Κυριακή, 20 Μαρτίου 2016

Προμήθειο: το φάντασμα του πίνακα

Προμήθειο: το φάντασμα του πίνακα

Μικρό βιογραφικό για το στοιχείο προμήθειο. Κάθε Κυριακή «Το Βήμα» μάς ταξιδεύει και σε μιαν άλλη γωνιά του περιοδικού πίνακα.
Βίος και πολιτεία
Από το 1902 είχαν αρχίσει οι προφητείες για την ύπαρξη ενός στοιχείου που η θέση του θα ήταν ανάμεσα στο νεοδύμιο και στο σαμάριο. Το 1914 ο Χένρι Μόσλεϊ απέδειξε ότι έπρεπε να υπάρχει το στοιχείο με τον αριθμό 61, αλλά δεν το βρήκε σε κάποιο ορυκτό ή στο εργαστήριό του. Αρχισε η ιστορία του να μοιάζει κυριολεκτικά με αυτήν των φαντασμάτων σε κάποιον στοιχειωμένο πύργο. Πολλοί έλεγαν ότι το συνάντησαν αλλά κανείς δεν το είχε «φωτογραφίσει». Το 1924 οι ιταλοί χημικοί Λουίτζι Ρόλα και Λορέντσο Φερνάντες στο τότε Βασιλικό Ινστιτούτο της Φλωρεντίας ανέλυαν δείγματα από το ορυκτό μοναζίτης που τους είχε έλθει από τη Βραζιλία. Εκεί με τη βοήθεια νιτρικού διαλύματος βρήκαν, όπως ήταν αναμενόμενο, διάφορα στοιχεία που ανήκαν στην ομάδα των λανθανιδών, των λεγόμενων τότε και σπανίων γαιών. Προχώρησαν και με διαδοχικές κρυσταλλώσεις έφθασαν να έχουν ένα διάλυμα όπου θα έπρεπε να υπάρχει μόνο σαμάριο. Περνώντας όμως αυτό το διάλυμα από ακτίνες Χ έβρισκαν και άλλες γραμμές εκτός από εκείνες του σαμαρίου. Αυτό ήταν! Κατά τη γνώμη τους είχαν βρει το στοιχείο 61 και αφού το βρήκαν (αν και δεν το είδαν στην πραγματικότητα) θεώρησαν καλό να το βαφτίσουν φλωρέντιο. Αλλοι τρεις το 1926 ισχυρίστηκαν ότι το εντόπισαν, του έδωσαν το όνομα Ilium από το Ιλινόι των Ηνωμένων Πολιτειών και... να περάσει ο επόμενος. Που είναι το 1926 ο Τσαρλς Τζέιμς. Και αυτός ερευνώντας με τη βοήθεια ακτίνων-Χ επί 14 χρόνια, αν και ο ίδιος είχε κοιτάξει και εγκρίνει τη δημοσίευση των τριών από το Ιλινόι, αμέσως μετά παρουσίασε τη δική του εργασία σε κάποιο όχι πολύ φημισμένο επιστημονικό έντυπο. Ποιο είναι το μυστικό όλης αυτής της ιστορίας; Οτι πουθενά σε όλες αυτές τις προσπάθειες οι ερευνητές δεν πρέπει να συναντήθηκαν με το προμήθειο! Διότι είναι ένα ραδιενεργό και μόνο ραδιενεργό στοιχείο - δεν διαθέτει δηλαδή φυσικά ισότοπα σταθερά και ελεύθερα έξω στη φύση χωμένα μέσα σε διάφορα ορυκτά - το οποίο έχει τόσο σύντομο χρόνο ημιζωής ώστε και όταν κάποτε δημιουργήθηκε κατά τον σχηματισμό της Γης κατέληξε λόγω της αστάθειάς του να μεταμορφωθεί σε άλλο στοιχείο. Και έτσι σαν ένα άπιαστο φάντασμα του περιοδικού συστήματος στοίχειωνε επί 40 χρόνια διάφορα εργαστήρια σε Ευρώπη και Αμερική. Σήμερα εξακολουθεί το προμήθειο να είναι ένα παράδοξο μέσα στον πίνακα. Πρόκειται για ένα μεταλλικό στοιχείο που βρίσκεται σε μια περιοχή του πίνακα με σταθερά στοιχεία γύρω του και ξαφνικά αυτό εμφανίζεται να δημιουργεί μια νησίδα αστάθειας ως ραδιενεργό.
