ลิเธียมและฮีเลียมมีความสัมพันธ์กัน เซอร์ไพรส์: ทายสิว่าธาตุอะไรที่มีมากเป็นอันดับสามของจักรวาล? ความลับของก๊าซมีตระกูล

ลิเธียม

ฮีเลียม

ฮีเลียมครองตำแหน่งที่สองในตารางธาตุรองจากไฮโดรเจน มวลอะตอมของฮีเลียมคือ 4.0026 เป็นก๊าซเฉื่อยไม่มีสี ความหนาแน่น 0.178 กรัมต่อลิตร ฮีเลียมทำให้เป็นของเหลวได้ยากกว่าก๊าซที่รู้จักทั้งหมดที่อุณหภูมิลบ 268.93 องศาเซลเซียสเท่านั้นและในทางปฏิบัติไม่แข็งตัว ระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิติดลบ 270.98 องศาเซลเซียส ฮีเลียมจะได้รับสภาวะของเหลวยิ่งยวด ฮีเลียมเกิดขึ้นได้บ่อยที่สุดอันเป็นผลมาจากการสลายตัวของอะตอมขนาดใหญ่ บนโลกมีการกระจายในปริมาณเล็กน้อย แต่บนดวงอาทิตย์ซึ่งมีการสลายตัวของอะตอมอย่างเข้มข้น มีฮีเลียมอยู่เป็นจำนวนมาก ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้เป็นข้อมูลหนังสือเดินทางและเป็นที่รู้จักกันดี

มาจัดการกับโทโพโลยีของฮีเลียมกันก่อนที่เราจะกำหนดมิติของมัน เนื่องจากมวลอะตอมของฮีเลียมมีสี่เท่าของไฮโดรเจน และอะตอมของไฮโดรเจนนั้นหนักกว่าอิเล็กตรอน 1840 เท่า เราจึงได้มวลของอะตอมฮีเลียมเท่ากับ 7360 อิเล็กตรอน ดังนั้นจำนวนรวมของทรงกลมไม่มีตัวตนในอะตอมฮีเลียมจึงอยู่ที่ประมาณ 22,000; ความยาวของสายไฟของอะตอมและเส้นผ่านศูนย์กลางของทอรัสเดิมมีค่าเท่ากับ 7360 และ 2300 ลูกบอลไม่มีตัวตนตามลำดับ เพื่อให้เห็นภาพอัตราส่วนของความหนาของสายไฟของทอรัสดั้งเดิมของอะตอมฮีเลียมและเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอม ให้เราวาดวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 370 มม. บนกระดาษแผ่นหนึ่งด้วยปากกาและปล่อยให้ร่องรอยจาก ปากกามีความกว้างหนึ่งในสามของมิลลิเมตร วงกลมผลลัพธ์จะทำให้เราเป็นตัวแทนที่ระบุ อิเล็กตรอนหนึ่งตัว (ลูกบอลไร้ตัวตนในตัว) จะมีพื้นที่เพียง 0.15 มิลลิเมตรบนวงกลมที่วาด

การบิดของทอรัสดั้งเดิมให้กลายเป็นอะตอมฮีเลียมที่เสร็จแล้วมีดังนี้ ขั้นแรก วงกลมถูกทำให้แบนเป็นวงรี จากนั้นให้มีรูปร่างเหมือนดัมเบลล์ จากนั้นให้เป็นรูปที่แปด จากนั้นจึงคลี่ลูปของรูปที่แปดออกเพื่อให้เกิดการทับซ้อนกัน อย่างไรก็ตาม การทับซ้อนกันของอะตอมที่ใหญ่กว่านั้นไม่ได้เกิดขึ้น และสิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าความยาวของสายที่อะตอมฮีเลียมนั้นยังไม่ใหญ่นัก และเมื่อจุดกึ่งกลางของสายไฟมีแนวโน้มใกล้เข้ามา ขอบ ( วนซ้ำ) ถูกบังคับให้แฉ นอกจากนี้ขอบจะโค้งงอและเริ่มบรรจบกัน

ถึงจุดนี้ โทโพโลยีของอะตอมฮีเลียมดังที่เราเห็นนั้นคล้ายกับโทโพโลยีของอะตอมของไอโซโทปไฮโดรเจน - ทริเทียม แต่ถ้าทริเทียมไม่มีกำลังพอที่จะปิดขอบได้ (มีความยาวไม่เพียงพอของ สายของมัน) จากนั้นลูปฮีเลียมจะเคลื่อนตัวหนึ่งไปทับกันและปิดลง เพื่อตรวจสอบความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อของลูป ก็เพียงพอแล้วที่จะติดตามตำแหน่งของด้านดูด: สำหรับลูปด้านในจะอยู่ด้านนอกและสำหรับลูปด้านนอกจะมาจากด้านใน

มันสะดวกมากในการแสดงโทโพโลยีของอะตอมในรูปแบบของแบบจำลองลวด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ก็เพียงพอที่จะใช้ลวดพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นปานกลาง แต่มีเพียงพอ อะตอมไฮโดรเจนจะแสดงเป็นวงแหวนธรรมดา มาเพิ่มความยาวของเส้นลวดสี่เท่า (หลายครั้งที่อะตอมฮีเลียมหนักกว่าอะตอมไฮโดรเจน) ม้วนเป็นวงแหวน ประสานปลาย และสาธิตกระบวนการบิดอะตอมฮีเลียม เมื่อบิดเบี้ยวเราต้องจำไว้เสมอว่ารัศมีการดัดไม่ควรน้อยกว่ารัศมีของวงแหวนซึ่งเป็นอะตอมของไฮโดรเจน มันเป็นเหมือนสภาพที่กำหนดโดยความยืดหยุ่นของสาย - เปลือกทอรัส (โดยธรรมชาติ เราจำได้ รัศมีต่ำสุดเท่ากับ 285 ลูกบอลไม่มีตัวตน) รัศมีการโค้งงอขั้นต่ำที่ยอมรับได้จะกำหนดโทโพโลยีของอะตอมทั้งหมด และอีกสิ่งหนึ่ง: ผลที่ตามมาของรัศมีการโค้งงอเดียวกันจะเป็นลูปดูดขนาดเดียวกัน (เป็นมาตรฐานชนิดหนึ่ง) ดังนั้นจึงสร้างความจุที่เสถียรซึ่งแสดงออกในความสามารถในการเชื่อมต่ออะตอมที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน หากบานพับมีขนาดต่างกัน การเชื่อมต่อก็จะมีปัญหา

นำกระบวนการบิดแบบจำลองลวดของอะตอมฮีเลียมไปจนสุดทาง เราพบว่าลูปที่ทับซ้อนกันจะไม่ถูกผลักอันใดอันหนึ่งทับอีกอันหนึ่งจนกว่าจะหยุด แม่นยำยิ่งขึ้นพวกเขาต้องการบิดให้มากขึ้น แต่ความยืดหยุ่นของสายไฟไม่อนุญาตให้นั่นคือสภาพของรัศมีต่ำสุด และด้วยความพยายามทุกวิถีทางของลูปเพื่อเคลื่อนไปข้างหน้า ความยืดหยุ่นของเชือกก็จะเหวี่ยงกลับไป ดีดตัวขึ้นพวกเขาจะวิ่งไปข้างหน้าอีกครั้งและความยืดหยุ่นจะเหวี่ยงกลับอีกครั้ง ในกรณีนี้ อะตอมของฮีเลียมจะหดตัว จากนั้นบานสะพรั่ง นั่นคือจะเกิดการเต้นเป็นจังหวะ ในทางกลับกัน จังหวะจะสร้างสนามความร้อนรอบๆ อะตอมและทำให้เป็นปุย ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าฮีเลียมเป็นก๊าซ

ลักษณะทางกายภาพและเคมีอื่นๆ ของฮีเลียมยังสามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของโทโพโลยี ตัวอย่างเช่น ความเฉื่อยของมันถูกบ่งชี้โดยความจริงที่ว่าอะตอมของมันไม่มีลูปดูดแบบเปิดหรือช่องดูด: มันไม่สามารถรวมกับอะตอมอื่นได้เลย ดังนั้นจึงเป็นอะตอมเสมอและไม่แข็งตัวในทางปฏิบัติ ฮีเลียมไม่มีสีเพราะอะตอมของมันไม่มีส่วนที่ "ทำให้เกิดเสียง" ของสายตรง และ superfluidity เกิดจากการขาดความหนืด (เกาะติดกันของอะตอม) ทรงกลมและอะตอมขนาดเล็ก

