ידענים: כימיה

מאת 25 במאי 2009 17 תגובות

היסוד אירופיום הופך למוליך-על בתנאי טמפרטורה של 1.8 קלווין ולחץ של כשמונה מאות אלף אטמוספרות ובכך הוא הופך ליסוד החמישים ושלושה הידוע כמוליך-על והעשרים ושלושה בתנאים של לחץ גבוה.

צילום התהליך - אוניברסיטת וושינגטון

צילום התהליך - אוניברסיטת וושינגטון

לרשימת עשרים ותשעת היסודות הטבעיים שהינם מוליכי-על הוסף לאחרונה יסוד נוסף – אירופיום.

ג'יימס שילינג James S. Schilling, פרופסור לפיסיקה במחלקה למדעים ואומניות באוניברסיטת וושינגטון שבסנט לואיס ותלמידיו גילו כי היסוד אירופיום הופך למוליך-על בתנאיי טמפרטורה של 1.8 קלווין ולחץ של כשמונה מאות אלף אטמוספרות ובכך הוא הופך ליסוד החמישים ושלושה הידוע כמוליך-על והעשרים ושלושה בתנאים של לחץ גבוה.

"עברו שבע שנים מאז מישהו גילה יסוד מוליך-על חדש," מציין החוקר. "הדבר הופך לקשה יותר ויותר מכיוון שנותרו פחות יסודות בטבלה המחזורית."

תגלית זו מוסיפה ידע ועוזרת לשפר את הבנתם של מדענים תיאורטיים לגביי מוליכות-על, הבנה שתוכל בעתיד להוביל לפיתוח של מוליכי-על בטמפרטורת החדר שישמשו לאחסון והובלה יעילים של אנרגיה.

אירופיום (הערך בוויקפדיה) שייך לקבוצת היסודות המכונים "עופרות נדירות" (rare earth elements). יסודות אלו מגנטיים ועל-כן הם אינם מוליכי-על. "מוליכות-על ומגנטיות נוטות לדחות אחת את השנייה. בכדי להשיג מוליכות-על, עלייך ל"העלים" את המגנטיות," מסביר החוקר.

מבין העופרות הנדירות, אירופיום הוא הסביר ביותר לאבד את המגנטיות שלו תחת לחץ גבוה בשל מבנהו האלקטרוני. במצבן המוצק, כמעט כל העופרות הנדירות הינן טרי-ולנטיות, כלומר כל אטום שלהן מסוגל ל"שחרר" שלושה אלקטרונים לשם הולכת חשמל.

"אולם, כאשר אטומי אירופיום נדחסים ליצירת מוצק, נותרים רק שני אלקטרונים חופשיים לכל אטום והיסוד נשאר מגנטי. הפעלת לחץ מספיק מביאה לשחרורו החוצה של אלקטרון שלישי ומתכת האירופיום הופכת לטרי-וולנטית. במצבו זה היסוד אינו מגנטי יותר, כך שמתקבלת האפשרות להפיכתו למוליך-על בתנאים המתאימים," מוסיף החוקר הראשי.

החוקרים השתמשו בסדן יהלום לשם יצירת לחץ גבוה שכזה על דגימת אירופיום. אטם מתכתי עגול מפריד בין שני סדני יהלום (0.17 קראט) מנוגדים בעלי פאות שקוטרן 0.18 מילימטרים. הדגימה מוכנסת לחריר זעיר באטם ונלחצת ע"י הפאות של סדני היהלום. לחץ מופעל על הדגימה ע"י ניפוחה בזרם של גז הליום. כיוון ששטח המגע זעיר ביותר, הרי שכמות קטנה של לחץ גז (שישים אטמוספרות) יוצרת כוח אדיר (15 טונות) על הדגימה, כך שהלחץ האפקטיבי המופעל עליה גבוה ביותר.

חומרים מוליכי-על הינם בעלי תכונות מגנטיות ואלקטרוניות ייחודיות. אין בהם התנגדות חשמלית, כך שתיאורטית זרם חשמלי יזרום בהם לעד, והם דיאמגנטיים, כלומר – מגנט שיונח מעליהם ירחף באוויר.

מאפיינים אלו יכולים להיות מנוצלים ליצירת מגנטים עוצמתיים עבור דימות רפואי, ליצירת קווי-חשמל ומתח המובילים חשמל באופן יעיל או ליצירת מחוללי-כוח (גנראטורים) יעילים יותר.

