sono, per così dire, dati del passaporto e sono ben noti.

Trattiamo le topologie dell'elio e prima ne determineremo le dimensioni. Dato che la massa atomica dell'elio è quattro volte quella dell'idrogeno e l'atomo di idrogeno è 1840 volte più pesante di un elettrone, otteniamo la massa di un atomo di elio pari a 7360 elettroni; quindi il numero totale di globuli eterei in un atomo di elio è di circa 22.000; la lunghezza della corda dell'atomo ed il diametro del toro originario sono rispettivamente pari a 7360 e 2300 sfere eteree. Per visualizzare il rapporto tra lo spessore del cordone del toro originario dell'atomo di elio e il suo diametro, tracciamo su un foglio di carta con una penna un cerchio del diametro di 370 millimetri, e tracciamo dal la penna ha una larghezza di un terzo di millimetro; il cerchio risultante ci darà la rappresentazione indicata. Un elettrone (sfere eteree incorporate) occuperà solo 0,15 millimetri sul cerchio disegnato.

La torsione del toro originale nella forma finita dell'atomo di elio avviene come segue. In primo luogo, il cerchio viene appiattito in un ovale, quindi nella forma di un manubrio, quindi in una figura a otto, quindi gli anelli della figura a otto si aprono in modo che si verifichi una sovrapposizione. A proposito, non si forma la sovrapposizione di atomi più grandi, e questo è spiegato dal fatto che la lunghezza della corda sull'atomo di elio non è ancora grande, e quando i punti medi della corda tendono ad avvicinarsi, i bordi ( loop) sono costretti a svolgersi. Inoltre, i bordi si piegheranno e inizieranno a convergere.

Fino a questo punto, la topologia dell'atomo di elio, come vediamo, è simile alla topologia dell'atomo dell'isotopo di idrogeno - trizio, ma se il trizio non aveva abbastanza forza per chiudere i bordi (non c'era abbastanza lunghezza di il suo cordone), quindi i cappi dell'elio si spostano uno sopra l'altro e quindi si chiudono. Per verificare l'affidabilità del collegamento delle spire è sufficiente seguire la posizione dei loro lati di aspirazione: per l'ansa interna sarà dall'esterno, per l'ansa esterna sarà dall'interno.

È molto conveniente rappresentare la topologia degli atomi sotto forma di modelli a filo; per fare ciò è sufficiente utilizzare un filo moderatamente elastico, ma sufficientemente plastico. L'atomo di idrogeno sarà rappresentato come un normale anello. Aumentiamo la lunghezza di un pezzo di filo quattro volte (tante volte l'atomo di elio è più pesante dell'atomo di idrogeno), lo arrotoliamo in un anello, saldiamo le estremità e dimostriamo il processo di torsione dell'atomo di elio. Durante la torsione, dobbiamo costantemente ricordare che i raggi di curvatura non devono essere inferiori al raggio dell'anello, che è un atomo di idrogeno; è, per così dire, una condizione determinata dall'elasticità del cordone: i gusci del toro. (In natura, ricordiamo, il raggio minimo era pari a 285 sfere eteree.) Il raggio minimo di curvatura accettato determina la topologia di tutti gli atomi; e un'altra cosa: la conseguenza degli stessi raggi di curvatura saranno le stesse dimensioni delle anse di aspirazione (una sorta di standardizzazione delle stesse), e quindi formeranno una valenza stabile, espressa nella capacità di collegare tra loro atomi diversi. Se le cerniere avessero dimensioni diverse, la loro connessione sarebbe problematica.

Portando alla fine il processo di torsione del modello a filo dell'atomo di elio, troviamo che gli anelli sovrapposti non vengono spinti uno sopra l'altro fino a quando non si fermano. Più precisamente, preferirebbero attorcigliarsi ulteriormente, ma l'elasticità della corda, cioè la condizione del raggio minimo, non lo consente. E ad ogni tentativo delle spire di andare ancora più lontano, l'elasticità della corda le rigetterà indietro; rimbalzando, si precipiteranno di nuovo in avanti, e di nuovo l'elasticità li rigetterà indietro; in questo caso, l'atomo di elio si restringe, quindi fiorisce, cioè si verifica una pulsazione. La pulsazione, a sua volta, creerà un campo termico permanente attorno all'atomo e lo renderà soffice; quindi siamo giunti alla conclusione che l'elio è un gas.

Anche altre caratteristiche fisiche e chimiche dell'elio possono essere spiegate sulla base della topologia. La sua inerzia, ad esempio, è indicata dal fatto che i suoi atomi non hanno né anelli di aspirazione aperti né canali di aspirazione: non è affatto in grado di combinarsi con altri atomi, quindi è sempre atomico e praticamente non indurisce. L'elio non ha colore perché i suoi atomi non hanno sezioni di corde dritte che "suonano"; e la superfluidità deriva da qualsiasi mancanza di viscosità (attaccamento degli atomi), forma arrotondata e piccola dimensione dell'atomo.

Come l'idrogeno, gli atomi di elio non hanno le stesse dimensioni: alcuni sono più grandi, altri sono più piccoli e in generale occupano quasi l'intero spazio di peso dall'idrogeno (trizio) al litio dopo l'elio; gli isotopi meno durevoli dell'elio, ovviamente, sono già decaduti molto tempo fa, ma è possibile contarne più di cento che esistono attualmente.

Nella tavola periodica, l'elio è posizionato meglio non alla fine del primo periodo - nella stessa riga con l'idrogeno, ma all'inizio del secondo periodo prima del litio, perché il suo atomo, come gli atomi di questo intero periodo, è un struttura singola (glomerulo singolo), mentre come un atomo del prossimo gas inerte, neon, si presenta già come una struttura accoppiata, simile in questa caratteristica agli atomi del terzo periodo.

Il litio occupa il terzo numero della tavola periodica; la sua massa atomica è 6,94; appartiene ai metalli alcalini. Il litio è il più leggero di tutti i metalli: la sua densità è di 0,53 grammi per centimetro cubo. È di colore bianco argenteo con una brillante lucentezza metallica. Il litio è morbido e si taglia facilmente con un coltello. Nell'aria, si attenua rapidamente, combinandosi con l'ossigeno. Il punto di fusione del litio è di 180,5 gradi Celsius. Sono noti isotopi di litio con peso atomico 6 e 7. Il primo isotopo è usato per produrre l'isotopo pesante dell'idrogeno, il trizio; un altro isotopo del litio viene utilizzato come refrigerante nelle caldaie dei reattori nucleari. Questi sono i dati fisici e chimici generali del litio.

Ricominciamo la topologia degli atomi di litio con una comprensione delle dimensioni del toro originale. Ora sappiamo che ogni elemento chimico, compreso il litio, ha un gran numero di isotopi, misurati in centinaia e migliaia; pertanto, le dimensioni degli atomi saranno indicate da ... a .... Ma cosa significano questi limiti? Si possono determinare esattamente? O sono approssimativi? E qual è il rapporto degli isotopi? Diciamo subito: non ci sono risposte univoche alle domande poste; ogni volta è necessario intromettersi in una specifica topologia di atomi. Diamo un'occhiata a questi problemi usando l'esempio del litio.

Come abbiamo notato, il passaggio dal protio all'elio dal punto di vista della topologia avviene in modo sistematico: con un aumento delle dimensioni del toro iniziale, la configurazione finale degli atomi cambia gradualmente. Ma le proprietà fisiche e, soprattutto, chimiche degli atomi nel passaggio dal protio all'elio cambiano in modo più che significativo, piuttosto radicale: dall'attrazione universale del protio alla completa inerzia dell'elio. Dove, su quale isotopo è successo?

Tali salti nelle proprietà sono associati a salti dimensionali degli isotopi. Un grande atomo di idrogeno (trizio), che assume la forma di un atomo di elio, risulta radioattivo, cioè fragile. Ciò è dovuto al fatto che i suoi bordi curvi degli anelli non si raggiungono e si può immaginare come svolazzano, precipitandosi verso. Assomigliano alle mani di due persone su barche divergenti, che cercano impotenti di allungarsi e aggrapparsi. La pressione eterica esterna premerà così fortemente sulle mensole dei cicli svolazzanti di atomi che non porterà al bene; dopo aver ricevuto anche una leggera pressione aggiuntiva dal lato, le console si spezzeranno: non resisteranno alla curvatura acuta del cavo e l'atomo crollerà; è così che succede. Pertanto, possiamo dire che si osservano cali tra gli isotopi ai confini delle transizioni fisico-chimiche esistenti: semplicemente non ci sono isotopi lì.

Un divario simile esiste tra elio e litio: se un atomo non è più elio, ma non ancora litio, allora è fragile ed è assente da tempo dalle condizioni terrestri. Pertanto, l'isotopo di litio con peso atomico sei, cioè con un cordone toroidale di 11 sfere eteree, è molto raro e, come detto, viene utilizzato per ottenere il trizio: è facile romperlo, accorciarlo e ottenere un isotopo di idrogeno come risultato.

Quindi, a quanto pare, abbiamo deciso la dimensione più piccola di un atomo di litio: questi sono 11 elettroni legati. Per quanto riguarda il suo limite superiore, qui c'è qualche intoppo: il fatto è che, secondo la topologia, l'atomo di litio non differisce molto dall'atomo del successivo atomo di berillio (lo vedremo presto), e non ci sono isotopi di nessuno dei due elementi nessun errore. Pertanto, per il momento, non indicheremo il limite superiore della dimensione dell'atomo di litio.

Seguiamo la formazione dell'atomo di litio. Il cerchio iniziale di un microvortice appena formato con le dimensioni sopra indicate tenderà a trasformarsi in un ovale; solo nel litio, l'ovale è molto lungo: circa 8 volte più lungo del diametro dell'arrotondamento di estremità (ansa futura); è un ovale molto allungato. L'inizio della coagulazione dell'atomo di litio è simile allo stesso inizio per i grandi atomi di idrogeno e per l'elio, ma poi si verifica una deviazione: la figura otto con una sovrapposizione, cioè con un giro degli anelli, non si verifica; l'ulteriore convergenza dei lati lunghi (corde) dell'ovale fino a che non sono a pieno contatto è accompagnata da una contemporanea piegatura delle estremità l'una verso l'altra.

Perché non si forma un otto con una sovrapposizione? Innanzitutto perché l'ovale è molto lungo, e anche la sua completa flessione nel manubrio fino a quando le corde si toccano nel mezzo non fa piegare fortemente; pertanto, il potenziale di inversione dei cicli estremi è molto debole. E in secondo luogo, l'inizio della piegatura delle estremità dell'ovale contrasta in una certa misura la svolta. In altre parole: il momento attivo delle forze che tendono a ruotare le spire terminali è molto piccolo e il momento di resistenza alla spira è grande.

Per chiarezza, utilizzeremo anelli di gomma, ad esempio quelli utilizzati nelle guarnizioni delle macchine. Se pizzichi un anello di piccolo diametro, si arriccerà sicuramente in una figura a otto con una sovrapposizione; e se scegli un anello di grande diametro, il suo pizzicamento fino a quando le corde non sono a pieno contatto non provoca una rotazione degli anelli terminali. A proposito: questi anelli di gomma sono anche molto convenienti per modellare la topologia degli atomi; se, ovviamente, ce n'è una vasta gamma.

