סיקור מקיף

סופר-אטומים משנים את צורתה של הטבלה המחזורית

חוקרים מאוניברסיטת Delft בהולנד פיתחו שיטה ליצירת צברי (clusters) אטומים המורכבים מאטום כסף או אטומי מתכות אחרות. באופן מפתיע ביותר, צברים אלו, המכונים סופר אטומים (צבר של 13 אטומי כסף, לדוגמא) מתנהגים בצורה זהה לאטומים פרטניים והולידו ענף חדש לחלוטין של כימיה

דימיטרי מנדלייב, יוצר הטבלה המחזורית
דימיטרי מנדלייב, יוצר הטבלה המחזורית

אם תיל של כסף מחומם לכ-900 מעלות צלסיוס, מתחילים להיווצר אדים של אטומי כסף. אטומים "צפים" אלו נדבקים אחד לשני ויוצרים קבוצות קטנות. נראה כי גושים קטנים של אטומי כסף המכילים, לדוגמא, 9, 13 או 55 אטומים, הינם יציבים אנרגטית ועל-כן נוכחים ב"ערפל" הכסף בתדירות הגבוהה מזו הצפויה.

פרופסור Andreas Schmidt-Ott וד"ר Christian Peineke הצליחו לאסוף את סופר האטומים הללו ולהופכם מתאימים לניסויים כימיים מפורטים יותר. המנגנון השולט ביציבות זו בסופר-אטומים תוארה בכתב-העת Science ע"י מדענים מאוניברסיטת Virginia Commonwealth בשנת 2005.

הם גילו סופר-אטומים מתכתיים, אך שבסיסם אלומיניום. צברי האלומיניום שלהם, אשר הכילו 13, 23 ו- 37 אטומים, התנהגו באופן זהה לאטומים פרטניים מכיוון שהם הכילו אלקטרונים שסבבו סביב צבר-האטומים כולו. רמות-אנרגיה חיצוניות אלו דמו באופן מפתיע לרמות האנרגיה החיצוניות של אטומי יסודות פרטניים מהטבלה המחזורית.

סופר-אטומים אלו סיפקו לטבלה המחזורית מימד שלישי, כפי שמסביר החוקר: "התכונות הכימיות של סופר-אטומים שהתגלו עד עכשיו דומות ביותר לאלו של היסודות בטבלה המחזורית, מכיוון שרמת האנרגיה החיצונית שלהם דומה מאוד. אולם, טרם גילינו סופר-אטומים בעלי רמת אנרגיה חיצונית שונה, עובדה שתוכל לספק לנו מערך שלם של תכונות כימיות חדשות לחלוטין."

החוקר מקווה למצוא צברי-אטומים בעלי תכונות מגנטיות, אופטיות ואלקטרוניות חדשות וייחודיות, ואשר יהיו גם יציבים מספיק ליצירת גבישים או מבנים מוצקים אחרים. יישומים אפשריים כוללים זרזים בתחום הדלקים וגבישים בעלי מוליכות גבוהה ביותר. לסיכום – למרות שסופר אטומים ידועים זה מכבר, תודות לחוקרים מאוניברסיטת Delft ניתן כיום לאסוף את החלקיקים ברמת ניקיון גבוהה ובאופן בררני בהתאם לגודלם ובכך להתאימם לניסויים כימיים.

להודעה של חוקרי אוניברסיטת Delft

10 תגובות

  1. אץבן-נר:
    העשרת האורניום אמנם צורכת אנרגיה אבל כפי שאמרת מדובר בסינון האיזוטופ הרצוי מתוך מה שכבר יש. זו אנרגיה מתגמדת ביחס לזו שהושקעה, כפי שציין נקודה, כאשר האורניום נוצר מלכתחילה במהלך סופרנובות וארועים קוסמיים אלימים אחרים.
    הסופר אטומים לא ידעכו בפיצוץ מתחת לרמת האנרגיה של האטומים הרגילים מהם נוצרו ובסך הכל יחזירו את האנרגיה שהושקעה ביצורם.
    אינני יודע בכמה אנרגיה מדובר אבל לא התרשמתי שמדובר בהמון.

  2. למיכאל
    אין בדברי כדי לסתור את חוק שימור האנרגיה. אנסה להסביר בקיצור .
    ברור שאותה אנרגיה, העצורה בחומר המועשר בסופר-אטומים, נאגרה בו קודם לכן בתהליך שבמהלכו הועשר החומר בסופר-אטומים, בדומה לתהליך ההעשרה
    שעובר האורניום בפצצת אטום (בדומה אך לא באופן זהה). תהליך ההעשרה כרוך בהשקעת אנרגיה. יחד עם זאת אני ער למה שנכתב בכתבה כי יצירת הסופר-אטומים כרוכה בחימום, דהיינו בהשקעת אנרגיה, בעוד שבתהליך העשרת האורניום,השקעת האנרגיה היא רק לצורך מיצוי האיזוטופ-236.
    יחד עם זאת, על תשכח כי, אין מדובר כאן במנגנון להפקת אנרגיה לשימוש אזרחי אלא, ברעיון ליצירת פצצה שהינה חזקה מאוד ביחס לפצצות קונוונציונאליות מחד אך ללא קרינה רדיו-אקטיבית שאריתית, מאידך.

