Pierwiastki – dziwne i wspaniałe

Organizacja Narodów Zjednoczonych ogłosiła rok 2019 Międzynarodowym Rokiem Układu Okresowego Pierwiastków Chemicznych. Ma to na celu upamiętnienie 150. rocznicy starań Dymitra Mendelejewa o stworzenie układu okresowego pierwiastków.

Układ okresowy pierwiastków chemicznych jest jednym z najbardziej znaczących osiągnięć nauki, ujmującym istotę nie tylko chemii, ale także fizyki i biologii.

Organizacja Narodów Zjednoczonych do spraw Oświaty, Nauki i Kultury

Ludzie wiedzieli o czystych formach pierwiastków, takich jak siarka, i używali ich od tysięcy lat, ale nauka o izolowaniu i identyfikowaniu pierwiastków naprawdę nabrała rozpędu w 1700 roku. W miarę jak naukowcy gromadzili więcej informacji, rozpoznawali wzory we właściwościach pierwiastków. Będąc naukowcami, ich kolejnymi krokami było skategoryzowanie pierwiastków i stworzenie pewnego porządku – jak szczegółowo opisano w artykule Rozwój układu okresowego.

Pierwiastek jest pierwiastkiem jest pierwiastkiem

Pierwiastek jest substancją, która składa się z atomów o tej samej liczbie atomowej. Pierwiastek żelazo jest zbudowany tylko z atomów żelaza, a atomy żelaza są wszędzie takie same – atomy żelaza na Ziemi są takie same jak atomy żelaza na Marsie.

Te informacje – oraz uporządkowanie układu okresowego – mogą sprawić, że pierwiastki wydadzą się nieco przewidywalne i nudne, ale wiele z nich ma pewne niezwykłe cechy. Oto kilka dziwnych i wspaniałych faktów dotyczących pierwiastków.

Pierwiastki stałe

Większość pierwiastków jest stała w standardowych warunkach (temperatura pokojowa i ciśnienie):

• Jod (I) jest ciałem stałym, ale kiedy jest podgrzewany, łatwo sublimuje – przechodzi od razu w stan gazowy – i wydziela fioletowe opary.
• Gal (Ga) może zmienić się ze stanu stałego w ciekły po prostu siedząc w dłoni. Jego temperatura topnienia wynosi 29,8 ℃. Średnia temperatura ludzkiego ciała wynosi 37 ℃. Jednak jego temperatura wrzenia jest dość wysoka – 2,229 ° C – dzięki czemu gal jest przydatny w termometrach wysokotemperaturowych.
• Prawie wszystkie metale elementarne mają srebrny kolor. Złoto (Au) i miedź (Cu) są jedynymi dwoma wyjątkami.
• Najrzadszym naturalnie występującym pierwiastkiem jest astat (At). W skorupie ziemskiej znajduje się go około 28 g. Astatyn otrzymał swoją nazwę od greckiego słowa astatos, oznaczającego niestabilność.
• Węgiel (C) reaguje z innymi pierwiastkami, tworząc 10 milionów różnych związków. Węgiel stanowi 20% masy organizmów żywych.
• Pierwiastki fermium (Fm) i einsteinium (Es) zostały odkryte w wyniku pierwszego testu bomby wodorowej w 1952 roku. Drony przenosiły papier filtracyjny do zbierania próbek z atmosfery, a te dwa pierwiastki zostały znalezione w szczątkach na papierze. Oba pierwiastki są syntetyczne i radioaktywne i są produkowane tylko w bardzo, bardzo małych ilościach. Oba pierwiastki są również nazwane na cześć sławnych naukowców.
• Potas (K) jest tak reaktywny, że nie występuje naturalnie samodzielnie. Czysty potas musi być przechowywany w oleju lub nafcie, aby nie reagował w powietrzu.
• Caes (Cs) jest kolejnym reaktywnym pierwiastkiem. Zapala się spontanicznie w powietrzu i reaguje wybuchowo z wodą. Zwykle jest przechowywany i transportowany w oleju mineralnym.
• Magnez (Mg) jest potrzebny do ponad 300 reakcji biochemicznych w naszym organizmie. Koła magnezowe – lepiej znane jako koła mag – były używane w latach sześćdziesiątych. Były one lekkie, co czyniło je idealnymi do wyścigów. Ich wadą było to, że były podatne na korozję i (błędnie) uważano, że są łatwopalne. Obręcze wyścigowe są obecnie wykonane ze stopu magnezu.

Pierwiastki ciekłe

Są tylko dwa pierwiastki, które istnieją w postaci ciekłej w warunkach standardowych – rtęć i brom:

• Rtęć (Hg) rozpuszcza i/lub koroduje wiele metali, w związku z czym zwykle nie jest dozwolona na pokładach samolotów.
• Brom (Br) jest szkodliwy dla atmosfery. Jest on odpowiedzialny za do połowy utraty ozonu nad Antarktydą. Ludzie są odpowiedzialni za około 30% bromu w atmosferze.

Pierwiastki gazowe

W warunkach standardowych występuje 11 pierwiastków gazowych:

• Hel (He) jest drugim najobficiej występującym pierwiastkiem we wszechświecie, ale na Ziemi jest w rzeczywistości dość rzadki. Prędkość dźwięku w helu jest około trzy razy większa niż prędkość dźwięku w powietrzu. Powoduje to, że głosy ludzi stają się wysokie i piskliwe, gdy oddychają helem.
• Wodór (H) jest najlżejszym pierwiastkiem i najobficiej występującą substancją chemiczną we wszechświecie. Zapewnił windę dla pierwszej niezawodnej formy podróży lotniczych. Jest również wysoce łatwopalny, więc większość usług lotniczych wykorzystujących wodór zakończyła się pod koniec lat trzydziestych XX wieku.
• Kojarzymy neon (Ne) z jasnymi znakami. Neon jest odpowiedzialny za czerwono-pomarańczowe światło, ale inny gaz szlachetny zwany kryptonem (Kr) może być w rzeczywistości odpowiedzialny za wielobarwne „neonowe” znaki. Rurki są pomalowane na pożądany kolor, a białe wyładowanie kryptonu tworzy świecący efekt.

Pierwiastki o nieznanym stanie skupienia

Pierwiastki w 7 okresie (rzędzie) od rutherfordium (Rf) do tennessinu (Ts) są tak krótko żyjące, że naukowcy nie są w stanie wiarygodnie sklasyfikować ich jako ciała stałe, ciecze lub gazy:

• Tennessin (Ts) został oficjalnie nazwany w 2016 roku. Jest sztucznie wytwarzany, a jego najbardziej stabilny izotop ma okres połowicznego rozpadu wynoszący około 80 milisekund.

Szkoda pierwiastków

Na poważniejszą uwagę zasługują obawy, że światu grozi wyczerpanie niektórych pierwiastków z powodu ograniczonych dostaw i braku recyklingu. Europejskie Towarzystwo Chemiczne zauważa, że każdego miesiąca w Unii Europejskiej wyrzuca się lub wymienia około 10 milionów smartfonów. Każdy smartfon wymaga 30 pierwiastków – to znaczna część materiałów pierwiastkowych, które powinniśmy poddawać recyklingowi.