La flessione delle estremità dell'ovale è causata, come già sappiamo, dalla perturbazione dell'etere tra di loro: essendosi leggermente allontanate dalla posizione idealmente diritta, saranno già costrette ad avvicinarsi al pieno contatto. Ciò significa che le estremità non possono essere piegate in direzioni diverse. Ma con la direzione della curva, hanno una scelta: in modo che i lati di aspirazione degli anelli terminali siano all'esterno o all'interno. La prima variante è più probabile, perché il momento delle forze di repulsione dei gusci rotanti della corda dall'etere adiacente nei punti esterni degli anelli sarà maggiore che in quelli interni.

I lati in avvicinamento dell'ovale entreranno molto presto in contatto, l'arco delle corde si estenderà dal centro alle estremità e si fermerà solo quando alle estremità si formeranno finalmente anelli con i raggi di curvatura minimi consentiti. Le curve che si verificano simultaneamente e l'avvicinamento reciproco di questi anelli portano a una collisione dei loro vertici, dopodiché entrano in gioco i loro lati di aspirazione: gli anelli, aspiranti, si immergono in profondità; e il processo di formazione della configurazione dell'atomo di litio è completato dal fatto che le anse spostate appoggiano i loro vertici contro le corde accoppiate esattamente al centro della struttura. A distanza, questa configurazione dell'atomo ricorda un cuore o, più precisamente, una mela.

La prima conclusione si suggerisce: l'atomo di litio inizia quando le cime degli anelli primari accoppiati che si sono tuffati nella struttura raggiungono le corde nel mezzo dell'atomo. E prima non c'era ancora il litio, ma qualche altro elemento, che ora non è più in natura; il suo atomo era estremamente instabile, pulsava molto forte, era quindi lanuginoso e apparteneva ai gas. Ma anche l'atomo dell'iniziale isotopo di litio (lo abbiamo definito composto da 11.000 elettroni legati) risulta essere poco forte: i raggi di curvatura delle sue anse sono limitanti, cioè le corde elastiche sono piegate al limite, e con qualsiasi impatto esterno sono pronti a scoppiare. Per atomi più grandi, questo punto debole viene eliminato.

Rappresentando l'immagine di un atomo di litio in base ai risultati della topologia, si può valutare cosa è successo. I due circuiti primari sono stati chiusi e neutralizzati e anche i circuiti secondari su entrambi i lati dei circuiti primari sono stati neutralizzati. Le corde accoppiate hanno creato un solco, e questo solco corre lungo l'intero contorno dell'atomo - è, per così dire, chiuso in un anello - e il suo lato di aspirazione si è rivelato esterno. Da ciò ne consegue che gli atomi di litio possono combinarsi tra loro e con altri atomi solo con l'ausilio delle loro scanalature di aspirazione; un atomo di litio non può formare un composto molecolare ad anello.

Le vasche di aspirazione degli atomi di litio fortemente convesse possono essere collegate tra loro solo per brevi tratti (teoricamente, in punti), e quindi la struttura spaziale degli atomi di litio collegati tra loro risulta essere molto lasca e rada; da qui la bassa densità del litio: è quasi due volte più leggero dell'acqua.

Litio - metallo; le sue proprietà metalliche derivano dalle peculiarità delle forme dei suoi atomi. Si può dire in altro modo: si chiamano metalliche quelle proprietà speciali del litio, che sono dovute alle particolari forme dei suoi atomi e che lo rendono fisicamente e chimicamente diverso dalle altre sostanze; Diamo un'occhiata ad alcuni di loro:

conducibilità elettrica: nasce dal fatto che gli atomi sono anulari da cordoni accoppiati, creando delle depressioni di aspirazione, si aprono verso l'esterno, abbracciando gli atomi lungo il contorno e chiudendosi su se stessi; gli elettroni attaccati a questi solchi possono muoversi liberamente lungo di essi (ricordiamo ancora una volta che sorgono difficoltà quando gli elettroni sono separati dagli atomi); e poiché gli atomi sono collegati tra loro dagli stessi solchi, allora gli elettroni hanno la capacità di saltare da un atomo all'altro, cioè di muoversi intorno al corpo;

conducibilità termica: le corde elasticamente curve di un atomo formano una struttura elastica estremamente rigida, che praticamente non assorbe gli shock (termici) di grande ampiezza a bassa frequenza degli atomi vicini, ma li trasmette ulteriormente; e se non ci fossero possibili perturbazioni nei loro contatti (dislocazioni) nello spessore degli atomi, allora l'onda termica si propagherebbe con grande velocità;
brillantezza: gli impatti ad alta frequenza e bassa ampiezza delle onde luminose dell'etere vengono facilmente riflessi dalle corde intensamente curve degli atomi e vanno via, obbedendo alle leggi della riflessione delle onde; l'atomo di litio non ha tratti rettilinei di cordone, quindi non ha un proprio “suono”, cioè non ha un proprio colore - il litio è quindi bianco argenteo con una forte lucentezza sulle sezioni;
plasticità: gli atomi di litio arrotondati possono essere collegati tra loro in qualsiasi modo; possono, senza rompersi, rotolarsi l'uno sull'altro; e questo si esprime nel fatto che un corpo fatto di litio può cambiare forma senza perdere la sua integrità, cioè essere plastico (morbido); di conseguenza, il litio viene tagliato senza troppe difficoltà con un coltello.