เช่นเดียวกับไฮโดรเจน อะตอมของฮีเลียมไม่มีขนาดเท่ากัน บางอะตอมมีขนาดใหญ่กว่า บางอะตอมมีขนาดเล็กกว่า และโดยทั่วไปแล้วจะกินพื้นที่เกือบทั้งหมดตั้งแต่ไฮโดรเจน (ทริเทียม) ไปจนถึงลิเธียมตามหลังฮีเลียม แน่นอนว่าไอโซโทปฮีเลียมที่มีความทนทานน้อยกว่านั้นสลายตัวไปนานแล้ว แต่มีความเป็นไปได้ที่จะนับมากกว่าหนึ่งร้อยที่มีอยู่ในปัจจุบัน

ในตารางธาตุ ฮีเลียมควรวางไว้ที่จุดสิ้นสุดของคาบแรกดีกว่า - ในแถวเดียวกันกับไฮโดรเจน แต่ในตอนต้นของคาบที่สองก่อนลิเธียม เพราะอะตอมของมันคือเช่นเดียวกับอะตอมของช่วงเวลาทั้งหมดนี้คือ โครงสร้างเดี่ยว (glomerulus เดียว) ในขณะที่อะตอมของก๊าซเฉื่อยถัดไป นีออน ดูเหมือนโครงสร้างที่จับคู่แล้ว ซึ่งคล้ายกับคุณลักษณะนี้กับอะตอมของช่วงที่สาม

ลิเธียมครอบครองตัวเลขที่สามในตารางธาตุ มวลอะตอมของมันคือ 6.94; มันเป็นของโลหะอัลคาไล ลิเธียมเป็นโลหะที่เบาที่สุด: ความหนาแน่น 0.53 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร มีสีขาวเงินและมีเงาโลหะสดใส ลิเธียมนุ่มและตัดง่ายด้วยมีด ในอากาศจะหรี่ลงอย่างรวดเร็วรวมกับออกซิเจน จุดหลอมเหลวของลิเธียมคือ 180.5 องศาเซลเซียส รู้จักไอโซโทปลิเธียมที่มีน้ำหนักอะตอม 6 และ 7 ไอโซโทปตัวแรกใช้ในการผลิตไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน ทริเทียม; ไอโซโทปของลิเธียมอีกชนิดหนึ่งถูกใช้เป็นสารหล่อเย็นในหม้อไอน้ำของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ข้อมูลเหล่านี้เป็นข้อมูลทางกายภาพและทางเคมีทั่วไปของลิเธียม

มาเริ่มโทโพโลยีของอะตอมลิเธียมกันอีกครั้งด้วยการทำความเข้าใจมิติของทอรัสดั้งเดิม ตอนนี้เรารู้แล้วว่าองค์ประกอบทางเคมีแต่ละอย่าง รวมทั้งลิเธียม มีไอโซโทปจำนวนมาก วัดได้เป็นร้อยเป็นพัน ดังนั้นขนาดของอะตอมจะถูกระบุจาก ... ถึง .... แต่ข้อ จำกัด เหล่านี้หมายความว่าอย่างไร พวกเขาสามารถกำหนดได้หรือไม่? หรือเป็นค่าประมาณ? และอัตราส่วนของไอโซโทปคืออะไร? สมมุติว่าไม่มีคำตอบที่ชัดเจนสำหรับคำถามที่ตั้งไว้ ทุกครั้งที่จำเป็นต้องบุกรุกโทโพโลยีเฉพาะของอะตอม ลองดูปัญหาเหล่านี้โดยใช้ตัวอย่างของลิเธียม

ดังที่เราได้สังเกตเห็น การเปลี่ยนผ่านจากโพรเที่ยมเป็นฮีเลียม จากมุมมองของโทโพโลยีนั้นเกิดขึ้นอย่างเป็นระบบ: ด้วยการเพิ่มขนาดของทอรัสเริ่มต้น การกำหนดค่าขั้นสุดท้ายของอะตอมจะค่อยๆ เปลี่ยนไป แต่คุณสมบัติทางกายภาพและโดยเฉพาะอย่างยิ่งทางเคมีของอะตอมในการเปลี่ยนผ่านจากโปรเทียมไปเป็นฮีเลียมเปลี่ยนแปลงมากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ค่อนข้างจะรุนแรง: จากแรงดึงดูดสากลของโปรเทียมไปจนถึงความเฉื่อยของฮีเลียมโดยสมบูรณ์ สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ไอโซโทปใด?

คุณสมบัติกระโดดดังกล่าวสัมพันธ์กับการกระโดดของไอโซโทปขนาด อะตอมไฮโดรเจนขนาดใหญ่ (ไอโซโทป) ซึ่งมีรูปร่างเหมือนอะตอมฮีเลียมกลายเป็นกัมมันตภาพรังสีซึ่งก็คือเปราะบาง นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าขอบโค้งของลูปไม่เอื้อมถึงกันและใคร ๆ ก็จินตนาการได้ว่าพวกมันกระพือปีกอย่างไร พวกเขาดูเหมือนมือของคนสองคนในเรือที่แตกต่างกัน พยายามเอื้อมมือออกไปและต่อสู้อย่างไร้เรี่ยวแรง แรงดันอีเทอร์จากภายนอกจะกดทับคอนโซลของอะตอมที่กระพือปีกอย่างแรงจนไม่นำไปสู่สิ่งที่ดี เมื่อได้รับการบีบเพิ่มเติมเล็กน้อยจากด้านข้างคอนโซลจะแตกออก - พวกมันจะไม่ทนต่อการโค้งงอของสายไฟและอะตอมจะพังทลาย นั่นเป็นวิธีที่มันเกิดขึ้น ดังนั้น เราสามารถพูดได้ว่าการจุ่มถูกสังเกตพบในไอโซโทปที่ขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีกายภาพที่มีอยู่: ไม่มีไอโซโทปอยู่ที่นั่น

มีช่องว่างที่คล้ายกันระหว่างฮีเลียมและลิเธียม: ถ้าอะตอมไม่ใช่ฮีเลียมแล้ว แต่ยังไม่ใช่ลิเธียม แสดงว่ามีความเปราะบาง และหายไปจากสภาพบนบกมานานแล้ว ดังนั้นลิเธียมไอโซโทปที่มีน้ำหนักอะตอมเท่ากับหก นั่นคือ มีความยาวสายทอรัส 11 ลูก หายากมากและดังที่กล่าวไว้ ถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้ไอโซโทป: มันง่ายที่จะทำลายมันให้สั้นลงและรับ ไอโซโทปของไฮโดรเจนเป็นผลให้

ดังนั้น ดูเหมือนว่าเราจะตัดสินใจเกี่ยวกับขนาดที่เล็กที่สุดของอะตอมลิเธียม นั่นคืออิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้ 11 ตัว สำหรับขีดจำกัดบน มีอุปสรรค์อยู่บ้าง: ความจริงก็คือ ตามโทโพโลยี อะตอมลิเธียมไม่แตกต่างจากอะตอมของเบริลเลียมอะตอมถัดไปมากนัก (เราจะเห็นในเร็วๆ นี้) และไม่มีไอโซโทปของ องค์ประกอบใดไม่มีความล้มเหลว ดังนั้นในขณะนี้ เราจะไม่ระบุขีดจำกัดสูงสุดของขนาดของอะตอมลิเธียม

ให้เราติดตามการก่อตัวของอะตอมลิเธียม วงกลมเริ่มต้นของไมโครวอร์เท็กซ์ที่สร้างขึ้นใหม่ซึ่งมีขนาดตามที่ระบุไว้ข้างต้นมักจะกลายเป็นวงรี เฉพาะในลิเธียม วงรียาวมาก: ยาวกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของการปัดเศษปลายประมาณ 8 เท่า (ลูปในอนาคต); มันเป็นวงรีที่ยาวมาก จุดเริ่มต้นของการเกาะเป็นก้อนของอะตอมลิเธียมคล้ายกับจุดเริ่มต้นเดียวกันสำหรับอะตอมไฮโดรเจนขนาดใหญ่และสำหรับฮีเลียม แต่จากนั้นเกิดการเบี่ยงเบน: รูปที่แปดที่มีการทับซ้อนกันนั่นคือด้วยการหมุนของลูปจะไม่เกิดขึ้น ; การบรรจบกันของด้านยาว (สาย) ของวงรีต่อไปจนกว่าจะสัมผัสกันอย่างเต็มที่พร้อมกับการโค้งงอของปลายเข้าหากัน

ทำไมแปดที่มีการทับซ้อนกันจึงไม่เกิดขึ้น? ประการแรกเพราะวงรีนั้นยาวมากและถึงแม้จะโก่งตัวเต็มที่ในดัมเบลล์จนกระทั่งสายสัมผัสตรงกลางก็ไม่ทำให้งออย่างแรง ดังนั้น ศักยภาพในการกลับตัวของลูปสุดโต่งจึงอ่อนแอมาก และประการที่สองจุดเริ่มต้นของการโค้งงอของปลายวงรีต่อต้านการเลี้ยวในระดับหนึ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง: โมเมนต์แอ็คทีฟของแรงที่มีแนวโน้มจะเปลี่ยนลูปสิ้นสุดมีขนาดเล็กมาก และโมเมนต์ของการต่อต้านการเลี้ยวมีมาก

เพื่อความชัดเจน เราจะใช้แหวนยาง เช่น แหวนที่ใช้ในซีลเครื่อง หากคุณหนีบแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก ๆ มันจะม้วนงอเป็นรูปแปดโดยทับซ้อนกัน และหากคุณเลือกแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ การหนีบจนกว่าสายจะสัมผัสกันจนสุดจะไม่ทำให้เกิดการพลิกกลับของห่วงที่ปลาย โดยวิธีการ: วงแหวนยางเหล่านี้ยังสะดวกมากสำหรับการสร้างแบบจำลองโทโพโลยีของอะตอม แน่นอนว่ามีหลากหลายประเภท

การโค้งงอของปลายวงรีนั้นเกิดจากการรบกวนของอีเธอร์ระหว่างพวกเขา ดังที่เราทราบแล้ว: เมื่อเคลื่อนออกจากตำแหน่งตรงในอุดมคติเล็กน้อยพวกเขาจะถูกบังคับให้เข้าใกล้จนกว่าพวกเขาจะสัมผัสอย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าปลายไม่สามารถโค้งงอได้ในทิศทางที่ต่างกัน แต่สำหรับทิศทางของการโค้งงอ พวกเขามีทางเลือก: ให้ด้านดูดของห่วงปิดท้ายอยู่ด้านนอกหรือด้านใน ตัวแปรแรกมีความเป็นไปได้มากกว่าเพราะโมเมนต์จากแรงผลักของเปลือกหมุนของสายจากอีเธอร์ที่อยู่ติดกันที่จุดด้านนอกของลูปจะมากกว่าที่ด้านใน

ด้านที่ใกล้เข้ามาของวงรีจะสัมผัสกันในไม่ช้า โบว์ของสายไฟจะกระจายจากจุดศูนย์กลางไปยังปลายและหยุดก็ต่อเมื่อในที่สุดลูปที่มีรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำที่อนุญาตจะถูกสร้างขึ้นที่ปลาย การโค้งงอที่เกิดขึ้นพร้อมกันและการบรรจบกันของลูปเหล่านี้นำไปสู่การชนกันของจุดยอด หลังจากนั้นด้านดูดจะเข้ามาเล่น: ลูป การดูด ดำน้ำลึก และกระบวนการของการก่อตัวของโครงสร้างของอะตอมลิเธียมนั้นเสร็จสิ้นโดยข้อเท็จจริงที่ว่าลูปที่ถูกแทนที่ติดกับจุดยอดของพวกเขากับสายที่จับคู่ตรงกึ่งกลางของโครงสร้าง การกำหนดค่าอะตอมจากระยะไกลนี้คล้ายกับหัวใจหรือที่แม่นยำกว่านั้นคือแอปเปิ้ล

ข้อสรุปแรกแนะนำตัวเอง: อะตอมลิเธียมเริ่มต้นเมื่อยอดของลูปหลักคู่ที่ดำดิ่งเข้าไปในโครงสร้างถึงสายกลางของอะตอม และก่อนหน้านั้นยังไม่มีลิเธียม แต่มีองค์ประกอบอื่นซึ่งตอนนี้ไม่มีอยู่ในธรรมชาติแล้ว อะตอมของมันไม่เสถียรอย่างยิ่ง เต้นเป็นจังหวะรุนแรงมาก จึงเป็นปุยและเป็นของก๊าซ แต่อะตอมของลิเธียมไอโซโทปในช่วงเริ่มต้น (เรากำหนดให้ประกอบด้วยอิเล็กตรอน 11,000 ที่ถูกผูกมัด) ก็พบว่าไม่แข็งแรงมากเช่นกัน: รัศมีการโค้งงอของลูปนั้น จำกัด นั่นคือสายยางยืดงอถึงขีด จำกัด และพร้อมจะระเบิดผลกระทบจากภายนอก สำหรับอะตอมขนาดใหญ่ จุดอ่อนนี้จะถูกกำจัด

เป็นตัวแทนของภาพของอะตอมลิเธียมตามผลลัพธ์ของโทโพโลยี เราสามารถประเมินสิ่งที่เกิดขึ้นได้ ลูปหลักสองลูปปิดและทำให้เป็นกลาง และลูปรองที่ด้านใดด้านหนึ่งของลูปหลักก็ถูกทำให้เป็นกลางเช่นกัน สายที่จับคู่สร้างร่องและร่องนี้วิ่งไปตามรูปร่างทั้งหมดของอะตอม - อย่างที่เคยเป็นมาในวงแหวน - และด้านดูดกลับกลายเป็นภายนอก จากนี้ไป อะตอมลิเธียมสามารถรวมเข้าด้วยกันและกับอะตอมอื่นได้โดยใช้ร่องดูดเท่านั้น อะตอมลิเธียมไม่สามารถสร้างสารประกอบโมเลกุลแบบวนซ้ำได้

ร่องดูดนูนสูงของอะตอมลิเธียมสามารถเชื่อมต่อกันได้เฉพาะในส่วนสั้น ๆ (ตามทฤษฎีที่จุด) ดังนั้นโครงสร้างเชิงพื้นที่ของอะตอมลิเธียมที่เชื่อมต่อซึ่งกันและกันจึงหลวมและเบาบางมาก ดังนั้นลิเธียมที่มีความหนาแน่นต่ำจึงเบากว่าน้ำเกือบสองเท่า

ลิเธียม - โลหะ คุณสมบัติของโลหะเป็นผลมาจากลักษณะเฉพาะของรูปร่างของอะตอม อาจกล่าวได้อีกนัยหนึ่งว่า คุณสมบัติพิเศษของลิเธียมซึ่งมีสาเหตุมาจากรูปแบบพิเศษของอะตอมและทำให้แตกต่างจากสารอื่นๆ ทางกายภาพและทางเคมี เรียกว่าโลหะ ลองดูที่บางส่วนของพวกเขา:

การนำไฟฟ้า: เกิดจากการที่อะตอมมีรูปร่างเป็นวงแหวนจากสายคู่สร้างรางดูดเปิดออกด้านนอกโอบกอดอะตอมตามแนวเส้นและปิดตัวเอง อิเล็กตรอนที่ติดอยู่กับร่องเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ (เราจำได้อีกครั้งว่าปัญหาเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนแยกออกจากอะตอม) และเนื่องจากอะตอมเชื่อมต่อกันด้วยร่องเดียวกัน อิเล็กตรอนจึงสามารถกระโดดจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมได้ กล่าวคือ เคลื่อนที่ไปรอบๆ ตัว

การนำความร้อน: สายโค้งแบบยืดหยุ่นของอะตอมก่อให้เกิดโครงสร้างที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่งซึ่งในทางปฏิบัติไม่ดูดซับแรงกระแทกขนาดใหญ่ (ความร้อน) ความถี่ต่ำของอะตอมใกล้เคียง แต่จะถ่ายโอนต่อไป และถ้าไม่มีการรบกวนในการติดต่อ (ความคลาดเคลื่อน) ในความหนาของอะตอม คลื่นความร้อนก็จะแพร่กระจายด้วยความเร็วสูง
ความฉลาด: ผลกระทบของคลื่นแสงของคลื่นแสงของอีเธอร์ความถี่สูงความถี่สูงจะถูกสะท้อนได้อย่างง่ายดายจากสายอะตอมที่โค้งงออย่างตึงเครียดและหายไปตามกฎของการสะท้อนของคลื่น อะตอมลิเธียมไม่มีส่วนตรงของสายดังนั้นจึงไม่มี "เสียง" ของตัวเองนั่นคือไม่มีสีของตัวเอง - ลิเธียมจึงเป็นสีขาวเงินและมีประกายแวววาวบนส่วนต่างๆ
ความเป็นพลาสติก: อะตอมลิเธียมกลมสามารถเชื่อมต่อกันในทางใดทางหนึ่ง พวกเขาสามารถกลิ้งไปมาโดยไม่ทำลาย และสิ่งนี้แสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าร่างกายที่ทำจากลิเธียมสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้โดยไม่สูญเสียความสมบูรณ์นั่นคือพลาสติก (อ่อน) เป็นผลให้ลิเธียมถูกตัดโดยไม่ต้องใช้มีดมากนัก

จากตัวอย่างลักษณะทางกายภาพที่ระบุไว้ของลิเธียม เราสามารถอธิบายแนวความคิดของโลหะได้อย่างชัดเจน: โลหะเป็นสารที่ประกอบด้วยอะตอมที่มีสายโค้งแหลมคมสร้างรางดูดโค้งเปิดออกสู่ภายนอก อะตอมของโลหะที่เด่นชัด (อัลคาไลน์) ไม่มีห่วงดูดแบบเปิดและส่วนสายโค้งตรงหรือเรียบ. ดังนั้นลิเธียมภายใต้สภาวะปกติไม่สามารถรวมกับไฮโดรเจนได้เนื่องจากอะตอมของไฮโดรเจนเป็นวง การเชื่อมต่อของพวกมันสามารถคาดเดาได้เท่านั้น: ในที่เย็นจัด เมื่อไฮโดรเจนแข็งตัว โมเลกุลของมันสามารถรวมกับอะตอมลิเธียมได้ แต่ทุกอย่างแสดงให้เห็นว่าโลหะผสมของมันจะนิ่มพอ ๆ กับลิเธียมเอง

ในเวลาเดียวกัน เราชี้แจงแนวความคิดของความเป็นพลาสติก: ความเป็นพลาสติกของโลหะถูกกำหนดโดยความจริงที่ว่าอะตอมที่โค้งมนของพวกมันสามารถกลิ้งไปมาเปลี่ยนตำแหน่งสัมพัทธ์ แต่ไม่สูญเสียการติดต่อซึ่งกันและกัน.

เบริลเลียมครองตำแหน่งที่สี่ในตารางธาตุ มวลอะตอมของมันคือ 9.012 เป็นโลหะสีเทาอ่อนมีความหนาแน่น 1.848 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และมีจุดหลอมเหลว 1284 องศาเซลเซียส มันยากและเปราะบางในเวลาเดียวกัน วัสดุโครงสร้างจากเบริลเลียมมีทั้งเบา แข็งแรง และทนต่ออุณหภูมิสูง โลหะผสมเบริลเลียมซึ่งเบากว่าอะลูมิเนียม 1.5 เท่า ยังคงแข็งแกร่งกว่าเหล็กกล้าพิเศษหลายชนิด พวกเขารักษาความแข็งแกร่งของพวกเขาได้ถึงอุณหภูมิ 700 ... 800 องศาเซลเซียส เบริลเลียมทนต่อรังสี

ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพ ดังที่เห็น เบริลเลียมแตกต่างจากลิเธียมอย่างมาก แต่ในแง่ของโทโพโลยีของอะตอม พวกมันแทบจะแยกไม่ออก ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคืออะตอมของเบริลเลียมเหมือนกับที่เคยเป็น "เย็บด้วยขอบ": ถ้าอะตอมลิเธียมมีลักษณะคล้ายกับชุดนักเรียนชายที่แน่นหนาในผู้ใหญ่อะตอมของเบริลเลียมจะเป็นชุดที่กว้างขวาง ผู้ใหญ่ในร่างของเด็ก ความยาวส่วนเกินของสายไฟของอะตอมเบริลเลียมซึ่งมีโครงแบบเดียวกันกับลิเธียมทำให้เกิดโครงร่างที่นุ่มนวลกว่าโดยมีรัศมีการโค้งงอเกินกว่าค่าวิกฤตต่ำสุด “การสำรอง” ของความโค้งของอะตอมเบริลเลียมดังกล่าวทำให้พวกมันเปลี่ยนรูปได้จนถึงขีดจำกัดของการดัดงอของเส้นใย

ความคล้ายคลึงกันของโทโพโลยีของอะตอมลิเธียมและเบริลเลียมบ่งชี้ว่าไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างพวกมัน และเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าอะตอมใดเป็นอะตอมที่ใหญ่ที่สุดของลิเธียมและเป็นอะตอมของเบริลเลียมที่เล็กที่สุด โดยเน้นที่น้ำหนักอะตอมแบบตารางเท่านั้น (และค่าเฉลี่ยของค่าทั้งหมด) เราสามารถสรุปได้ว่าสายของอะตอมเบริลเลียมขนาดกลางประกอบด้วยอิเล็กตรอนประมาณ 16,500 ที่ถูกผูกไว้ ขีด จำกัด สูงสุดของขนาดของอะตอมเบริลเลียมไอโซโทปขึ้นอยู่กับขนาดต่ำสุดของอะตอมของธาตุถัดไป - โบรอนซึ่งมีการกำหนดค่าแตกต่างกันอย่างมาก

ขอบของความโค้งของสายของอะตอมเบริลเลียมส่วนใหญ่ส่งผลกระทบต่อการเชื่อมต่อซึ่งกันและกันในขณะที่การแข็งตัวของโลหะ: พวกเขาอยู่ติดกันไม่ใช่โดยส่วนสั้น (ประ) เช่นในลิเธียม แต่โดยขอบเขตยาว รูปทรงของอะตอมตามที่เป็นอยู่ปรับซึ่งกันและกันทำให้เสียรูปและเกาะติดกันอย่างสูงสุด ดังนั้นการเชื่อมต่อเหล่านี้จึงแข็งแกร่งมาก อะตอมของเบริลเลียมยังแสดงความสามารถในการเสริมความแข็งแกร่งในสารประกอบที่มีอะตอมของโลหะอื่น ๆ นั่นคือในโลหะผสมซึ่งเบริลเลียมใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับโลหะหนัก: เติมช่องว่างและเกาะกับอะตอมของโลหะฐานด้วยร่องที่ยืดหยุ่นได้ อะตอมเบริลเลียม ยึดติดกันเหมือนกาว ทำให้โลหะผสมมีความทนทานมาก ดังนั้นจึงเป็นไปตามนั้น ความแข็งแรงของโลหะถูกกำหนดโดยความยาวของส่วนที่ติดกันของรางดูดของอะตอม: ยิ่งส่วนเหล่านี้ยาวเท่าไร โลหะยิ่งแข็งแกร่ง การทำลายของโลหะมักเกิดขึ้นตามพื้นผิวโดยมีส่วนที่เหนียวสั้นที่สุด

ระยะขอบสำหรับการดัดรัศมีของสายของอะตอมเบริลเลียมช่วยให้พวกเขาสามารถเปลี่ยนรูปได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนการเชื่อมต่อระหว่างพวกเขา เป็นผลให้ร่างกายผิดรูป นี่คือการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น มันยืดหยุ่นได้เพราะในสถานะเริ่มต้นใดๆ อะตอมจะมีรูปแบบที่มีแรงกดน้อยที่สุด และเมื่อเสียรูป พวกมันจะถูกบังคับให้ทนต่อ "ความไม่สะดวก" บางอย่าง และทันทีที่แรงการเปลี่ยนรูปหายไป อะตอมจะกลับสู่สภาพเดิมที่มีความเครียดน้อยลง เพราะฉะนั้น, ความยืดหยุ่นของโลหะถูกกำหนดโดยความยาวส่วนเกินของสายของอะตอม ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนรูปได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนพื้นที่ของการเชื่อมต่อโครงข่าย.

ความยืดหยุ่นของเบริลเลียมสัมพันธ์กับการทนความร้อน มันแสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมสามารถเกิดขึ้นได้ภายในขอบเขตของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นที่ไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสารประกอบของอะตอมระหว่างกัน โดยทั่วไปแล้ว กำหนดความต้านทานความร้อนของโลหะรวมไปถึงความยืดหยุ่น ความยาวของสายอะตอมมากเกินไป. การลดลงของความแข็งแรงของโลหะที่ความร้อนสูงนั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมจะลดพื้นที่ของการเชื่อมต่อซึ่งกันและกัน และเมื่อพื้นที่เหล่านี้หายไปหมด โลหะก็จะละลาย

ความยืดหยุ่นของเบริลเลียมมาพร้อมกับความเปราะบาง ความเปราะบางถือได้ในกรณีทั่วไปว่าเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับความเป็นพลาสติก: ถ้าความเป็นพลาสติกแสดงออกในความสามารถของอะตอมในการเปลี่ยนตำแหน่งร่วมกันในขณะที่รักษาพื้นที่เชื่อมต่อ ความเปราะบางจะแสดงออกมาก่อนอื่นในความจริงที่ว่าอะตอมไม่ได้ มีความเป็นไปได้ดังกล่าว การกระจัดร่วมกันของอะตอมของวัสดุเปราะสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อพันธะของพวกมันแตกอย่างสมบูรณ์ อะตอมเหล่านี้ไม่มีรูปแบบอื่นของสารประกอบ ในวัสดุยืดหยุ่น (ในโลหะ) ความเปราะบางยังโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่ามันเป็นเหมือนการกระโดด: รอยแตกที่เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากความเค้นมากเกินไปจะแผ่กระจายไปทั่วส่วนตัดขวางของร่างกายด้วยความเร็วสูง สำหรับการเปรียบเทียบ: อิฐภายใต้การทุบด้วยค้อนสามารถพังได้ (นี่คือความเปราะบางเช่นกัน) แต่ไม่แตก ความเปราะบาง "กระโดด" ของเบริลเลียมอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมของมันไม่ได้เชื่อมต่อถึงกันในวิธีที่ดีที่สุด และพวกมันล้วนถูกตรึงเครียด และทันทีที่พันธะหนึ่งขาดหายไป อะตอมของขอบเขตจะเริ่ม "ยืดให้ตรง" อย่างรวดเร็วเพื่อทำลายความสัมพันธ์กับเพื่อนบ้าน ความผูกพันของคนหลังก็จะเริ่มพังทลายลงเช่นกัน และขั้นตอนนี้จะใช้อักขระลูกโซ่ เพราะฉะนั้น, ความเปราะบางของโลหะยืดหยุ่นขึ้นอยู่กับระดับการเสียรูปของอะตอมที่เชื่อมต่อถึงกันและการไม่สามารถเปลี่ยนพันธะระหว่างกันได้.