Γιατί το είπαν έτσι
Μια Αμερικανίδα, η οποία προφανώς είχε εντυπωσιαστεί από τον ελληνικό μύθο για τον Προμηθέα, επέμενε να δοθεί η ονομασία προμήθειο σε ένα στοιχείο που ταλαιπώρησε επί δεκαετίες τους ερευνητές. Οπως αναφέρει εύστοχα ο Ν. Κλούρας στο βιβλίο του «Η ταυτότητα των χημικών στοιχείων» (εκδόσεις Τραυλός): «Επειδή το προμήθειο δεν υπάρχει πουθενά αλλού παρά μόνο στα προϊόντα σχάσης, πήρε το όνομα για να τονιστούν αφενός το θάρρος αλλά και οι δυσκολίες στη σύνθεση νέων στοιχείων, και επίσης μπορεί να αποτελεί έναν υπαινιγμό για τα υπέρ και τα κατά των πυρηνικών αντιδράσεων».  
Αριθμοί κυκλοφορίας
Ατομικός αριθμός:      72
Ατομικό βάρος:      145
Σημείο τήξης:      1.168οC
Σημείο ζέσης:      2.700οC
Πυκνότητα:      7,2 gr/cm3
Αριθμός ισοτόπων:      38
Ολο το προμήθειο που μπορεί να υπήρχε κάποτε στη Γη κατά τον σχηματισμό της πρέπει να εξαφανίστηκε εξαιτίας της αστάθειάς του, μετατρεπόμενο σε άλλα στοιχεία, από τα πρώτα 10.000 χρόνια της δημιουργίας του πλανήτη.
Τι θέλει από τη ζωή μας
Απολύτως τίποτε, αρκεί να μην το πλησιάζουμε χωρίς την κατάλληλη στολή προστασίας.
Πόλεμος και ειρήνη
Δύσκολα βρίσκεται στη Γη, αλλά στο Διάστημα είναι διαφορετικά τα πράγματα. Στο φάσμα, το οποίο αποκαλύπτει με τη μορφή μικρών κάθετων γραμμών σαν να είναι «δακτυλικά αποτυπώματα» την ύπαρξη διαφόρων στοιχείων, οι ερευνητές διέκριναν και την ύπαρξη του στοιχείου προμήθειο στο άστρο HR 465 του γαλαξία της Ανδρομέδας, 2,9 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά από εμάς. Αυτό αποδεικνύει ότι σε άλλα σημεία του Σύμπαντος παράγονται ακόμη άφθονα στοιχεία που εδώ στη Γη δεν δημιουργούνται πλέον αυθόρμητα. Αυτό το είχαμε δει και στο τεχνήτιο.
Βασικό χαρακτηριστικό του είναι πως εκπέμπει ακτινοβολία-β, δηλαδή (σε αυτή την περίπτωση) ηλεκτρόνια μεγάλης ταχύτητας που μπορούν προσκρούοντας σε άλλα άτομα με μεγάλο ατομικό αριθμό (δηλαδή πολλά πρωτόνια και νετρόνια) να δώσουν ακτίνες-Χ, οι οποίες δεν είναι και ό,τι καλύτερο για τον άνθρωπο όταν είναι ανεξέλεγκτες.
Το πιο σταθερό από τα (ασταθή) ισότοπά του είναι το προμήθειο-145, με χρόνο ημιζωής 17,7 χρόνια, το οποίο μεταπίπτει στο στοιχείο νεοδύμιο-145 προσλαμβάνοντας ένα ηλεκτρόνιο.