Utilizzando l'esempio delle note caratteristiche fisiche del litio, si può chiarire il concetto stesso di metallo: il metallo è una sostanza composta da atomi con corde fortemente curve che formano depressioni di aspirazione sagomate aperte verso l'esterno; atomi di metalli pronunciati (alcalini) non hanno anelli di aspirazione aperti e sezioni di corda dritte o leggermente curve. Pertanto, il litio in condizioni normali non può combinarsi con l'idrogeno, poiché l'atomo di idrogeno è un anello. La loro connessione non può che essere ipotetica: nel freddo profondo, quando l'idrogeno si solidifica, le sue molecole possono combinarsi con gli atomi di litio; ma tutto mostra che la loro lega sarebbe morbida come il litio stesso.

Allo stesso tempo, chiariamo il concetto di plasticità: la plasticità dei metalli è determinata dal fatto che i loro atomi arrotondati possono rotolare l'uno sull'altro, cambiando la posizione relativa, ma senza perdere i contatti tra loro.

Il berillio occupa la quarta posizione nella tavola periodica. La sua massa atomica è 9.012. È un metallo grigio chiaro con una densità di 1.848 grammi per centimetro cubo e un punto di fusione di 1284 gradi Celsius; è dura e allo stesso tempo fragile. I materiali strutturali a base di berillio sono leggeri, resistenti e resistenti alle alte temperature. Le leghe di berillio, essendo 1,5 volte più leggere dell'alluminio, sono tuttavia più resistenti di molti acciai speciali. Mantengono la loro forza fino a una temperatura di 700 ... 800 gradi Celsius. Il berillio è resistente alle radiazioni.

In termini di proprietà fisiche, come si può vedere, il berillio è molto diverso dal litio, ma in termini di topologia degli atomi sono quasi indistinguibili; l'unica differenza è che l'atomo di berillio è, per così dire, "cucito con un margine": se l'atomo di litio ricorda un vestito stretto di uno scolaro su un adulto, allora l'atomo di berillio, al contrario, è un vestito spazioso di un adulto sulla figura di un bambino. L'eccesso di lunghezza del cordone dell'atomo di berillio, con la stessa configurazione di esso con il litio, forma un contorno più dolce con raggi di curvatura eccedenti i minimi critici. Tale “riserva” di curvatura per gli atomi di berillio permette di deformarli fino a raggiungere il limite di curvatura del filamento.

La somiglianza topologica degli atomi di litio e berillio indica che non esiste un confine chiaro tra loro; ed è impossibile dire quale sia il più grande atomo di litio e quale sia il più piccolo atomo di berillio. Concentrandoci solo sul peso atomico tabulare (e fa la media di tutti i valori), possiamo supporre che il cordone di un atomo di berillio di medie dimensioni sia costituito da circa 16.500 elettroni legati. Il limite superiore della dimensione degli atomi dell'isotopo di berillio si basa sulla dimensione minima di un atomo dell'elemento successivo: il boro, la cui configurazione differisce notevolmente.

Il margine di curvatura delle corde di atomi di berillio influisce principalmente sulla loro connessione tra loro al momento della solidificazione del metallo: sono adiacenti l'una all'altra non da sezioni corte (punteggiate), come nel litio, ma da lunghi confini; i contorni degli atomi, per così dire, si adattano l'uno all'altro, deformandosi e aderendo l'uno all'altro nel modo massimo possibile; quindi queste connessioni sono molto forti. Gli atomi di berillio mostrano la loro capacità di rafforzamento anche nei composti con atomi di altri metalli, cioè nelle leghe in cui il berillio è usato come additivo ai metalli pesanti: riempiendo i vuoti e attaccandosi con le loro scanalature flessibili agli atomi del metallo di base, atomi di berillio tenerli insieme come la colla, rendendo la lega molto resistente. Quindi ne consegue che la forza dei metalli è determinata dalle lunghezze delle sezioni incollate insieme delle vasche di aspirazione degli atomi: Più lunghe sono queste sezioni, più forte è il metallo. La distruzione dei metalli avviene sempre lungo la superficie con le sezioni appiccicose più corte.

Il margine per i raggi di curvatura delle corde di atomi di berillio permette di deformarle senza modificare le connessioni tra di loro; di conseguenza, l'intero corpo è deformato; questa è una deformazione elastica. È elastico perché in qualsiasi stato iniziale gli atomi hanno le forme meno sollecitate, e quando deformati sono costretti a sopportare qualche “inconveniente”; e non appena la forza deformante scompare, gli atomi tornano ai loro stati originali, meno sollecitati. Di conseguenza, l'elasticità di un metallo è determinata dalla lunghezza eccessiva delle corde dei suoi atomi, che consente loro di deformarsi senza modificare le aree di interconnessione.

L'elasticità del berillio è correlata alla sua resistenza al calore; si esprime nel fatto che i moti termici degli atomi possono avvenire entro i limiti di deformazioni elastiche che non provocano un cambiamento nei composti degli atomi tra loro; quindi in generale viene determinata la resistenza al calore del metallo, oltre all'elasticità, lunghezze in eccesso di corde dei suoi atomi. La diminuzione della resistenza del metallo ad alto riscaldamento è spiegata dal fatto che i movimenti termici dei suoi atomi riducono le aree delle loro connessioni tra loro; e quando queste aree scompaiono completamente, il metallo si scioglie.