ความต้านทานการแผ่รังสีของเบริลเลียมอธิบายได้จากปริมาณสำรองที่เท่ากันในขนาดของอะตอม: สายไฟของอะตอมเบริลเลียมมีความสามารถในการสปริงภายใต้การแผ่รังสีอย่างแรง โดยไม่ถึงความโค้งวิกฤต และด้วยเหตุนี้จึงยังคงไม่บุบสลาย

และสีเทาอ่อนของเบริลเลียมและการไม่มีเงาโลหะสว่าง เช่น ลิเธียม สามารถอธิบายได้ในลักษณะเดียวกัน: คลื่นแสงของอีเทอร์ ตกลงบนสายอะตอมของเบริลเลียมที่ไม่แข็งกระด้าง ถูกดูดกลืนโดยพวกมัน และมีเพียงส่วนหนึ่งของคลื่นเท่านั้นที่สะท้อนและสร้างแสงที่กระจัดกระจาย

ความหนาแน่นของเบริลเลียมนั้นมากกว่าลิเธียมเกือบสี่เท่าเพียงเพราะความหนาแน่นของสายของอะตอมนั้นสูงกว่า: พวกมันเชื่อมต่อกันไม่ใช่ที่จุด แต่ในส่วนที่ยาว ในเวลาเดียวกัน ในมวลที่ต่อเนื่องกัน เบริลเลียมเป็นสารที่ค่อนข้างหลวม: มีความหนาแน่นเป็นสองเท่าของน้ำเท่านั้น

มอสโก 6 กุมภาพันธ์ - RIA Novostiนักเคมีชาวรัสเซียและชาวต่างประเทศประกาศความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของสารประกอบสองชนิดที่เสถียรของธาตุที่ "เกลียดชังชาวต่างชาติ" ที่สุด - ฮีเลียม และได้ยืนยันการทดลองแล้วว่ามีอยู่หนึ่งในนั้น - โซเดียม เฮไลด์ ตามบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Chemistry

"การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์ที่คาดไม่ถึงอย่างสมบูรณ์สามารถตรวจพบได้อย่างไรโดยใช้วิธีการทางทฤษฎีและการทดลองที่ทันสมัยที่สุด งานของเราแสดงให้เห็นอีกครั้งว่าเรารู้เพียงเล็กน้อยในปัจจุบันเกี่ยวกับผลกระทบของสภาวะสุดขั้วต่อเคมี และบทบาทของปรากฏการณ์ดังกล่าวต่อกระบวนการภายในดาวเคราะห์ ที่จะอธิบายได้” Artem Oganov ศาสตราจารย์ที่ Skoltech และ Moscow Phystech ใน Dolgoprudny กล่าว

ความลับของก๊าซมีตระกูล

สาระสำคัญของเอกภพซึ่งเกิดขึ้นหลายร้อยล้านปีหลังจากบิ๊กแบง มีเพียงสามองค์ประกอบเท่านั้น ได้แก่ ไฮโดรเจน ฮีเลียม และปริมาณลิเธียม ฮีเลียมยังคงเป็นธาตุที่มีมากเป็นอันดับสามในเอกภพในปัจจุบัน แต่หาได้ยากบนโลก และปริมาณสำรองฮีเลียมบนโลกใบนี้ก็ลดลงอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการหลบหนีออกสู่อวกาศ

ลักษณะเด่นของฮีเลียมและองค์ประกอบอื่น ๆ ของกลุ่มที่แปดของตารางธาตุซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "ก๊าซมีตระกูล" คือพวกมันไม่เต็มใจอย่างยิ่ง - ในกรณีของซีนอนและธาตุหนักอื่น ๆ - หรือโดยหลักการแล้วเช่นนีออน ไม่สามารถทำปฏิกิริยาเคมีได้ มีสารประกอบซีนอนและคริปทอนเพียงไม่กี่โหลที่มีฟลูออรีน ออกซิเจน และตัวออกซิไดซ์ที่แรงอื่นๆ สารประกอบนีออนเป็นศูนย์และสารประกอบฮีเลียมหนึ่งชนิด ค้นพบโดยการทดลองในปี พ.ศ. 2468

สารประกอบนี้ ซึ่งเป็นการรวมตัวของโปรตอนและฮีเลียม ไม่ใช่สารประกอบทางเคมีที่แท้จริงในความหมายที่เข้มงวดของคำนี้ - ฮีเลียมในกรณีนี้ไม่มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพันธะเคมี แม้ว่าจะส่งผลต่อพฤติกรรมของอะตอมไฮโดรเจนที่ปราศจาก อิเล็กตรอน. ตามที่นักเคมีได้สันนิษฐานไว้ก่อนหน้านี้ ควรมีการค้นพบ "โมเลกุล" ของสารนี้ในตัวกลางระหว่างดวงดาว แต่ในช่วง 90 ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ยังไม่ได้ค้นพบพวกมัน สาเหตุที่เป็นไปได้คือไอออนนี้มีความเสถียรสูง และจะถูกทำลายเมื่อสัมผัสกับโมเลกุลอื่นๆ เกือบทุกชนิด

Artem Oganov และทีมของเขาสงสัยว่าสารประกอบฮีเลียมจะมีอยู่จริงภายใต้สภาวะแปลกใหม่ที่นักเคมีภาคพื้นดินไม่ค่อยนึกถึง ที่ความดันและอุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษ Oganov และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ศึกษาเคมีที่ "แปลกใหม่" ดังกล่าวมาเป็นเวลานานและได้พัฒนาอัลกอริธึมพิเศษสำหรับการค้นหาสารที่มีอยู่ในสภาวะดังกล่าว ด้วยความช่วยเหลือของเขา พวกเขาค้นพบว่ากรดออร์โธคาร์บอนิกที่แปลกใหม่ เกลือแกงธรรมดาที่ "เป็นไปไม่ได้" และสารประกอบอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งที่ "ละเมิด" กฎของเคมีแบบคลาสสิกสามารถมีอยู่ในส่วนลึกของก๊าซยักษ์และดาวเคราะห์ดวงอื่น

โดยใช้ระบบเดียวกัน USPEX นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียและชาวต่างประเทศพบว่าที่ความดันสูงพิเศษที่เกินความดันบรรยากาศ 150,000 และล้านครั้ง มีสารประกอบฮีเลียมที่เสถียรสองชนิดในคราวเดียว ได้แก่ โซเดียมเฮไลด์และโซเดียมออกซีเจไลด์ สารประกอบแรกประกอบด้วยโซเดียมอะตอมสองอะตอมและอะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอม ในขณะที่สารประกอบที่สองประกอบด้วยออกซิเจน ฮีเลียม และโซเดียมสองอะตอม

ความดันสูงมากทำให้เกลือ 'ทำลาย' กฎเคมีนักเคมีชาวอเมริกัน-รัสเซีย และยุโรป ได้เปลี่ยนเกลือแกงธรรมดาให้กลายเป็นสารประกอบที่ "เป็นไปไม่ได้" ทางเคมี ซึ่งโมเลกุลเหล่านี้ถูกจัดเป็นโครงสร้างแปลกตาที่มีโซเดียมและคลอรีนจำนวนต่างกันไป

อะตอมบนทั่งเพชร

แรงกดดันทั้งสองสามารถทำได้ง่าย ๆ โดยใช้ทั่งเพชรสมัยใหม่ ซึ่งเพื่อนร่วมงานของ Oganov ทำภายใต้การแนะนำของ Alexander Goncharov รัสเซียอีกคนหนึ่งจากห้องปฏิบัติการธรณีฟิสิกส์ในวอชิงตัน จากการทดลองของเขาพบว่า โซเดียมเจไลด์ก่อตัวที่ความดันประมาณ 1.1 ล้านบรรยากาศและคงตัวได้จนถึงอย่างน้อย 10 ล้านบรรยากาศ

ที่น่าสนใจคือ โซเดียมเฮไลด์มีโครงสร้างและคุณสมบัติคล้ายกับเกลือฟลูออรีน ซึ่งเป็น "เพื่อนบ้าน" ของฮีเลียมในตารางธาตุ อะตอมฮีเลียมแต่ละอะตอมใน "เกลือ" นี้ล้อมรอบด้วยอะตอมโซเดียมแปดอะตอม ซึ่งคล้ายกับโครงสร้างของแคลเซียมฟลูออไรด์หรือเกลืออื่นๆ ของกรดไฮโดรฟลูออริก อิเล็กตรอนใน Na2He ถูก "ดึงดูด" ให้กับอะตอมอย่างแรงจนสารประกอบนี้ไม่เหมือนโซเดียม เป็นฉนวน นักวิทยาศาสตร์เรียกโครงสร้างดังกล่าวว่าผลึกไอออนิกเนื่องจากอิเล็กตรอนมีบทบาทและแทนที่ไอออนที่มีประจุลบในตัวมัน

MIPT: ลำไส้ของดาวเนปจูนและดาวยูเรนัสอาจมี "กรดของฮิตเลอร์"นักเคมีจากสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโกและสโกลเทคแนะนำว่าส่วนลึกของดาวยูเรนัสและเนปจูนอาจมีชั้นของสสารแปลกใหม่ นั่นคือ กรดออร์โธคาร์บอนิก หรือที่เรียกว่า "กรดของฮิตเลอร์"

"สารประกอบที่เราค้นพบนั้นผิดปกติมาก แม้ว่าอะตอมของฮีเลียมจะไม่มีส่วนร่วมโดยตรงในพันธะเคมี แต่การปรากฏตัวของพวกมันจะเปลี่ยนปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างอะตอมของโซเดียมโดยพื้นฐาน ทำให้เกิดการแปลตำแหน่งของอิเล็กตรอนวาเลนซ์ที่แข็งแกร่ง ซึ่งทำให้วัสดุที่เป็นผลลัพธ์เป็นฉนวน" Xiao Dong จากมหาวิทยาลัย Nankan ในเทียนจิน (จีน) อธิบาย

สารประกอบอีกชนิดหนึ่งคือ Na2HeO พบว่ามีความคงตัวในช่วงความดันตั้งแต่ 0.15 ถึง 1.1 ล้านบรรยากาศ สารนี้ยังเป็นผลึกไอออนิกและมีโครงสร้างคล้ายกับ Na2He เฉพาะบทบาทของไอออนที่มีประจุลบในพวกมันเท่านั้นที่ไม่ได้เล่นโดยอิเล็กตรอน แต่โดยอะตอมของออกซิเจน

ที่น่าสนใจคือ โลหะอัลคาไลอื่นๆ ทั้งหมดซึ่งมีปฏิกิริยาตอบสนองสูงกว่า มีโอกาสเกิดสารประกอบฮีเลียมที่ความดันเกินความดันบรรยากาศน้อยกว่ามากไม่เกิน 10 ล้านครั้ง

นักวิทยาศาสตร์รัสเซียจำลองการตกแต่งภายในของดาวเคราะห์นอกระบบซุปเปอร์เอิร์ธกลุ่มผู้เชี่ยวชาญจากสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโก พยายามค้นหาว่าสารประกอบใดสามารถสร้างซิลิกอน ออกซิเจน และแมกนีเซียมที่ความดันสูง นักวิทยาศาสตร์อ้างว่าองค์ประกอบเหล่านี้เป็นพื้นฐานของเคมีของโลกและดาวเคราะห์ภาคพื้นดิน

Oganov และเพื่อนร่วมงานของเขาอ้างว่าเป็นความจริงที่ว่าวงโคจรของอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในอะตอมโพแทสเซียม รูบิเดียม และซีเซียมเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อความดันเพิ่มขึ้น ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นกับโซเดียม ด้วยเหตุผลที่ยังไม่ชัดเจน นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าโซเดียมเจไลด์และสารอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกันสามารถพบได้ในแกนของดาวเคราะห์ ดาวแคระขาว และดาวฤกษ์อื่นๆ

นักวิทยาศาสตร์สามารถขอรับและลงทะเบียนโมเลกุลลิเธียมฮีเลียม LiHe เป็นโมเลกุลที่เปราะบางที่สุดชนิดหนึ่งที่รู้จัก และขนาดของมันใหญ่กว่าขนาดของโมเลกุลของน้ำมากกว่าสิบเท่า

ดังที่ทราบกันดีว่าอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางสามารถก่อให้เกิดพันธะที่เสถียรต่อกันมากขึ้นหรือน้อยลงในสามวิธี ประการแรก ด้วยความช่วยเหลือของพันธะโควาเลนต์ เมื่ออะตอมสองอะตอมใช้คู่อิเล็กตรอนร่วมกันตั้งแต่หนึ่งคู่ขึ้นไป พันธะโควาเลนต์เป็นพันธะที่แข็งแกร่งที่สุดในสามกลุ่ม พลังงานลักษณะเฉพาะของการแตกของพวกมันมักจะเท่ากับอิเล็กตรอนโวลต์หลายตัว

พันธะโควาเลนต์ไฮโดรเจนที่อ่อนแอกว่าอย่างเห็นได้ชัด นี่คือแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกผูกไว้กับอะตอมอิเล็กโตรเนกาทีฟของอีกโมเลกุลหนึ่ง (โดยปกติ อะตอมดังกล่าวคือออกซิเจนหรือไนโตรเจน แม้ว่าพลังงานของพันธะไฮโดรเจนจะน้อยกว่าพันธะโควาเลนต์หลายร้อยเท่า แต่ก็เป็นปัจจัยที่กำหนดคุณสมบัติทางกายภาพของน้ำเป็นส่วนใหญ่ และยังมีบทบาทสำคัญในโลกอินทรีย์อีกด้วย

ในที่สุด จุดอ่อนที่สุดคือปฏิสัมพันธ์ที่เรียกว่า Van der Waals บางครั้งก็เรียกว่ากระจัดกระจาย มันเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไดโพลกับไดโพลของสองอะตอมหรือโมเลกุล ในกรณีนี้ ไดโพลสามารถมีอยู่ในโมเลกุล (เช่น น้ำมีโมเมนต์ไดโพล) หรือถูกเหนี่ยวนำให้เกิดอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์

พลังงานลักษณะเฉพาะของพันธะแวนเดอร์วาลส์คือหน่วยของเคลวิน (โวลต์อิเล็กตรอนที่กล่าวถึงข้างต้นมีค่าประมาณ 10,000 เคลวิน) จุดอ่อนที่สุดของแวนเดอร์วาลส์คือการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างไดโพลเหนี่ยวนำสองขั้ว หากมีอะตอมที่ไม่มีขั้วสองอะตอม อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน แต่ละอะตอมจะมีโมเมนต์ไดโพลที่สั่นแบบสุ่ม (เปลือกอิเล็กตรอน สั่นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับนิวเคลียส) ช่วงเวลาเหล่านี้ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันส่งผลให้มีทิศทางที่อะตอมสองอะตอมเริ่มดึงดูด

อะตอมที่เฉื่อยมากที่สุดคือฮีเลียม ไม่เกิดพันธะโควาเลนต์กับอะตอมอื่น ในเวลาเดียวกัน ค่าของความสามารถในการโพลาไรซ์ของมันนั้นน้อยมาก กล่าวคือ มันยากสำหรับการสร้างพันธะที่กระจัดกระจาย อย่างไรก็ตาม มีเหตุการณ์สำคัญประการหนึ่ง อิเล็กตรอนในอะตอมฮีเลียมถูกนิวเคลียสจับแน่นมากจนสามารถเข้าใกล้อะตอมอื่นๆ ได้โดยไม่ต้องกลัวแรงผลัก จนถึงระยะห่างของรัศมีของอะตอมนี้ แรงที่กระจัดกระจายเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยระยะห่างระหว่างอะตอมที่ลดลง - แปรผกผันกับกำลังที่หกของระยะทาง!

ดังนั้นแนวคิดจึงเกิดขึ้น: หากคุณนำอะตอมของฮีเลียมสองอะตอมมาใกล้กัน พันธะ Van der Waals ที่เปราะบางจะยังคงเกิดขึ้นระหว่างพวกมัน สิ่งนี้เกิดขึ้นจริงในช่วงกลางทศวรรษ 1990 แม้ว่าจะต้องใช้ความพยายามอย่างมากก็ตาม พลังงานของพันธะดังกล่าวมีค่าเพียง 1 mK และตรวจพบโมเลกุล He2 ในปริมาณเล็กน้อยในฮีเลียมเจ็ตที่ระบายความร้อนด้วยซุปเปอร์คูล

ในขณะเดียวกัน คุณสมบัติของโมเลกุล He2 ก็มีความพิเศษและไม่เหมือนใครหลายประการ ตัวอย่างเช่น ขนาดของมันคือ ... ประมาณ 5 นาโนเมตร! สำหรับการเปรียบเทียบ ขนาดของโมเลกุลน้ำประมาณ 0.1 นาโนเมตร ในเวลาเดียวกัน พลังงานศักย์ขั้นต่ำของโมเลกุลฮีเลียมตกในระยะทางที่สั้นกว่ามาก - ประมาณ 0.2 นาโนเมตร - อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่ - ประมาณ 80% - อะตอมของฮีเลียมในโมเลกุลใช้ในโหมดการขุดอุโมงค์ กล่าวคือ ใน ภูมิภาคที่พวกเขาตั้งอยู่ในกรอบของกลไกคลาสสิกไม่สามารถทำได้

อะตอมที่ใหญ่ที่สุดรองจากฮีเลียมคือลิเธียม ดังนั้นหลังจากได้รับโมเลกุลฮีเลียมแล้ว การศึกษาความเป็นไปได้ในการแก้ไขการเชื่อมต่อระหว่างฮีเลียมกับลิเธียมจึงเป็นเรื่องปกติ และในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถทำได้ โมเลกุลลิเธียม-ฮีเลียม LiHe มีพลังงานยึดเหนี่ยวที่สูงกว่าฮีเลียม-ฮีเลียม - 34 ± 36 mK และระยะห่างระหว่างอะตอมจะน้อยกว่า - ประมาณ 2.9 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม แม้แต่ในโมเลกุลนี้ อะตอมส่วนใหญ่มักอยู่ในสภาวะต้องห้ามแบบคลาสสิกภายใต้กำแพงพลังงาน ที่น่าสนใจคือ หลุมที่มีศักยภาพสำหรับโมเลกุล LiHe นั้นเล็กมากจนสามารถมีอยู่ในสถานะพลังงานสั่นสะเทือนเพียงสถานะเดียว ซึ่งแท้จริงแล้วเป็นการแยกเป็นสองเท่าเนื่องจากการหมุนของอะตอม 7Li ค่าคงที่การหมุนของมันนั้นใหญ่มาก (ประมาณ 40 mK) ซึ่งการกระตุ้นของสเปกตรัมการหมุนนำไปสู่การทำลายโมเลกุล

Brett Esry/มหาวิทยาลัยแห่งรัฐแคนซัส

จนถึงตอนนี้ ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าสนใจจากมุมมองพื้นฐานเท่านั้น อย่างไรก็ตาม พวกเขามีความสนใจในสาขาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องอยู่แล้ว ดังนั้นกลุ่มฮีเลียมของอนุภาคจำนวนมากจึงสามารถเป็นเครื่องมือในการศึกษาผลกระทบของความล่าช้าในสุญญากาศของ Casimir การศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างฮีเลียมกับฮีเลียมก็มีความสำคัญเช่นกันสำหรับเคมีควอนตัม ซึ่งสามารถทดสอบแบบจำลองในระบบนี้ได้ และแน่นอน ไม่ต้องสงสัยเลยว่านักวิทยาศาสตร์จะคิดค้นแอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจและสำคัญอื่นๆ สำหรับวัตถุฟุ่มเฟือย เช่น โมเลกุล He2 และ LiHe

นักเคมีชาวรัสเซียและชาวต่างประเทศประกาศความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของสารประกอบสองชนิดที่เสถียรของธาตุที่ "เกลียดชังชาวต่างชาติ" ที่สุด - ฮีเลียม และได้ยืนยันการทดลองแล้วว่ามีอยู่หนึ่งในนั้น - โซเดียม เฮไลด์ ตามบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Chemistry

ความลับของก๊าซมีตระกูล

โดยใช้ระบบเดียวกัน USPEX นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียและชาวต่างประเทศพบว่าที่ความดันสูงพิเศษที่เกินความดันบรรยากาศ 150,000 และล้านเท่า มีสารประกอบฮีเลียมที่เสถียรสองชนิดในคราวเดียว ได้แก่ โซเดียมออกซีเจไลด์และโซเดียมเฮไลด์ สารประกอบแรกประกอบด้วยโซเดียมอะตอมสองอะตอมและอะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอม ในขณะที่สารประกอบที่สองประกอบด้วยออกซิเจน ฮีเลียม และโซเดียมสองอะตอม

อะตอมบนทั่งเพชร

ฉันหวังว่าทุกคนจะได้เยี่ยมชมสวนสัตว์อย่างน้อยหนึ่งครั้ง คุณเดินและชื่นชมสัตว์ที่นั่งอยู่ในกรง ตอนนี้เราจะเดินทางผ่าน "สวนสัตว์" ที่น่าทึ่งเฉพาะในเซลล์เท่านั้นที่จะไม่มีสัตว์ แต่มีอะตอมต่างๆ "สวนสัตว์" นี้มีชื่อของผู้สร้าง Dmitry Ivanovich Mendeleev และเรียกว่า "ตารางธาตุเคมี" หรือเพียงแค่ "ตารางของ Mendeleev"

ในสวนสัตว์จริง สัตว์หลายตัวที่มีชื่อเดียวกันสามารถอาศัยอยู่ในกรงได้ในคราวเดียว ตัวอย่างเช่น ตระกูลกระต่ายถูกวางไว้ในกรงหนึ่ง และอีกตระกูลของจิ้งจอกจะอยู่ในอีกกรงหนึ่ง และใน "สวนสัตว์" ของเราในเซลล์ "นั่ง" อะตอม - ญาติในทางวิทยาศาสตร์ - ไอโซโทป อะตอมใดที่ถือว่าเป็นญาติ? นักฟิสิกส์ได้พิสูจน์แล้วว่าอะตอมใดๆ ก็ตามประกอบด้วยนิวเคลียสและเปลือกอิเล็กตรอน ในทางกลับกัน นิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ดังนั้นนิวเคลียสของอะตอมใน "ญาติ" จึงมีจำนวนโปรตอนเท่ากันและมีจำนวนนิวตรอนต่างกัน

ในขณะนี้ สิ่งสุดท้ายในตารางคือ ลิเวอร์มอเรียม ถูกจารึกไว้ในเซลล์หมายเลข 116 มีองค์ประกอบมากมาย และแต่ละองค์ประกอบก็มีเรื่องราวของตัวเอง มีสิ่งที่น่าสนใจมากมายในชื่อ ตามกฎแล้วนักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบได้ให้ชื่อขององค์ประกอบและตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่มีการกำหนดชื่อโดยสมาคมเคมีพื้นฐานและเคมีประยุกต์ระหว่างประเทศ

องค์ประกอบหลายอย่างได้รับการตั้งชื่อตามเทพเจ้ากรีกโบราณและวีรบุรุษแห่งตำนาน นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ มีชื่อทางภูมิศาสตร์รวมถึงชื่อที่เกี่ยวข้องกับรัสเซีย

มีตำนานเล่าว่า Mendeleev โชคดี - เขาเพิ่งฝันถึงโต๊ะ อาจจะ. แต่ Blaise Pascal นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้ยิ่งใหญ่เคยตั้งข้อสังเกตว่ามีเพียงจิตใจที่เตรียมพร้อมเท่านั้นที่จะค้นพบโดยสุ่ม และใครก็ตามที่มีจิตใจพร้อมสำหรับการประชุมกับตารางธาตุก็คือ Dmitry Ivanovich เพราะเขาทำงานเกี่ยวกับปัญหานี้มาหลายปีแล้ว

ตอนนี้ขอตีถนน!