אולם, עדיין לא ידועים חומרים שהינם מוליכי-על בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי רגיל. כל החומרים הידועים היום כמוליכי-העל חייבים להיות מקוררים לטמפרטורת נמוכות באופן קיצוני או להידחס בלחצים גבוהים.

"בלחץ רגיל, הטמפרטורה הגבוהה ביותר שבה חומר ידוע הופך למוליך-על הינה מינוס 139.15 מעלות צלסיוס. חומר זה בעייתי מכיוון שהוא תערובת של חמישה יסודות שונים. החוקרים עדיין לא מבינים מדוע דווקא חומר זה הוא מוליך-על כה טוב," מסביר החוקר.

למדענים אין מספיק הבנה תיאורטית שתאפשר להם לתכנן שילוב יעיל של יסודות שונים שיהפוך למוליך-על בטמפרטורת החדר ובלחץ רגיל. ממצאי מחקר זה מספקים מידע נוסף שיוכל לסייע בהבנת המודלים התיאורטיים הנוכחיים המסבירים את תופעת מוליכות-העל.

"באופן תיאורטי, קל להבין את תכונותיהם של יסודות מוצקים מכיוון שהם מורכבים מסוג יחיד של אטומים," מסביר החוקר. "אולם, ע"י הפעלת לחץ אנו מסוגלים להביא את המוצק לתחום פיסיקלי חדש בו לתיאוריות הנוכחיות שלנו יש קושי בהבנתו. "כאשר נבין את התנהגות היסודות בתחומים חדשים אלו, אולי נוכל להקיש מכך לשילוב של יסודות לקבלת תרכובות חדשות שתוכלנה להוליך-על בטמפרטורות גבוהות יותר."

הידיעה מאוניברסיטת וושינגטון

17 תגובות ל “היסוד אירופיום הינו מוליך-על”

  1. אדי

    דוד,
    מיכאל מדבר על מעשה של הענקה. אפשר להבין שבמילון המושגים שלו, אכן יש במעשה נאצל כזה -'קדושה'. כך הוא מפרש אותך מבחינתו, וזה בסדר גמור.
    אני שואל שוב, מבחינת מילון המושגים שלך דוקא – מה ענין קדושה לכאן? או באופן כללי יותר – האם יש קדושה במדע? או שהמושג מתיחס, וחייב להתיחס – רק לאלוהים, ולאדם – באשר הוא נברא בצלם אלוהים והוא בחירו ( "קדושים תהיו כי קדוש אני" וכעזה"ד) – שאם לא תאמר כן – לפתח חטאת (ע"ז!) רובץ?
    אינני שואל כדי להתנצח, אני מנסה להבין, כי לשאלה הזו יש לדעתי השלכות מרחיקות לכת גם בתחום התפיסה המדעית וכמובן גם בתחום האמוני.

  2. מאת מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    אדי:
    דוד דיבר באופן כללי על הנוהג שרווח בקהיליה המדעית לדווח על כל ממצא גם אם אין לו יישום מיידי.
    לדעתי תיאורו את המצב – בעניין זה – כמו גם תיאור החשיבות שלו להתפתחות המדע מדוייק לחלוטין.
    הקדושה נובעת מכך שזה לפחות במידה מסויימת מעשה אלטרואיסטי שנועד לאפשר לאחרים להתקדם מהמקום אליו הגעת במקום להחזיק את הקלפים קרוב לחזה כדי להתקדם לשם בעצמך.
    כמובן שיש בעניין גם תועלת אישית אבל שיתוף הפעולה הזה הוא – לפחות בעיני – באמת קדוש.

  3. אדי

    דוד,
    הרשה לי להיות 'אפיקורס': באמת – לא הבנתי מה ענין 'קדושה' לתועלת הנובעת מהפצת הידיעה על היותו של היסוד אירופיום מוליך על?

  4. מאת מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    איציק:
    דוד ואני שוחחנו באופן תרבותי על דברים ששנינו הבנו.
    אז אוקיי- אתה לא הבנת. מה אתה משוויץ בזה?!

  5. איציק

    לא הבנתי על מה דוד היה צריך להתנצל.
    ומיכאל מה אתה הפוליטרוק של האתר ? תפקידך ליישר כל אחד לפי הקו ?
    מדובר באתר מדע עממי שכל אחד יכול להבין אותו בדרכו, מה שיפה זה שלא צריך ידע מעמיק כדי להתרשם ולהתפעם מהכתבות דבר המקרב את המדע ללבות כל האנשים אז תן להנות נטו.
    אז שיכתבו בתגובות שלא הייתה אבולוציה, אפשר לדעתי להגיב על זה בבדיחות הדעת לכל היותר ולא להפוך את התגובות למלחמת נאצות שמוציאה את כל הכיף מהאתר.

  6. רועי צזנה

    דוד,

    אני מאמין שרוב הכותבים באתר מרגישים כמוך. אבל כשכל יום נכנס לכאן אדם אחר שמספר את אותם שקרים ביודעין – על אבולוציה, למשל – אנחנו כבר מפתחים עור של קרנף, וכמוהו גם מנגחים את כל מי שאפילו נשמע ברמיזה כאילו הוא מתכוון להתחיל באותה מסכת של רמייה.

    אני חושב שהדרך להבנה הדדית עוברת דרך האמת, ולא ניתן לעקוף אותה, כפי שמנסים יותר מדי מגיבים. שים לב ל- 'גולה מארצו', למשל, שטוען שלא נוצרו מינים חדשים במאה וחמישים השנים האחרונות, שלא בחיידקים. בדיון אחר כבר הובהר לו שנוצרו מינים חדשים של זבובי פירות, אבל הוא מרשה לעצמו להתעלם בנוחות מנקודה זו. אם היה מחפש ברשת קצת (וקשה שלא לחפש ולמצוא), היה מגלה עוד די והותר ראיות ליצירת מינים חדשים. אבל הוא דבק במה שנוח לו – וזו אינה האמת.

    המשך שבוע טוב,

    רועי.

    —————

    הבלוג החדש שלי – מדע אחר

  7. מאת מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    דוד:
    קודם כל – ברור שההתנצלות התקבלה.
    למעשה אתה מצדיק את דברי שכן כאשר אמרתי שמאחרי הבדיחה מסתתרת מחשבה שהאדם באמת חושב התכוונתי במקרה זה למחשבה שהמילה "קדושה" תמיד מקפיצה פה פיוזים.
    זו טענה לא נכונה. הפיוזים קופצים כאשר המילים הללו משמשות לדברים אחרים לגמרי ואנשים כאן אינם עיוורים להקשר.
    אגב – אתה באמת רואה ששום פיוז לא קפץ בעניין זה.
    איך שלא יהיה, דברי נועדו (ואני מתנצל אם זה נשמע מתנשא – אינני מתכוון להתנשא אלא רק לומר מה שבאמת התכוונתי אליו) לעזור לך להבין את עצמך, את אחרים ואת השפעת דבריך על אחרים – טוב יותר.
    בכל מקרה, כאמור, ההתנצלות מתקבלת ולא היה צורך ש"תרד" על עצמך ועל בדיחותיך לשם כך.

  8. דוד מנצרת עלית

    מיכאל,

    אתה מייחס לי כוונות שבאמת אינן שם – ידעתי שהמילה "קדושה" כמו "רוחניות" וכדומה, הן מילים שמיד מקפיצות פה פיוזים ומציתות מיד ויכוח מייגע ואין סופי, לכן אמרתי שעכשיו יקפצו עליי כל אנשי המדע – זה היה בצחוק לגמרי! בדיחת קרש לא מוצלחת, כבר אמרתי?

    בכל אופן התנצלתי בכנות, ולא מהשפה אל החוץ!

    מיכאל – אעפ"י שאני משתדל לחיות עפ"י "עשה רק טוב", גם אני טועה (ולא מעט לצערי) ואני תמיד מוכן ומזומן לתקן את טעויותיי ולהתנצל עליהן כשצריך (כמו כאן).

    בברכה,
    דוד

  9. מאת מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    דוד:
    ראיתי את הסמיילי אליו התכוונת ולכן כתבתי "ספק בדיחה" אבל בדיחות מסוג זה מבטאות בדרך כלל מחשבה שהכותב חושב באמת ורק מרגיש לא נוח לומר במפורש.
    זה מזכיר לי את הסיפור על אדם אחד שפוגש מכר ברחוב ונותן לו סתירה.
    המכר מביט משתאה ושואל אותו: "מה זה – בצחוק או ברצינות?".
    "ברצינות!" עונה לו האיש והמכר משיב: "טוב מאד כי אינני אוהב צחוק כזה!"