L'elasticità del berillio è accompagnata dalla sua fragilità. La fragilità può essere considerata nel caso generale come l'opposto della plasticità: se la plasticità si esprime nella capacità degli atomi di cambiare le loro posizioni reciproche mantenendo le aree di collegamento, allora la fragilità si esprime innanzitutto nel fatto che gli atomi non avere una tale possibilità. Qualsiasi spostamento reciproco degli atomi di un materiale fragile può avvenire solo quando i loro legami sono completamente rotti; questi atomi non hanno altre varianti di composti. Nei materiali elastici (nei metalli), la fragilità è anche caratterizzata dal fatto che è, per così dire, un salto: una crepa che si è formata a seguito di sollecitazioni eccessive si diffonde alla velocità della luce su tutta la sezione trasversale del corpo. Per fare un confronto: un mattone sotto i colpi di martello può sgretolarsi (anche questa è fragilità), ma non spaccarsi. La fragilità “saltante” del berillio è spiegata dal fatto che i suoi atomi non sono collegati tra loro nel migliore dei modi, e sono tutti stressati; e non appena un legame viene spezzato, gli atomi limite iniziano rapidamente a "raddrizzarsi" a scapito delle connessioni con i loro vicini; anche i legami di quest'ultimo cominceranno a rompersi; e questo processo prenderà un carattere a catena. Di conseguenza, la fragilità dei metalli elastici dipende dal grado di deformazione degli atomi interconnessi e dall'impossibilità di modificare i legami tra di loro.

La resistenza alle radiazioni del berillio è spiegata dalla stessa riserva nella dimensione dei suoi atomi: il cordone dell'atomo di berillio ha la capacità di balzare sotto un forte impatto di radiazioni, non raggiungendo la sua curvatura critica, e quindi rimanere intatto.

E il colore grigio chiaro del berillio e l'assenza di una brillante lucentezza metallica, come ad esempio il litio, possono essere spiegati allo stesso modo: onde luminose dell'etere, che cadono su corde non rigide di atomi di berillio superficiali, vengono assorbiti da loro e solo una parte delle onde viene riflessa e crea una luce diffusa.

La densità del berillio è quasi quattro volte maggiore di quella del litio solo perché la densità delle corde dei suoi atomi è maggiore: sono collegati tra loro non in punti, ma in lunghi tratti. Allo stesso tempo, nella sua massa continua, il berillio è una sostanza piuttosto sciolta: è solo due volte più denso dell'acqua.

MOSCA, 6 febbraio - RIA Novosti. I chimici russi e stranieri dichiarano la possibilità dell'esistenza di due composti stabili dell'elemento più "xenofobo" - l'elio, e hanno confermato sperimentalmente l'esistenza di uno di essi - l'elide di sodio, secondo un articolo pubblicato sulla rivista Nature Chemistry.

"Questo studio dimostra come fenomeni completamente inaspettati possano essere rilevati utilizzando i più moderni metodi teorici e sperimentali. Il nostro lavoro illustra ancora una volta quanto poco sappiamo oggi sull'impatto di condizioni estreme sulla chimica e sul ruolo di tali fenomeni sui processi all'interno dei pianeti ancora da spiegare", afferma Artem Oganov, professore alla Skoltech e alla Moscow Phystech di Dolgoprudny.

I segreti dei gas nobili

La materia primaria dell'Universo, sorta diverse centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, consisteva di soli tre elementi: idrogeno, elio e tracce di litio. L'elio è ancora il terzo elemento più abbondante nell'universo oggi, ma è estremamente raro sulla Terra e le riserve di elio sul pianeta sono in costante diminuzione a causa del fatto che scappa nello spazio.

Una caratteristica distintiva dell'elio e di altri elementi dell'ottavo gruppo della tavola periodica, che gli scienziati chiamano "gas nobili", è che sono estremamente riluttanti - nel caso dello xeno e di altri elementi pesanti - o in linea di principio, come il neon, sono non in grado di entrare in reazioni chimiche. Ci sono solo poche dozzine di composti di xeno e krypton con fluoro, ossigeno e altri forti agenti ossidanti, zero composti di neon e un composto di elio, scoperti sperimentalmente nel 1925.

Questo composto, l'unione di un protone ed elio, non è un vero e proprio composto chimico nel senso stretto della parola - l'elio in questo caso non partecipa alla formazione di legami chimici, sebbene influisca sul comportamento degli atomi di idrogeno privi di un elettrone. Come ipotizzato in precedenza dai chimici, "molecole" di questa sostanza avrebbero dovuto essere trovate nel mezzo interstellare, ma negli ultimi 90 anni gli astronomi non le hanno scoperte. Una possibile ragione di ciò è che questo ione è altamente instabile e viene distrutto al contatto con quasi tutte le altre molecole.

Artem Oganov e il suo team si sono chiesti se i composti dell'elio potessero esistere in condizioni esotiche a cui i chimici terrestri raramente pensano, a pressioni e temperature ultra elevate. Oganov e i suoi colleghi hanno studiato a lungo tale chimica "esotica" e hanno persino sviluppato uno speciale algoritmo per la ricerca di sostanze che esistono in tali condizioni. Con il suo aiuto, hanno scoperto che l'acido ortocarbonico esotico, le versioni "impossibili" del normale sale da cucina e una serie di altri composti che "violano" le leggi della chimica classica possono esistere nelle profondità dei giganti gassosi e di alcuni altri pianeti.

Usando lo stesso sistema, USPEX, scienziati russi e stranieri hanno scoperto che a pressioni ultra elevate che superano la pressione atmosferica di 150 mila e un milione di volte, ci sono due composti di elio stabili contemporaneamente: elide di sodio e ossigeluro di sodio. Il primo composto è formato da due atomi di sodio e un atomo di elio, mentre il secondo è formato da ossigeno, elio e due atomi di sodio.

L'altissima pressione ha fatto sì che il sale "spezzasse" le regole della chimicaI chimici americani-russi ed europei hanno trasformato il normale sale da cucina in un composto chimicamente "impossibile", le cui molecole sono organizzate in strutture esotiche con un numero variabile di atomi di sodio e cloro.

Atomo su un'incudine di diamante

Entrambe le pressioni possono essere facilmente ottenute utilizzando moderne incudini di diamante, cosa che i colleghi di Oganov hanno fatto sotto la guida di un altro russo, Alexander Goncharov del Geophysical Laboratory di Washington. Come hanno dimostrato i suoi esperimenti, il gelide di sodio si forma a una pressione di circa 1,1 milioni di atmosfere e rimane stabile fino ad almeno 10 milioni di atmosfere.