ไฮโดรเจน (H)

ไฮโดรเจน "มีชีวิตอยู่" ในเซลล์หมายเลข 1 ของสวนสัตว์ของเรา นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ Antoine Lavoisier จึงเรียกสิ่งนี้ พระองค์ทรงตั้งชื่อธาตุนี้ว่า ไฮโดรเจน(จากภาษากรีก ὕδωρ - "น้ำ" และราก -γεν- "ให้กำเนิด") ซึ่งหมายถึง "การให้กำเนิดน้ำ" นักฟิสิกส์และนักเคมีชาวรัสเซีย Mikhail Fedorovich Solovyov แปลชื่อนี้เป็นภาษารัสเซีย - ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนแสดงด้วยตัวอักษร H มันเป็นองค์ประกอบเดียวที่มีไอโซโทปมีชื่อของตัวเอง: 1 H - protium, 2 H - ดิวเทอเรียม, 3 H - ทริเทียม, 4 H - ควอเดียม, 5 H - เพนเทียม, 6 H - เฮกเซียมและ 7 H - septium ( ตัวยกหมายถึงจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดในนิวเคลียสของอะตอม)

จักรวาลเกือบทั้งหมดของเราประกอบด้วยไฮโดรเจน ซึ่งคิดเป็น 88.6% ของอะตอมทั้งหมด เมื่อเราสังเกตดวงอาทิตย์บนท้องฟ้า เราจะเห็นลูกบอลไฮโดรเจนขนาดใหญ่

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่เบาที่สุด และดูเหมือนว่าจะเป็นประโยชน์สำหรับพวกเขาในการเติมลูกโป่ง แต่มันสามารถระเบิดได้ และพวกเขาไม่ต้องการยุ่งกับมัน แม้แต่จะทำให้ความสามารถในการบรรทุกลดลง

ฮีเลียม (เขา)

เซลล์ 2 ประกอบด้วยฮีเลียมก๊าซมีตระกูล ฮีเลียมได้ชื่อมาจากชื่อกรีกของดวงอาทิตย์ - Ἥλιος (เฮลิออส) เพราะถูกค้นพบครั้งแรกบนดวงอาทิตย์ มันทำงานอย่างไร?

แม้แต่ไอแซก นิวตันก็พบว่าแสงที่เราเห็นประกอบด้วยเส้นสีต่างๆ ที่แยกจากกัน ในช่วงกลางของศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ระบุว่าสารแต่ละชนิดมีชุดของเส้นดังกล่าว เหมือนกับที่แต่ละคนมีลายนิ้วมือของตัวเอง ดังนั้นในรังสีของดวงอาทิตย์จึงพบว่ามีเส้นสีเหลืองสดใสซึ่งไม่อยู่ในองค์ประกอบทางเคมีที่รู้จักก่อนหน้านี้ และเพียงสามทศวรรษต่อมาก็พบฮีเลียมบนโลก

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อย อีกชื่อหนึ่งคือก๊าซมีตระกูล ก๊าซดังกล่าวไม่ไหม้ ดังนั้นพวกเขาจึงชอบเติมลูกโป่งด้วยแม้ว่าฮีเลียมจะหนักกว่าไฮโดรเจนถึง 2 เท่าซึ่งจะช่วยลดความสามารถในการบรรทุก

ฮีเลียมเป็นเจ้าของสถิติ มันผ่านจากสถานะก๊าซไปเป็นของเหลว เมื่อองค์ประกอบทั้งหมดเป็นของแข็งมานานแล้ว: ที่อุณหภูมิ −268.93 ° C และไม่ผ่านเข้าสู่สถานะของแข็งที่ความดันปกติเลย ที่ความดัน 25 บรรยากาศและอุณหภูมิ -272.2 ° C ฮีเลียมจะกลายเป็นของแข็ง

ลิเธียม (หลี่)

เซลล์หมายเลข 3 ถูกครอบครองโดยลิเธียม ลิเธียมได้ชื่อมาจากคำภาษากรีก λίθος (หิน) เนื่องจากแต่เดิมพบในแร่ธาตุ

มีสิ่งที่เรียกว่าต้นเหล็กที่จมอยู่ในน้ำ และมีลิเธียมโลหะที่เบาเป็นพิเศษ ตรงกันข้าม มันไม่จมอยู่ในน้ำ และไม่เพียงแต่ในน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงของเหลวอื่นๆ ด้วย ความหนาแน่นของลิเธียมน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำเกือบ 2 เท่า มันดูไม่เหมือนโลหะเลย - มันนิ่มเกินไป ใช่และเขาไม่สามารถว่ายน้ำได้เป็นเวลานาน - ลิเธียมละลายด้วยน้ำเสียงฟ่อ

การเติมลิเธียมเล็กน้อยจะเพิ่มความแข็งแรงและความเหนียวของอะลูมิเนียม ซึ่งมีความสำคัญมากในด้านวิทยาศาสตร์การบินและจรวด เมื่อลิเธียมเปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งใช้เพื่อทำให้อากาศบริสุทธิ์ในห้องที่แยกออกมา เช่น บนเรือดำน้ำหรือยานอวกาศ

เบริลเลียม (เป็น)

ในเซลล์หมายเลข 4 คือเบริลเลียม ชื่อนี้มาจากแร่เบริลเลียม ซึ่งเป็นวัตถุดิบในการผลิตโลหะเบริลเลียม Beryl เองได้รับการตั้งชื่อตามเมือง Belur ของอินเดียซึ่งอยู่ในบริเวณใกล้เคียงที่มีการขุดมาตั้งแต่สมัยโบราณ ใครต้องการเขาแล้ว?

จำพ่อมดแห่งเมืองมรกต - กู๊ดวินผู้ยิ่งใหญ่และแย่มาก เขาบังคับให้ทุกคนสวมแว่นสีเขียวเพื่อให้เมืองของเขาดู "มรกต" และมั่งคั่งมาก ดังนั้น มรกตเป็นหนึ่งในประเภทของเบริล มรกตบางชนิดมีค่ามากกว่าเพชร ดังนั้นในสมัยโบราณพวกเขาจึงรู้ว่าเหตุใดจึงเกิดการสะสมของเบริล

ในสารานุกรมห้าเล่ม "จักรวาลและมนุษยชาติ" ในปี 2439 ฉบับเกี่ยวกับเบริลเลียมกล่าวว่า: "ไม่มีการใช้งานจริง" และเวลาผ่านไปอีกมากก่อนที่ผู้คนจะได้เห็นคุณสมบัติอันน่าทึ่งของมัน ตัวอย่างเช่น เบริลเลียมมีส่วนในการพัฒนาฟิสิกส์นิวเคลียร์ หลังจากการฉายรังสีด้วยนิวเคลียสของฮีเลียมแล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบอนุภาคพื้นฐานที่สำคัญเช่นนิวตรอน

โลหะผสมของเบริลเลียมกับทองแดง - เบริลเลียมบรอนซ์มีความโดดเด่นอย่างแท้จริง หากโลหะส่วนใหญ่ "อายุ" เมื่อเวลาผ่านไป สูญเสียความแข็งแรง แล้วเบริลเลียมบรอนซ์ ในทางกลับกัน "อายุน้อยกว่า" เมื่อเวลาผ่านไป ความแข็งแรงของโลหะจะเพิ่มขึ้น สปริงจากมันแทบไม่สึก

บ่อ (วี)

Bohr ครอบครองเซลล์หมายเลข 5 ไม่จำเป็นต้องคิดว่าองค์ประกอบนี้ได้รับการตั้งชื่อตามผู้รักษาประตูของสโมสรฟุตบอลเดนมาร์ก "Akademisk" Niels Bohr ภายหลังเป็นนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ ไม่ องค์ประกอบนี้ได้ชื่อมาจากคำภาษาเปอร์เซีย "burakh" หรือจากคำภาษาอาหรับ "burak" (สีขาว) ซึ่งแสดงถึงสารประกอบของโบรอน - บอแรกซ์ แต่ฉันชอบเวอร์ชันที่ "บีทรูท" ไม่ใช่ภาษาอาหรับ แต่เป็นคำภาษายูเครนล้วนๆ ในภาษารัสเซีย - "บีทรูท"

โบรอนเป็นวัสดุที่แข็งแรงมาก มีความต้านทานแรงดึงสูงสุด หากสารประกอบของโบรอนและไนโตรเจนถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิ 1350 ° C ที่ความดัน 65,000 บรรยากาศ (ซึ่งขณะนี้สามารถทำได้ในทางเทคนิค) ก็จะได้ผลึกที่สามารถขีดข่วนเพชรได้ วัสดุขัดถูที่ทำขึ้นจากสารประกอบโบรอนไม่ได้ด้อยกว่าเพชรและในขณะเดียวกันก็มีราคาถูกกว่ามาก

โบรอนมักจะถูกนำมาใช้ในโลหะผสมของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและเหล็กเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของพวกมัน การผสมผสานของโบรอนกับไฮโดรเจน - โบราน - เป็นเชื้อเพลิงจรวดที่ยอดเยี่ยม มีประสิทธิภาพเกือบสองเท่าของเชื้อเพลิงแบบเดิม มีงานสำหรับโบรอนในการเกษตร: โบรอนถูกเติมลงในปุ๋ย เนื่องจากขาดโบรอนในดิน ผลผลิตของพืชหลายชนิดจึงลดลงอย่างเห็นได้ชัด

ศิลปิน Anna Gorlach