Возьмём классическую ситуацию из любой Sci-fi фантастики. Учёные вдруг находят какое-то странное изделие из невероятного металла, а при его анализе оказывается, что элемент в его составе отсутствует в таблице Менделеева.
Как вообще такое может случиться и что о таких шуточках говорит наука?
Тут всё очень интересно. Ответ, как обычно - и да, и нет. Но всё зависит от контекста и уровня изысканий
Для полноценной беседы нам надо говорить на одном языке друг с другом. Поэтому, следует вспомнить специфику устройства этой легендарной таблицы.
Вспомним устройство таблицы
Основой таблицы является атомный номер или количество протонов в ядре. У водорода один протон, у кислорода восемь, у урана - девяносто два. В XX веке люди научились «достраивать» таблицу, создавая искусственные элементы с номерами выше 92. Так появились нептуний, плутоний, калифорний и целый ряд так называемых трансурана. Они не встречаются в природе, но их удалось синтезировать в ускорителях и реакторах.
Сегодня самый тяжёлый официально признанный элемент - оганесон (№118). Но это вовсе не предел.
С точки зрения теории, ничто не мешает «прибавлять» протоны и двигаться к элементам 119, 120 и дальше. Научные группы в разных странах уже пытаются их синтезировать. Однако с ростом числа протонов увеличивается и кулоновское отталкивание между ними, ядро становится всё менее стабильным. Поэтому новые элементы живут доли секунды, распадаясь почти сразу после рождения. Настанет такой момент, когда невозможны будут секунды стабильности. Паззл просто не сложится.
Есть споры о том, в какой точке именно это произойдёт. Учёные полагают, что после некоторого провала будет область острова стабильности. Это гипотетическая зона на карте сверхтяжёлых элементов, где ядра благодаря особым комбинациям протонов и нейтронов могли бы быть относительно долговечными. Если такие ядра удастся создать, то мы получим реальные элементы, похожие хотя бы на оганесон. Но и остров стабильности не бесконечен.
Ограничения таблицы
Получается, что с одной стороны таблица Менделеева жёстко ограничена самой конструкцией атома, которая перестанет существовать дальше некоторого предела. С другой стороны всё ещё интереснее - выйти за водород будет похоже на поиск нереальных материй. Даже если вспомнить элемент номер 0 и допустить его реальность, то после него нечего искать.
Между уже существующими элементами клеточки тоже не вставить. Новый элемент не может вклиниться между уже существующими, потому что его место определяется числом протонов в ядре - а это строго целое число. У каждого элемента оно уникально и идёт подряд: 1, 2, 3… Если у кислорода 8 протонов, то следующий элемент с 9 протонами — фтор, и никакой «элемент 8,5» существовать не может. Поэтому новые элементы могут появляться только после или до уже известных, а не между ними.
Давайте подытожим эти рассуждения. Получается, что согласно современным представлениям об устройстве вещества, при обычных условиях технически невозможно появления элемента, который окажется вне периодического закона. Опустим остров стабильности, ибо он укладывается в рассмтариваемую модель.
Значит, мы имеем право полагать, что существование элемента вне таблицы должно подразумевать несоответствие пониманию стандартной физики.
Где искать то, что вне?
Получается, новые нестандартные вещества возможны там, где работает иная физика или используется та область представлений, о которой науке пока неизвестно.
Есть и другой сценарий. Где-то во Вселенной могут существовать условия, при которых формируются элементы, невозможные на Земле. Например, в недрах нейтронных звёзд или при столкновениях сверхновых. Там давление и энергия колоссальны, и могут появляться атомы, которые распадаются слишком быстро, чтобы мы их поймали в лаборатории. Теоретически, такие экзотические элементы могли бы существовать в микросекундных масштабах, а мы никогда о них не узнаем.
Ещё более интересная гипотеза, что возможны виды материи, не вписывающиеся в привычную схему протонов, нейтронов и электронов. К примеру странная материя, состоящая не из привычных кварков u и d, а с добавлением s-кварков или гипотетические стабильные конфигурации кварков, которые в таблице Менделеева места не имеют, но при этом могли бы образовывать атомоподобные структуры.
Это уже выходит за рамки химии в привычном смысле и больше относится к физике элементарных частиц, но такие идеи показывают: у природы может быть больше вариантов, чем наша таблица.
Да, элементы за пределами таблицы возможны. Другое дело, что не ясно, как их систематизировать. В привычном понимании вещества и материи этого не может быть, но не факт, что отсутствуют другие принципиальные подходы от самой матушки природы. Так или иначе, простой ответ на наш вопрос, который подойдёт для школы или общего курса универа - нет, таблица исчерпывающая и все вещества должны оказаться в ней.
Кстати, при таком подходе не совсем ясно, как ученые в фантастике обнаруживают те самые элементы ВНЕ таблицы. Дробные количества протонов невозможны исходя из их строения, а всё, что дальше - вряд ли имело бы форму какого-то железа.
🤖 💓 Статья написана человеком
Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями