Можем ли да комбинираме всички елементи от периодичната таблица в едно съединение?
„Има антимон, арсен, алуминий, селен…“ – така започва песента на Том Лерер „Елементите“. Откакто той я е композирал, човечеството е създало няколко изкуствени елемента допълнително към 92-те, които се срещат в природата. Сега има общо 118 – и в интернет периодично се срещат хора, които задават простия, но дълбок въпрос: може ли да се създаде молекула, която да съдържа всички тези елементи?
Отговорът на пръв поглед е скучен: просто „не“. Но причините, поради които не може да се прави така, са сложни и разнообразни – някои от тях идват от химичната структура, други от нестабилността, трети от фундаменталната физика, с която не искате да се занимавате.
Вместо да разглеждаме тези причини обаче, нека си представим, че можем всъщност да направим такава сглобка с магическа пръчка, и да видим колко бързо се разпада. И така, замахвайки с пръчката от оганесон към водород, пред очите ни се появява дългоочакваната красива панатомична молекула. Но преди да можем да я оценим, вероятно ще видим няколко големи светкавици, няколко пламъка и доста токсични газове. На пода ще има сажди, ръжда и метали.
Основната причина за разпадането ѝ е, че много от по-тежките елементи не са стабилни. Оганесонът, който е под номер 118 в таблицата, има период на полуразпад от 0,7 милисекунди. Номер 116, ливермориум, може да издържи над 10 пъти повече, но все пак едва ли надхвърля човешкото възприятие за интервал от време. Тези молекули ще се разпаднат, преди да се усетим, като по-тежките елементи ще започнат и верижна реакция с радиоактивните, които са по-стабилни. Взривове, светкавици, свистене…
Тъй като Коелда мина и чудеса не се случват в настоящите тривиални дни, добър начин за създаване на тази комбинирана всеобща молекула би бил да я сглобим от най-малките компоненти. Започваме с водорода, най-лекия и най-разпространен във Вселената. Намираме го навсякъде и той е в приятелски отношения с много други елементи! Чудесен избор да започнем с него. И след това срещаме хелия. Вторият най-лек елемент е благороден газ – клас елементи, които нямат нужда да създават молекулярни съединения, тъй като нямат проблеми с нестабилността.
Възможно е при определени условия, например в космическото пространство, хелий и други благородни газове да станат част от съединения. Преди няколко години беше създадено стабилно съединение на хелия, но само при невероятно налягане.
По-простичко казано, химичните елементи се свързват, като споделят или си дават взаимно електрони, така че електронните им орбитали да са в най-стабилните конфигурации. Някои елементи много искат да направят така и са много реактивни; други, като благородните газове, златото или платината, не толкова.
Какво тогава, ако вземем всички стабилни елементи и ги разбъркаме заедно? Или може би да ги разтопим в един съд под налягане и да го оставим да се охлади? Ами не – за съжаление, термодинамиката е досадно непреодолим фактор.
Системите във Вселената се стремят към равновесие, а също и към това да бъдат във възможно най-ниското енергийно състояние. Независимо дали се опитвате просто да залепите елементи един за друг, или да ги разтопите в някакъв специален тигел, термодинамиката си е термодинамика. По-малките, по-прости съединения ще бъдат по-стабилни и по-лесни за създаване, отколкото по-сложните.
Витамин В12
Това не означава, че не могат да се правят разнообразни и сложни молекули. Има примери за естествено срещащи се вещества, които показват, че сложността се случва и без нас. Вземете например витамин В12. Той е съставен от шест различни елемента: въглерод, водород, азот, кислород, кобалт и фосфор. Или минералът сфалерит, чиято основна структура на цинков сулфид може да побере примеси от други елементи, като вместо цинк има кадмий, живак, манган, галий, германий и индий, а вместо сяра – селен и телур.
Но молекула с шест различни елемента или минерал с потенциал за много примеси не заместват тази панатомична молекула, която искаме…