Το προμήθειο βρίσκεται στο κέντρο μιας έρευνας σχετικά με την κατασκευή συσσωρευτών μικρού όγκου και μάζας αλλά μακράς διάρκειας. Επειδή εκπέμπει ακτίνες-β, αυτές μπορεί να κατευθύνονται σε έναν φθορίζοντα στόχο, που σημαίνει ότι με την πρόσκρουση θα δημιουργηθούν φωτόνια. Αυτά με τη σειρά τους θα προσκρούσουν σε κατάλληλες φωτοευαίσθητες επιφάνειες δίνοντας ηλεκτρική ενέργεια κατά το πρότυπο περίπου των φωτοβολταϊκών. Ετσι προκύπτουν μπαταρίες με χρόνο ζωής μεγαλύτερο από πέντε χρόνια. Η συσκευασία τους είναι απλή σχετικά, ανάμεσα σε δύο φύλλα αλουμινίου βρίσκονται η πηγή της ακτινοβολίας-β και η υπόλοιπη διάταξη με πάχος μόλις μερικά εκατοστά, και για μεγαλύτερη ισχύ δημιουργούνται συστοιχίες τοποθετώντας αυτά τα «φακελάκια» το ένα επάνω στο άλλο. Πού χρειάζονται τέτοιες μπαταρίες; Σε δορυφόρους, διαστημόπλοια, τηλεκατευθυνόμενα όπλα, υποβρύχια και συσκευές που μένουν για καιρό στα βάθη των ωκεανών. Μπορεί να έχουν μικρή ισχύ αλλά έχουν μεγάλη πυκνότητα ενέργειας ανά κιλό μάζας. Τα καταλληλότερα υλικά προς το παρόν θεωρούνται το τρίτιο και το προμήθειο. Με το πρώτο έχει επιτευχθεί απόδοση 12% και με το προμήθειο 21%. Εχουν κατασκευαστεί ήδη μπαταρίες που δίδουν τάση στα άκρα τους, σε ανοιχτό κύκλωμα 60 kVolt και ένταση ρεύματος με βραχυκυκλωμένα τα άκρα 6 nanoAmperes.Χρησιμοποιείται επίσης η εκπομπή της ακτινοβολίας-β στην κατασκευή πολύ ευαίσθητων αισθητήρων για τη μέτρηση του πάχους των χαλυβδοφύλλων αλλά και του χαρτιού. Δίνει επίσης ένα όμορφο μπλε ή πράσινο χρώμα.
Απορίες λογικές και μη
Τελικά ποιος βρήκε το προμήθειο και πώς;
Το 1945 τρεις ερευνητές που είχαν εμπλακεί και με τη δημιουργία της ατομικής βόμβας, οι Μαρίνσκι, Γκλεντένιν, Κόριελ, στο Οουκ Ριτζ του Τενεσί, κατάφεραν να απομονώσουν, στα αλήθεια πια, το ισότοπο-147 του στοιχείου 61. Αυτό το κατάφεραν από τα προϊόντα σχάσης του ουρανίου που είχε χρησιμοποιηθεί σε πυρηνικό αντιδραστήρα. Το 1947 έγινε δημοσίευση της εργασίας και ως όνομα προτεινόταν το Clintonium, αφού η εργασία είχε γίνει στα Clinton Laboratories. Αλλά ευτυχώς η Μέρι, η σύζυγος του ενός από τους τρεις, του Κόριελ, είχε μια καλύτερη ιδέα, αυτήν σχετικά με τον μύθο του Προμηθέα.
Αφού το προμήθειο παίρνει ένα ηλεκτρόνιο πώς μετατρέπεται σε νεοδύμιο που έχει ατομικό αριθμό 60, δηλαδή κατά ένα λιγότερο;
Σωστή απορία. Εδώ λοιπόν έχουμε την «απορρόφηση» από την πιο εσωτερική στοιβάδα ηλεκτρονίων, την Κ, ενός ηλεκτρονίου. Γι' αυτό και το φαινόμενο ονομάζεται Κ-μετάπτωση. Στο εσωτερικό του πυρήνα τότε έχουμε τη μετατροπή ενός πρωτονίου σε νετρόνιο και την εκπομπή ενός νετρίνου (ηλεκτρονίου). Ετσι έχουμε τη μείωση κατά ένα και του αριθμού των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων, άρα να πώς βγαίνει η εξίσωση.http://www.tovima.gr/