  10. דוד מנצרת עלית

    מיכאל,

    כוונתי בכך היתה קלילה לחלוטין והומוריסטית לגמרי! אפילו הוספתי סמיילי למען הסר ספק (פעם הוא כן נראה כמו אמוטיקון ופעם לא, לא יודע למה, אוליי זה תלוי בכיוון הכתיבה שלו?).

    אני מקווה שעם הזמן נלמד להכיר האחד את השני קצת יותר לעומק מהתגובות ההדדיות, אם אכן כך יהיה, אני מקווה שתלמד עליי שאני אדם שאוהב לצחוק ואוהב הומור טוב.

    אני מודה שבהרבה מקרים, מהבדיחות שלי אפשר לבנות כמה סוכות ומדורה גדולה לל"ג בעומר, וכנראה שההומור הנוכחי שלי כאן היה בדיחת קרש, ואם אכן מישהו נפגע מכך, הרי שאני מתנצל על כך ומבהיר כי לא היתה לי כל כוונת זדון כלשהי!

    בברכה,
    דוד

  11. מאת מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    דוד:
    אני מרשה בעצמי בכל זאת "לקפוץ עליך" רק בגלל דבר אחד והוא זה שאמרת "הנה עכשיו יקפצו עלי כולם".
    באמירתך זו התרחקת מכוונתך לעשות רק טוב שכן – גם אם ברמז וגם אם בספק בדיחה – האשמת את "כולם" האשמת שווא.

  12. דוד מנצרת עלית

    רועי שלום רב,

    אני לא יכול להגיד לך כמה חשוב לי לקרוא את תגובתך זו.
    כל המסר שיש לי פה באתר הוא מסר של סובלנות ועשיית טוב (אני באמת משתדל לחיות עפ"י ואהבת לרעך כמוך, סור מרע ועשה רק טוב וכדומה).
    אני משוכנע שאם כולם יפעלו כך, כל האנושות כולה תעלה ותעלה לגבהים אינסופיים (ואני שוב מבקש להדגיש – שלא תטעו לחשוב שאני איזה שוטה רומנטי שרואה בעולם אוטופיה אינפנטילית – ממש לא!).

    את הוראת הידע הטכני והמדעי אני משאיר לאנשים כמותך, אתם עושים זאת מצויין, ואני מתענג על כך עד מאוד.

    בברכה ותודה רבה,
    דוד

    וכמובן – חג שבועות שמח לכולם!

  13. רועי צזנה

    דוד,

    לא יכולתי לומר זאת יותר טוב בעצמי.

    אני מקווה להמשיך ליהנות מקריאת תגובותיך. למרות שאני לא בהכרח מסכים עם חלק מהדברים שאתה כותב, יש בהם נימת קבלה של הזולת שקשה למצוא באתרים משני 'הצדדים' של הדת והמדע.

    המשך שבוע מוצלח ומעניין,

    רועי.

    ——————

    הבלוג החדש שלי – מדע אחר

  14. דוד מנצרת עלית

    אורי,

    כל פריטי המידע האלה הם אבני בניין.
    יום אחד יבוא האיינשטיין הבא או סתם אחד שיסכל על הכל ופתאום יקבל הארה וידע לחבר את כל אבני הבניין האלה למשהו שהוא גדול מסכום חלקיו (למעשה אני חושב שזה קורה כל יום בקטן), לכן חשוב מאוד שהידע יופץ לכל עבר, זו ממש קדושה (הנה עכשיו יקפצו עליי כולם (-: ).

  15. מאת מיכאל ר. (בעבר מיכאל)

    אורי:
    קודם כל – זה שזה מעניין זה מספיק.
    חוץ מזה, בסוף הכתבה מובהרת גם ההשלכה המעשית של המחקר "כאשר נבין את התנהגות היסודות בתחומים חדשים אלו, אולי נוכל להקיש מכך לשילוב של יסודות לקבלת תרכובות חדשות שתוכלנה להוליך-על בטמפרטורות גבוהות יותר."
    אני מקווה שאין צורך להסביר את היתרונות המעשיים של מוליכי על המאפשרים להוליך זרם חשמלי ללא כל התנגדות (ולכן ללא אבדן אנרגיה)

  16. אורי

    מה עושים עם זה?
    במה המידע תרם לאנושות מעבר לזה שזה מעניין?

הוספת תגובה

  • (will not be published)