È interessante notare che l'elide di sodio è simile per struttura e proprietà ai sali di fluoro, il "vicino" dell'elio nella tavola periodica. Ogni atomo di elio in questo "sale" è circondato da otto atomi di sodio, simili alla struttura del fluoruro di calcio o di qualsiasi altro sale di acido fluoridrico. Gli elettroni in Na2He sono "attratti" dagli atomi così fortemente che questo composto, a differenza del sodio, è un isolante. Gli scienziati chiamano tali strutture cristalli ionici, poiché gli elettroni assumono il ruolo e il posto di ioni caricati negativamente in essi.

MIPT: le viscere di Nettuno e Urano potrebbero contenere "acido di Hitler"I chimici dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca e Skoltech suggeriscono che le profondità di Urano e Nettuno potrebbero contenere uno strato di materia esotica: acido ortocarbonico, il cosiddetto "acido di Hitler".

"Il composto che abbiamo scoperto è molto insolito: sebbene gli atomi di elio non partecipino direttamente al legame chimico, la loro presenza cambia radicalmente le interazioni chimiche tra gli atomi di sodio, contribuendo alla forte localizzazione degli elettroni di valenza, che rende il materiale risultante un isolante", spiega Xiao Dong dell'università Nankan di Tianjin (Cina).

Un altro composto, Na2HeO, si è rivelato stabile nell'intervallo di pressione da 0,15 a 1,1 milioni di atmosfere. La sostanza è anche un cristallo ionico e ha una struttura simile a Na2He, solo il ruolo degli ioni caricati negativamente in essi è svolto non dagli elettroni, ma dagli atomi di ossigeno.

È interessante notare che tutti gli altri metalli alcalini, che hanno una maggiore reattività, hanno molte meno probabilità di formare composti con l'elio a pressioni che superano la pressione atmosferica di non più di 10 milioni di volte.

Scienziati russi hanno modellato l'interno di esopianeti-super-TerreUn gruppo di specialisti dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca ha cercato di scoprire quali composti possono formare silicio, ossigeno e magnesio ad alte pressioni. Gli scienziati affermano che questi elementi sono alla base della chimica della Terra e dei pianeti terrestri.

Oganov e i suoi colleghi attribuiscono questo al fatto che le orbite lungo le quali si muovono gli elettroni negli atomi di potassio, rubidio e cesio cambiano notevolmente all'aumentare della pressione, cosa che non accade con il sodio, per ragioni che non sono ancora chiare. Gli scienziati ritengono che il gelide di sodio e altre sostanze simili si possano trovare nei nuclei di alcuni pianeti, nane bianche e altre stelle.

Gli scienziati sono riusciti a ottenere e registrare la molecola di litio-elio LiHe. È una delle molecole più fragili conosciute. E la sua dimensione è più di dieci volte più grande della dimensione delle molecole d'acqua.

Come è noto, atomi e molecole neutri possono formare legami più o meno stabili tra loro in tre modi. In primo luogo, con l'aiuto di legami covalenti, quando due atomi condividono una o più coppie di elettroni comuni. I legami covalenti sono i più forti dei tre. L'energia caratteristica della loro rottura è solitamente pari a diversi elettronvolt.

Legami a idrogeno covalenti significativamente più deboli. Questa è l'attrazione che si verifica tra un atomo di idrogeno legato e un atomo elettronegativo di un'altra molecola (di solito un tale atomo è ossigeno o azoto, meno spesso fluoro). Nonostante il fatto che l'energia dei legami idrogeno sia centinaia di volte inferiore ai legami covalenti, sono loro che determinano in gran parte le proprietà fisiche dell'acqua e svolgono anche un ruolo cruciale nel mondo organico.

Infine, la più debole è la cosiddetta interazione di van der Waals. A volte è anche chiamato disperso. Nasce come risultato dell'interazione dipolo-dipolo di due atomi o molecole. In questo caso, i dipoli possono essere inerenti alle molecole (ad esempio, l'acqua ha un momento di dipolo) o essere indotti come risultato dell'interazione.

L'energia caratteristica del legame di van der Waals è l'unità di kelvin (l'elettronvolt sopra menzionato corrisponde a circa 10.000 kelvin). Il più debole dei van der Waals è l'accoppiamento tra due dipoli indotti. Se ci sono due atomi non polari, allora come risultato del movimento termico, ognuno di essi ha un certo momento di dipolo oscillante in modo casuale (il guscio dell'elettrone, per così dire, trema leggermente rispetto al nucleo). Questi momenti, interagendo tra loro, di conseguenza hanno prevalentemente orientamenti tali che due atomi iniziano ad attrarsi.

Il più inerte di tutti gli atomi è l'elio. Non entra in legami covalenti con nessun altro atomo. Allo stesso tempo, il valore della sua polarizzabilità è molto piccolo, cioè è difficile che formi legami dispersi. C'è, tuttavia, una circostanza importante. Gli elettroni in un atomo di elio sono così fortemente legati dal nucleo che può essere portato molto vicino ad altri atomi senza timore di forze repulsive - fino a una distanza dell'ordine del raggio di questo atomo. Le forze disperse crescono molto rapidamente al diminuire della distanza tra gli atomi - inversamente proporzionale alla sesta potenza della distanza!

Da qui è nata l'idea: se si avvicinano due atomi di elio, tra di loro sorgerà comunque un fragile legame di van der Waals. Ciò, in effetti, è stato realizzato a metà degli anni '90, sebbene abbia richiesto uno sforzo considerevole. L'energia di un tale legame è solo 1 mK e la molecola di He2 è stata rilevata in piccole quantità in getti di elio superraffreddati.

Allo stesso tempo, le proprietà della molecola He2 sono per molti aspetti uniche e insolite. Quindi, ad esempio, la sua dimensione è ... circa 5 nm! Per confronto, la dimensione di una molecola d'acqua è di circa 0,1 nm. Allo stesso tempo, l'energia potenziale minima della molecola di elio cade su una distanza molto più breve - circa 0,2 nm - tuttavia, la maggior parte delle volte - circa l'80% - gli atomi di elio nella molecola trascorrono in modalità tunnel, cioè in la regione in cui si trovano nell'ambito della meccanica classica non potrebbe.

Il successivo atomo più grande dopo l'elio è il litio, quindi dopo aver ottenuto la molecola di elio, è diventato naturale studiare la possibilità di fissare la connessione tra elio e litio. E ora, finalmente, gli scienziati sono riusciti a farlo. La molecola di litio-elio LiHe ha un'energia di legame maggiore dell'elio-elio - 34 ± 36 mK e la distanza tra gli atomi, al contrario, è più piccola - circa 2,9 nm. Tuttavia, anche in questa molecola, gli atomi il più delle volte si trovano negli stati classicamente proibiti sotto la barriera energetica. È interessante notare che il potenziale pozzo per la molecola LiHe è così piccolo che può esistere in un solo stato energetico vibrazionale, che in realtà è una divisione di doppietto dovuta allo spin dell'atomo 7Li. La sua costante di rotazione è così grande (circa 40 mK) che l'eccitazione dello spettro rotazionale porta alla distruzione della molecola.

Brett Esry/Kansas State University

Finora i risultati ottenuti sono interessanti solo da un punto di vista fondamentale. Tuttavia, sono già di interesse per i campi della scienza correlati. Pertanto, i gruppi di elio di molte particelle possono diventare uno strumento per studiare gli effetti del ritardo nel vuoto di Casimir. Lo studio dell'interazione elio-elio è importante anche per la chimica quantistica, che potrebbe testare i suoi modelli su questo sistema. E, naturalmente, non c'è dubbio che gli scienziati troveranno altre applicazioni interessanti e importanti per oggetti stravaganti come le molecole di He2 e LiHe.

I chimici russi e stranieri dichiarano la possibilità dell'esistenza di due composti stabili dell'elemento più "xenofobo" - l'elio, e hanno confermato sperimentalmente l'esistenza di uno di essi - l'elide di sodio, secondo un articolo pubblicato sulla rivista Nature Chemistry.

I segreti dei gas nobili

Usando lo stesso sistema, USPEX, scienziati russi e stranieri hanno scoperto che a pressioni ultra elevate che superano la pressione atmosferica di 150 mila e un milione di volte, ci sono due composti di elio stabili contemporaneamente: ossigeluro di sodio ed elide di sodio. Il primo composto è formato da due atomi di sodio e un atomo di elio, mentre il secondo è formato da ossigeno, elio e due atomi di sodio.

Atomo su un'incudine di diamante

Spero che tutti abbiano visitato lo zoo almeno una volta. Cammini e ammiri gli animali seduti nelle gabbie. Ora faremo anche un viaggio attraverso il fantastico "zoo", solo nelle celle non ci saranno animali, ma atomi vari. Questo "zoo" porta il nome del suo creatore Dmitry Ivanovich Mendeleev ed è chiamato "Tavola periodica degli elementi chimici" o semplicemente "Tavola di Mendeleev".

In un vero zoo, più animali con lo stesso nome possono vivere in una gabbia contemporaneamente, ad esempio, una famiglia di conigli viene collocata in una gabbia e una famiglia di volpi viene collocata in un'altra. E nel nostro "zoo" nella cellula "seduti" atomi-parenti, in modo scientifico - isotopi. Quali atomi sono considerati parenti? I fisici hanno stabilito che ogni atomo è costituito da un nucleo e da un guscio di elettroni. A sua volta, il nucleo di un atomo è costituito da protoni e neutroni. Quindi, i nuclei degli atomi nei "parenti" contengono lo stesso numero di protoni e un diverso numero di neutroni.

Al momento, l'ultimo nella tabella è il livermorium, iscritto nella cella numero 116. Tanti elementi, e ognuno ha la sua storia. Ci sono molte cose interessanti nei nomi. Di norma, il nome dell'elemento veniva dato dallo scienziato che lo scoprì e solo dall'inizio del XX secolo i nomi sono stati assegnati dall'Associazione internazionale di chimica fondamentale e applicata.

Molti elementi prendono il nome dagli antichi dei greci ed eroi dei miti, grandi scienziati. Ci sono nomi geografici, compresi quelli associati alla Russia.

C'è una leggenda secondo cui Mendeleev è stato fortunato: ha appena sognato il tavolo. Forse. Ma il grande scienziato francese Blaise Pascal una volta ha osservato che solo le menti preparate fanno scoperte casuali. E chiunque avesse la mente preparata per un incontro con la tavola periodica, era Dmitry Ivanovich, poiché lavorava su questo problema da molti anni.

Ora mettiamoci in viaggio!

Idrogeno (H)

L'idrogeno “vive” nella cella numero 1 del nostro zoo. Così è stato chiamato dal grande scienziato Antoine Lavoisier. Ha dato un nome a questo elemento idrogeno(dal greco ὕδωρ - “acqua” e dalla radice -γεν- “partorire”), che significa “partorire all'acqua”. Il fisico e chimico russo Mikhail Fedorovich Solovyov ha tradotto questo nome in russo: idrogeno. L'idrogeno è indicato con la lettera H, è l'unico elemento i cui isotopi hanno i propri nomi: 1 H - protium, 2 H - deuterio, 3 H - trizio, 4 H - quadium, 5 H - pentium, 6 H - esium e 7 H - setto (l'apice indica il numero totale di protoni e neutroni nel nucleo di un atomo).

Quasi tutto il nostro Universo è costituito da idrogeno: rappresenta l'88,6% di tutti gli atomi. Quando osserviamo il Sole nel cielo, vediamo un'enorme palla di idrogeno.

L'idrogeno è il gas più leggero e, sembrerebbe, per loro è utile riempire i palloncini, ma è esplosivo e preferiscono non rovinarlo, anche a scapito della capacità di carico.

Elio (Lui)

La cella 2 contiene il gas nobile elio. L'elio prende il nome dal nome greco del Sole - Ἥλιος (Helios), perché fu scoperto per la prima volta sul Sole. Come ha funzionato?

Anche Isaac Newton scoprì che la luce che vediamo consiste in linee separate di diversi colori. A metà del 19° secolo, gli scienziati hanno stabilito che ogni sostanza ha il proprio insieme di linee di questo tipo, proprio come ogni persona ha le proprie impronte digitali. Quindi, nei raggi del Sole, è stata trovata una linea gialla brillante che non appartiene a nessuno degli elementi chimici precedentemente conosciuti. E solo tre decenni dopo, l'elio fu trovato sulla Terra.

L'elio è un gas inerte. Un altro nome è gas nobili. Tali gas non bruciano, quindi preferiscono riempirli con palloncini, sebbene l'elio sia 2 volte più pesante dell'idrogeno, il che riduce la capacità di carico.

L'elio è il detentore del record. Passa da uno stato gassoso a uno liquido, quando tutti gli elementi sono stati a lungo solidi: alla temperatura di -268,93°C, e non passa affatto allo stato solido a pressione normale. Solo a una pressione di 25 atmosfere e una temperatura di -272,2 ° C l'elio diventa solido.

Litio (Li)

La cella numero 3 è occupata dal litio. Il litio prende il nome dalla parola greca λίθος (pietra), poiché originariamente si trovava nei minerali.

C'è un cosiddetto albero di ferro che affonda nell'acqua e c'è un litio metallico particolarmente leggero - al contrario, non affonda nell'acqua. E non solo in acqua, ma anche in qualsiasi altro liquido. La densità del litio è quasi 2 volte inferiore alla densità dell'acqua. Non sembra affatto di metallo: è troppo morbido. Sì, e non sapeva nuotare per molto tempo: il litio si dissolve con un sibilo nell'acqua.

Piccole aggiunte di litio aumentano la resistenza e la duttilità dell'alluminio, che è molto importante nell'aviazione e nella scienza missilistica. Quando il perossido di litio reagisce con l'anidride carbonica, viene rilasciato ossigeno, che viene utilizzato per purificare l'aria in stanze isolate, ad esempio su sottomarini o navi spaziali.

berillio (essere)

Nella cella numero 4 c'è il berillio. Il nome deriva dal minerale berillo, la materia prima per la produzione di berillio metallico. Beryl stesso prende il nome dalla città indiana di Belur, nelle vicinanze della quale è stato estratto fin dai tempi antichi. Chi aveva bisogno di lui allora?

Ricorda il mago della Città di Smeraldo: il Grande e Terribile Goodwin. Ha costretto tutti ad indossare occhiali verdi per far sembrare la sua città "smeraldo", e quindi ricchissima. Quindi, lo smeraldo è una delle varietà di berillo, alcuni smeraldi sono valutati più del diamante. Quindi nell'antichità sapevano perché sviluppare depositi di berillo.

Nell'enciclopedia in cinque volumi "The Universe and Mankind" del 1896, l'edizione sul berillio dice: "Non ha applicazione pratica". E passò molto più tempo prima che le persone vedessero le sue incredibili proprietà. Ad esempio, il berillio ha contribuito allo sviluppo della fisica nucleare. Fu dopo la sua irradiazione con nuclei di elio che gli scienziati scoprirono una particella elementare così importante come il neutrone.

Veramente unica è la lega di berillio con rame - bronzo al berillio. Se la maggior parte dei metalli "invecchia" nel tempo, perde forza, il bronzo al berillio, al contrario, "ringiovanisce" nel tempo, la sua forza aumenta. Le molle da esso praticamente non si consumano.

Bor (V)

Bohr occupa la cella numero 5. Non è necessario pensare che questo elemento abbia preso il nome dal portiere della squadra di calcio danese "Akademisk" Niels Bohr, in seguito un grande fisico. No, l'elemento prende il nome dalla parola persiana "burakh" o dalla parola araba "burak" (bianco), che indicava il composto di boro - borace. Ma preferisco la versione che "barbabietola" non è un arabo, ma una parola puramente ucraina, in russo - "barbabietola".

Il boro è un materiale molto resistente, ha la più alta resistenza alla trazione. Se il composto di boro e azoto viene riscaldato a una temperatura di 1350 ° C ad una pressione di 65 mila atmosfere (questo è ora tecnicamente realizzabile), si possono ottenere cristalli in grado di graffiare un diamante. I materiali abrasivi realizzati sulla base di composti di boro non sono inferiori a quelli diamantati e, allo stesso tempo, sono molto più economici.

Il boro viene solitamente introdotto nelle leghe di metalli non ferrosi e ferrosi per migliorarne le proprietà. Le combinazioni di boro con idrogeno - borani - sono un eccellente carburante per razzi, quasi due volte più efficace di quelli tradizionali. C'è lavoro per il boro in agricoltura: il boro viene aggiunto ai fertilizzanti, perché con la sua mancanza nel terreno, le rese di molte colture diminuiscono notevolmente.

L'artista Anna Gorlach