  3. א.בן-נר:
    נראה לי שאתה לא הבנת את הנקודה שנקודה העלה.
    בלי שום קשר לתיאוריה שלך על מבנה האטומים ועל הכוחות המחזיקים אותם לא תוכל להוציא מהם יותר אנרגיה מזו שהשקעת ביצירתם.
    אינני רוצה להכביר מילים על דבר שאיני מכיר (ואינני יודע מהו מבנה הסופר אטומים ואם בכלל יש לו קשר למה שאמרת) אבל חוק שימור האנרגיה הוא תיאוריה מבוססת ביותר ונרה לי שתיאוריה הסותרת אותו לא תעמוד במבחן המציאות.
    אינני יודע גם כמה אנרגיה מושקעת ביצירת סופר אטום בודד וייתכן שזה הרבה אבל העיקרון של דברי נקודה נכון.

  4. יפה מאוד!
    העניין הוא שיש שקילות רבה בין אטום לבין ה"סופר-אטום", וזו דרך לייצר "אטומים" כבדים במיוחד.
    ואז אפשר למצוא סופר-אטום כבד במקום אורניום, שהמכפלה בתגובת השרשרת שלו טובה יותר. מעניין איזו רדיואקטיביות תהיה לחומר שיבחרו.
    מעניין אם ישתמשו בו כתחליף גם לפצצת מימן. מעניין כמה אנשים ימותו בגלל מה שאני אומר כאן.

    מעניין, אבל לא חשוב, כי שניה לפני שמתנגשים בעמוד בטון ב200 קמ"ש, זה כבר לא ממש משנה אם תילחצו ותאטו ל 190.
    חשוב להנות ממה שנשאר. לפני שנבער.
    לפני שנגמר. כי אין לאנשים מוסר.
    גלה גלה פף שובף!

  5. לנקודה.
    לצערי לא הבנת את הנקודה.
    ההנחה שלי היא שהקשרים, הגורמים לחיבור בין גרעיני האטומים, אינם קשרים כימיים רגילים (חשמליים, קוולנטים),כגון הקשרים שביין האטומים במולקולות או בגבישים, אלא קשרים אחרים, של ה"כח הגרעיני החלש", הפועל בטווחי מרחק קטנים בהרבה ביחס לטווחי הפעולה של הכח החשמלי. קשרים אלה, בטווחים הקצרים בהם הם פועלים, הינם בעלי אנרגיה גבוהה יותר מהאנרגיה של כוחות הדחיה החשמליים ולפיכך, הם מצליחים לשמור באופן יציב את המבנה הדמוי- גבישי של ה"סופר-אטומים", על אף כוחות הדחיה החשמליים שביין הגרעינים החיוביים. על סמך הנחה זו הצעתי את הרעיון שקראתי לו"פצצה גרעינית חלשה".
    "חלשה" תרתי משמע: גם משום שהיא חלשה יותר מפצצה גרעינית רגילה-"חזקה" (המבוססת על הכח הגרעיני החזק") וגם משום שהיא מבוססת על הכח הקרוי "הכח הגרעיני החלש".

  6. בן נר, לא ניתן לפתח פצצה גרעינית על אלו. אין שם מספיק אנרגיה אם ניתן באמצעות תהליכים כימיים רגילים ליצור אותם.
    להזכירך האטומים הכבדים נוצרו כתוצאה מאירועים קטסטרופליים בזמן התפוצצות כוכב ומשם האנרגיות הגבוהות.

  7. מכאן שבאשכולות הגרעינים המרחקים ביין הגרעינים המרכיבים כל אשכול הינם קטנים בהרבה ביחס למרחקים בין גרעיני האטומים בגבישים כימיים.
    מה קורה לאנרגיית הקשר ?
    אולי אפשר לפתח "פצצה גרעינית חלשה"
    שתהיה מבוססת על חומר מועשר ב"סופר אטומים" שתהיה חזקה, בעלת אנרגיה חזקה בהרבה מפצצה קונוונציונאלית אך, ללא שאריות של קרינה רדיואקטיבית.
    (סליחה על הרעיון המלחמתי-זוועתי אבל אם האפשרות הזו קיימת, אזי היא תעלה בין כה וכה)

  8. איזה כח מחבר את "אשכולות" האטומים?
    זה נראה כמו "גבישים גרעיניים" שהכח המחבר בינהם הוא הכח הגרעיני החלש
    במקום הכוחות הכימיים הרגילים הקושרים את האטומים בגבישים הכימיים.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן