MOSCOU, 6 de fevereiro - RIA Novosti. Químicos russos e estrangeiros declaram a possibilidade da existência de dois compostos estáveis do elemento mais "xenófobo" - hélio, e confirmaram experimentalmente a existência de um deles - helide de sódio, segundo um artigo publicado na revista Nature Chemistry.
“Este estudo demonstra como fenômenos completamente inesperados podem ser detectados usando os mais modernos métodos teóricos e experimentais. para ser explicado”, diz Artem Oganov, professor da Skoltech e da Moscow Phystech em Dolgoprudny.
Segredos dos gases nobres
A matéria primária do Universo, que surgiu várias centenas de milhões de anos após o Big Bang, consistia em apenas três elementos - hidrogênio, hélio e vestígios de lítio. O hélio ainda é o terceiro elemento mais abundante no universo hoje, mas é extremamente raro na Terra, e as reservas de hélio no planeta estão diminuindo constantemente devido ao fato de escapar para o espaço.
Uma característica distintiva do hélio e outros elementos do oitavo grupo da tabela periódica, que os cientistas chamam de "gases nobres", é que eles são extremamente relutantes - no caso do xenônio e outros elementos pesados - ou em princípio, como o neônio, são incapaz de entrar em reações químicas. Existem apenas algumas dezenas de compostos de xenônio e criptônio com flúor, oxigênio e outros agentes oxidantes fortes, zero compostos de neônio e um composto de hélio, descobertos experimentalmente em 1925.
Este composto, a união de um próton e hélio, não é um composto químico real no sentido estrito da palavra - o hélio, neste caso, não participa da formação de ligações químicas, embora afete o comportamento dos átomos de hidrogênio desprovidos de um elétron. Como os químicos supunham anteriormente, "moléculas" dessa substância deveriam ter sido encontradas no meio interestelar, mas nos últimos 90 anos, os astrônomos não as descobriram. Uma possível razão para isso é que este íon é altamente instável e é destruído em contato com quase qualquer outra molécula.
Artem Oganov e sua equipe se perguntaram se os compostos de hélio poderiam existir sob condições exóticas nas quais os químicos terrestres raramente pensam - em pressões e temperaturas ultra-altas. Oganov e seus colegas estudam essa química "exótica" há muito tempo e até desenvolveram um algoritmo especial para procurar substâncias que existem nessas condições. Com sua ajuda, eles descobriram que o ácido ortocarbônico exótico, versões "impossíveis" do sal de mesa comum e vários outros compostos que "violam" as leis da química clássica podem existir nas profundezas dos gigantes gasosos e alguns outros planetas.
Usando o mesmo sistema, USPEX, cientistas russos e estrangeiros descobriram que em pressões ultra-altas que excedem a pressão atmosférica em 150 mil e um milhão de vezes, existem dois compostos de hélio estáveis ao mesmo tempo - helide de sódio e oxygelide de sódio. O primeiro composto é composto por dois átomos de sódio e um átomo de hélio, enquanto o segundo é composto por oxigênio, hélio e dois átomos de sódio.
Super alta pressão fez com que o sal 'quebrasse' as regras da químicaQuímicos americanos-russos e europeus transformaram o sal de mesa comum em um composto quimicamente "impossível", cujas moléculas são organizadas em estruturas exóticas de números variados de átomos de sódio e cloro.Átomo em uma bigorna de diamante
Ambas as pressões podem ser facilmente obtidas usando bigornas de diamante modernas, que os colegas de Oganov fizeram sob a orientação de outro russo, Alexander Goncharov, do Laboratório Geofísico em Washington. Como seus experimentos mostraram, o geleto de sódio se forma a uma pressão de cerca de 1,1 milhão de atmosferas e permanece estável até pelo menos 10 milhões de atmosferas.
Curiosamente, o helide de sódio é semelhante em estrutura e propriedades aos sais de flúor, o "vizinho" do hélio na tabela periódica. Cada átomo de hélio neste "sal" é cercado por oito átomos de sódio, semelhante à estrutura do fluoreto de cálcio ou de qualquer outro sal de ácido fluorídrico. Os elétrons do Na2He são "atraídos" pelos átomos com tanta força que esse composto, ao contrário do sódio, é um isolante. Os cientistas chamam essas estruturas de cristais iônicos, uma vez que os elétrons assumem o papel e o lugar dos íons carregados negativamente neles.
“O composto que descobrimos é muito incomum: embora os átomos de hélio não participem diretamente da ligação química, sua presença altera fundamentalmente as interações químicas entre os átomos de sódio, contribuindo para a forte localização dos elétrons de valência, o que torna o material resultante um isolante”. explica Xiao Dong da universidade Nankan em Tianjin (China).
Outro composto, Na2HeO, mostrou-se estável na faixa de pressão de 0,15 a 1,1 milhão de atmosferas. A substância também é um cristal iônico e possui uma estrutura semelhante ao Na2He, apenas o papel dos íons carregados negativamente neles é desempenhado não pelos elétrons, mas pelos átomos de oxigênio.
Curiosamente, todos os outros metais alcalinos, que têm uma reatividade mais alta, são muito menos propensos a formar compostos com hélio em pressões que excedam a pressão atmosférica em não mais de 10 milhões de vezes.
Oganov e seus colegas atribuem isso ao fato de que as órbitas ao longo das quais os elétrons se movem nos átomos de potássio, rubídio e césio mudam sensivelmente com o aumento da pressão, o que não acontece com o sódio, por razões ainda não esclarecidas. Os cientistas acreditam que o geleto de sódio e outras substâncias semelhantes podem ser encontradas nos núcleos de alguns planetas, anãs brancas e outras estrelas.
Espero que todos tenham visitado o zoológico pelo menos uma vez. Você caminha e admira os animais sentados em jaulas. Agora também faremos uma jornada pelo incrível "zoológico", só que nas células não haverá animais, mas vários átomos. Este "zoológico" leva o nome de seu criador Dmitry Ivanovich Mendeleev e é chamado de "Tabela Periódica de Elementos Químicos" ou simplesmente "Tabela de Mendeleev".
Em um zoológico real, vários animais com o mesmo nome podem viver em uma gaiola ao mesmo tempo, por exemplo, uma família de coelhos é colocada em uma gaiola e uma família de raposas é colocada em outra. E em nosso "zoológico" na célula "sentado" átomos-relativos, de uma forma científica - isótopos. Quais átomos são considerados parentes? Os físicos estabeleceram que qualquer átomo consiste em um núcleo e uma camada de elétrons. Por sua vez, o núcleo de um átomo consiste em prótons e nêutrons. Assim, os núcleos dos átomos em "parentes" contêm o mesmo número de prótons e um número diferente de nêutrons.
No momento, o último da tabela é o livermorium, inscrito na célula número 116. Tantos elementos, e cada um tem sua própria história. Há muitas coisas interessantes nos nomes. Via de regra, o nome do elemento foi dado pelo cientista que o descobriu, e somente desde o início do século 20 os nomes foram atribuídos pela Associação Internacional de Química Fundamental e Aplicada.
Muitos elementos são nomeados após os antigos deuses gregos e heróis dos mitos, grandes cientistas. Existem nomes geográficos, incluindo aqueles associados à Rússia.
Há uma lenda de que Mendeleev teve sorte - ele apenas sonhou com a mesa. Pode ser. Mas o grande cientista francês Blaise Pascal observou certa vez que apenas mentes preparadas fazem descobertas aleatórias. E quem teve a mente preparada para um encontro com a tabela periódica, foi Dmitry Ivanovich, já que ele trabalhava nesse problema há muitos anos.
Agora vamos pegar a estrada!
Hidrogênio (H)
O hidrogênio “vive” na célula número 1 do nosso zoológico. Assim foi chamado pelo grande cientista Antoine Lavoisier. Ele deu a este elemento um nome hidrogênio(do grego ὕδωρ - “água” e da raiz -γεν- “dar à luz”), que significa “dar à luz a água”. O físico e químico russo Mikhail Fedorovich Solovyov traduziu esse nome para o russo - hidrogênio. O hidrogênio é denotado pela letra H, é o único elemento cujos isótopos têm nomes próprios: 1 H - prótio, 2 H - deutério, 3 H - trítio, 4 H - quadídio, 5 H - pentium, 6 H - hexium e 7 H - septium (sobrescrito denota o número total de prótons e nêutrons no núcleo de um átomo).
Quase todo o nosso Universo é composto de hidrogênio - é responsável por 88,6% de todos os átomos. Quando observamos o Sol no céu, vemos uma enorme bola de hidrogênio.
O hidrogênio é o gás mais leve e, ao que parece, é benéfico para eles encher balões, mas é explosivo, e eles preferem não mexer com ele, mesmo em detrimento da capacidade de carga.
Hélio (Ele)
A célula 2 contém o gás nobre hélio. Hélio recebeu o nome do nome grego para o Sol - Ἥλιος (Helios), porque foi descoberto pela primeira vez no Sol. Como funcionou?
Até Isaac Newton descobriu que a luz que vemos consiste em linhas separadas de cores diferentes. Em meados do século 19, os cientistas determinaram que cada substância tem seu próprio conjunto de tais linhas, assim como cada pessoa tem suas próprias impressões digitais. Assim, nos raios do Sol, foi encontrada uma linha amarela brilhante que não pertence a nenhum dos elementos químicos anteriormente conhecidos. E apenas três décadas depois, o hélio foi encontrado na Terra.
O hélio é um gás inerte. Outro nome é gases nobres. Esses gases não queimam, então eles preferem encher balões com eles, embora o hélio seja 2 vezes mais pesado que o hidrogênio, o que reduz a capacidade de carga.
Hélio é o recordista. Ele passa de um estado gasoso para um estado líquido, quando todos os elementos são sólidos há muito tempo: a uma temperatura de -268,93 ° C, e não passa para um estado sólido à pressão normal. Somente a uma pressão de 25 atmosferas e uma temperatura de -272,2 ° C o hélio se torna sólido.
Lítio (Li)
A célula número 3 é ocupada por lítio. O lítio recebeu o nome da palavra grega λίθος (pedra), pois foi originalmente encontrado em minerais.
Existe uma chamada árvore de ferro que afunda na água e há um lítio metálico particularmente leve - pelo contrário, não afunda na água. E não apenas na água - em qualquer outro líquido também. A densidade do lítio é quase 2 vezes menor que a densidade da água. Não parece metal - é muito macio. Sim, e ele não conseguiu nadar por um longo tempo - o lítio se dissolve com um silvo na água.
Pequenas adições de lítio aumentam a resistência e a ductilidade do alumínio, o que é muito importante na aviação e na ciência de foguetes. Quando o peróxido de lítio reage com o dióxido de carbono, é liberado oxigênio, que é usado para purificar o ar em salas isoladas, por exemplo, em submarinos ou naves espaciais.
Berílio (Be)
Na célula número 4 está o berílio. O nome vem do mineral berilo - a matéria-prima para a produção do metal berílio. O próprio Beryl recebeu o nome da cidade indiana de Belur, nas proximidades da qual foi extraído desde os tempos antigos. Quem precisava dele então?
Lembre-se do mago da Cidade Esmeralda - o Grande e Terrível Goodwin. Ele forçou todos a usar óculos verdes para fazer sua cidade parecer "esmeralda" e, portanto, muito rica. Assim, a esmeralda é uma das variedades de berilo, algumas esmeraldas são mais valorizadas que o diamante. Então, nos tempos antigos, eles sabiam por que desenvolver depósitos de berilo.
Na enciclopédia de cinco volumes "O Universo e a Humanidade" de 1896, a edição sobre o berílio diz: "Não tem aplicação prática". E muito mais tempo se passou antes que as pessoas vissem suas incríveis propriedades. Por exemplo, o berílio contribuiu para o desenvolvimento da física nuclear. Foi após sua irradiação com núcleos de hélio que os cientistas descobriram uma partícula elementar tão importante quanto o nêutron.
Verdadeiramente única é a liga de berílio com cobre - bronze de berílio. Se a maioria dos metais "envelhece" com o tempo, perde força, então o bronze de berílio, pelo contrário, "fica mais jovem" com o tempo, sua força aumenta. As molas praticamente não se desgastam.
Bor (V)
Bohr ocupa a célula de número 5. Não é necessário pensar que este elemento recebeu o nome do goleiro do clube de futebol dinamarquês "Akademisk" Niels Bohr, mais tarde um grande físico. Não, o elemento recebeu o nome da palavra persa "burakh" ou da palavra árabe "burak" (branco), que denotava o composto de boro - bórax. Mas eu prefiro a versão de que “beetroot” não é uma palavra árabe, mas uma palavra puramente ucraniana, em russo - “beet”.
O boro é um material muito forte, possui a maior resistência à tração. Se o composto de boro e nitrogênio for aquecido a uma temperatura de 1350 ° C a uma pressão de 65 mil atmosferas (isso agora é tecnicamente viável), podem ser obtidos cristais que podem arranhar um diamante. Os materiais abrasivos feitos com base em compostos de boro não são inferiores aos de diamante e, ao mesmo tempo, são muito mais baratos.
O boro é geralmente introduzido em ligas de metais não ferrosos e ferrosos para melhorar suas propriedades. Combinações de boro com hidrogênio - boranos - são excelentes combustíveis para foguetes, quase duas vezes mais eficazes que os tradicionais. Há trabalho para o boro na agricultura: o boro é adicionado aos fertilizantes, porque com sua falta no solo, os rendimentos de muitas culturas diminuem visivelmente.
Artista Anna Gorlach
"Os dois elementos mais comuns no universo são o hidrogênio e a estupidez." -Harlan Ellison. Depois do hidrogênio e do hélio, a tabela periódica está cheia de surpresas. Entre os fatos mais surpreendentes está que todo material que já tocamos, vimos, com o qual interagimos é composto das mesmas duas coisas: núcleos atômicos carregados positivamente e elétrons carregados negativamente. A maneira como esses átomos interagem uns com os outros - como eles empurram, ligam, atraem e repelem, criando novas moléculas estáveis, íons, estados de energia eletrônica - na verdade, determina o pitoresco do mundo ao nosso redor.
Mesmo que sejam as propriedades quânticas e eletromagnéticas desses átomos e seus constituintes que permitem nosso Universo, é importante entender que ele não começou com todos esses elementos. Pelo contrário, ela começou quase sem eles.
Veja bem, são necessários muitos átomos para alcançar a variedade de estruturas de ligação e construir as moléculas complexas que fundamentam tudo o que sabemos. Não em termos quantitativos, mas em termos diversos, ou seja, que haja átomos com um número diferente de prótons em seus núcleos atômicos: é isso que diferencia os elementos.
Nosso corpo precisa de elementos como carbono, nitrogênio, oxigênio, fósforo, cálcio e ferro. A crosta da nossa Terra precisa de elementos como silício e uma série de outros elementos pesados, enquanto o núcleo da Terra - para gerar calor - precisa de elementos de provavelmente toda a tabela periódica que ocorrem na natureza: tório, rádio, urânio e até plutônio.
Mas voltemos aos estágios iniciais do universo - antes do aparecimento do homem, da vida, do nosso sistema solar, dos primeiros planetas sólidos e até das primeiras estrelas - quando tudo o que tínhamos era um mar quente e ionizado de prótons , nêutrons e elétrons. Não havia elementos, nem átomos, nem núcleos atômicos: o universo era quente demais para tudo isso. Não foi até que o universo se expandiu e esfriou que houve pelo menos alguma estabilidade.
Algum tempo se passou. Os primeiros núcleos se fundiram e não se separaram novamente, produzindo hidrogênio e seus isótopos, hélio e seus isótopos e volumes minúsculos e quase imperceptíveis de lítio e berílio, o último posteriormente decaindo radioativamente em lítio. Foi assim que o Universo começou: em termos de número de núcleos - 92% de hidrogênio, 8% de hélio e aproximadamente 0,00000001% de lítio. Em peso - 75-76% de hidrogênio, 24-25% de hélio e 0,00000007% de lítio. No início havia duas palavras: hidrogênio e hélio, isso é tudo, pode-se dizer.
Centenas de milhares de anos depois, o universo esfriou o suficiente para formar átomos neutros, e dezenas de milhões de anos depois, o colapso gravitacional permitiu a formação das primeiras estrelas. Ao mesmo tempo, o fenômeno da fusão nuclear não apenas encheu o Universo de luz, mas também permitiu a formação de elementos pesados.
Quando a primeira estrela nasceu, algo entre 50 e 100 milhões de anos após o Big Bang, grandes quantidades de hidrogênio começaram a se fundir em hélio. Mas, mais importante, as estrelas mais massivas (8 vezes mais massivas que o nosso Sol) queimaram seu combustível muito rapidamente, queimando em apenas alguns anos. Assim que os núcleos dessas estrelas ficaram sem hidrogênio, o núcleo de hélio se contraiu e começou a fundir os três núcleos de um átomo em carbono. Bastou apenas um trilhão dessas estrelas pesadas no início do universo (que formaram muito mais estrelas nas primeiras centenas de milhões de anos) para que o lítio fosse derrotado.
E aqui você provavelmente está pensando que o carbono se tornou o elemento número três nos dias de hoje? Isso pode ser pensado como estrelas sintetizando elementos em camadas, como uma cebola. O hélio é sintetizado em carbono, carbono em oxigênio (mais tarde e em temperaturas mais altas), oxigênio em silício e enxofre e silício em ferro. No final da cadeia, o ferro não pode se fundir em mais nada, então o núcleo explode e a estrela se transforma em supernova.
Essas supernovas, os estágios que as originaram e as consequências enriqueceram o Universo com o conteúdo das camadas externas da estrela, hidrogênio, hélio, carbono, oxigênio, silício e todos os elementos pesados que se formaram durante outros processos:
- captura lenta de nêutrons (processo-s), alinhando sequencialmente os elementos;
- fusão de núcleos de hélio com elementos pesados (com a formação de neônio, magnésio, argônio, cálcio e assim por diante);
- captura rápida de nêutrons (processo r) com a formação de elementos até urânio e além.
Mas tivemos mais de uma geração de estrelas: tivemos muitas delas, e a geração que existe hoje é construída principalmente não com hidrogênio e hélio virgens, mas também com os remanescentes de gerações anteriores. Isso é importante, pois sem ela nunca teríamos planetas sólidos, apenas gigantes gasosos feitos exclusivamente de hidrogênio e hélio.
Ao longo de bilhões de anos, o processo de formação e morte de estrelas foi repetido, com elementos cada vez mais enriquecidos. Em vez de simplesmente fundir hidrogênio em hélio, estrelas massivas fundem hidrogênio em um ciclo C-N-O, equalizando carbono e oxigênio (e um pouco menos nitrogênio) ao longo do tempo.
Além disso, quando as estrelas passam pela fusão de hélio para formar carbono, é muito fácil pegar um átomo de hélio extra para formar oxigênio (e até adicionar outro hélio ao oxigênio para formar néon), e até mesmo nosso Sol fará isso durante sua fase gigante vermelha.
Mas há um passo matador nas forjas estelares que tira o carbono da equação cósmica: quando uma estrela se torna massiva o suficiente para iniciar uma fusão de carbono - tal é a necessidade de uma supernova Tipo II se formar - o processo que converte gás em oxigênio para, criando muito mais oxigênio do que carbono no momento em que a estrela está pronta para explodir.
Quando olhamos para os remanescentes de supernovas e nebulosas planetárias - os remanescentes de estrelas muito massivas e estrelas semelhantes ao Sol, respectivamente - descobrimos que o oxigênio supera o carbono em massa e abundância em cada caso. Também descobrimos que nenhum dos outros elementos é mais pesado ou se aproxima.
Então, hidrogênio #1, hélio #2 - existem muitos desses elementos no Universo. Mas dos elementos restantes, o oxigênio detém um confiante #3, seguido pelo carbono #4, neon #5, nitrogênio #6, magnésio #7, silício #8, ferro #9 e quarta-feira completa os dez primeiros.
O que o futuro nos reserva?
Durante um período de tempo suficientemente longo, milhares (ou milhões) de vezes a idade atual do universo, as estrelas continuarão a se formar, lançando combustível no espaço intergaláctico ou queimando-o o máximo possível. No processo, o hélio pode finalmente ultrapassar o hidrogênio em abundância, ou o hidrogênio permanecerá em primeiro lugar se for suficientemente isolado das reações de fusão. A uma longa distância, a matéria que não é ejetada de nossa galáxia pode se fundir repetidamente, de modo que o carbono e o oxigênio contornam até o hélio. Talvez os elementos #3 e #4 mudem os dois primeiros.
O universo está mudando. O oxigênio é o terceiro elemento mais abundante no universo moderno e, em um futuro muito, muito distante, provavelmente superará o hidrogênio. Toda vez que você respirar o ar e sentir a satisfação desse processo, lembre-se: as estrelas são a única razão da existência do oxigênio.
Lítio
Hélio
O hélio ocupa a segunda posição na tabela periódica depois do hidrogênio. A massa atômica do hélio é 4,0026. É um gás inerte sem cor. Sua densidade é de 0,178 gramas por litro. O hélio é mais difícil de liquefazer do que todos os gases conhecidos apenas a uma temperatura de menos 268,93 graus Celsius e praticamente não se solidifica. Resfriado a menos 270,98 graus Celsius, o hélio adquire superfluidez. O hélio é formado mais frequentemente como resultado do decaimento de grandes átomos. Na Terra, ele é distribuído em pequenas quantidades, mas no Sol, onde há um intenso decaimento de átomos, há muito hélio. Todos esses dados são, por assim dizer, dados de passaporte e são bem conhecidos.
Vamos lidar com as topologias do hélio e primeiro determinaremos suas dimensões. Dado que a massa atômica do hélio é quatro vezes a do hidrogênio, e o átomo de hidrogênio é 1840 vezes mais pesado que um elétron, obtemos a massa de um átomo de hélio igual a 7360 elétrons; portanto, o número total de glóbulos etéreos em um átomo de hélio é de aproximadamente 22.000; o comprimento da corda do átomo e o diâmetro do toro original são respectivamente iguais a 7360 e 2300 bolas etéreas. Para visualizar a relação entre a espessura da corda do toro original do átomo de hélio e seu diâmetro, desenhe em uma folha de papel com uma caneta um círculo com um diâmetro de 370 milímetros, e deixe o traço do caneta tem uma largura de um terço de milímetro; o círculo resultante nos dará a representação indicada. Um elétron (bolas etéreas embutidas) ocupará apenas 0,15 milímetros no círculo desenhado.
A torção do toro original na forma final do átomo de hélio ocorre da seguinte forma. Primeiro, o círculo é achatado em um oval, depois na forma de um haltere, depois em uma figura oito e, em seguida, os laços da figura oito se desdobram para que ocorra uma sobreposição. A propósito, a sobreposição de átomos maiores não é formada, e isso é explicado pelo fato de que o comprimento do cordão no átomo de hélio ainda não é grande e, quando os pontos médios do cordão tendem a se aproximar, as bordas ( loops) são forçados a se desdobrar. Além disso, as bordas se dobrarão e começarão a convergir.
Até este ponto, a topologia do átomo de hélio, como vemos, é semelhante à topologia do átomo do isótopo de hidrogênio - trítio, mas se o trítio não tivesse força suficiente para fechar as bordas (não havia comprimento suficiente de seu cordão), então os laços de hélio se movem um em cima do outro e, assim, se fecham. Para verificar a confiabilidade da conexão dos loops, basta seguir a localização de seus lados de sucção: para o loop interno será de fora e para o loop externo será de dentro.
É muito conveniente representar a topologia dos átomos na forma de modelos de fios; para fazer isso, basta usar um fio moderadamente elástico, mas suficientemente plástico. O átomo de hidrogênio será representado como um anel comum. Vamos aumentar o comprimento de um pedaço de fio em quatro vezes (muitas vezes o átomo de hélio é mais pesado que o átomo de hidrogênio), enrolá-lo em um anel, soldar as extremidades e demonstrar o processo de torção do átomo de hélio. Ao torcer, devemos lembrar constantemente que os raios de curvatura não devem ser menores que o raio do anel, que é um átomo de hidrogênio; é, por assim dizer, uma condição estabelecida pela elasticidade do cordão - conchas do toro. (Na natureza, lembramos, o raio mínimo era igual a 285 bolas etéreas.) O raio de curvatura mínimo aceito determina a topologia de todos os átomos; e mais uma coisa: a consequência dos mesmos raios de curvatura serão os mesmos tamanhos de alças de sucção (uma espécie de padronização delas) e, portanto, elas formam uma valência estável, expressa na capacidade de conectar diferentes átomos entre si. Se as dobradiças tivessem tamanhos diferentes, sua conexão seria problemática.
Trazendo o processo de torcer o modelo de fio do átomo de hélio até o final, descobrimos que os laços sobrepostos não são empurrados um em cima do outro até que parem. Mais precisamente, eles prefeririam torcer ainda mais, mas a elasticidade do cordão não permite, ou seja, a condição do raio mínimo. E a cada tentativa dos laços de avançar ainda mais, a elasticidade do cordão os jogará para trás; recuperando-se, eles voltarão a correr para a frente e, novamente, a elasticidade os lançará para trás; neste caso, o átomo de hélio então encolherá, então florescerá, ou seja, ocorrerá uma pulsação. A pulsação, por sua vez, criará um campo térmico permanente ao redor do átomo e o tornará fofo; então chegamos à conclusão de que o hélio é um gás.
Outras características físicas e químicas do hélio também podem ser explicadas com base na topologia. Sua inércia, por exemplo, é indicada pelo fato de seus átomos não possuírem alças de sucção abertas nem canais de sucção: não é capaz de se combinar com outros átomos, portanto é sempre atômico e praticamente não endurece. O hélio não tem cor porque seus átomos não têm seções retas de cordas “sonoras”; e a superfluidez surge de qualquer falta de viscosidade (aglutinação de átomos), forma arredondada e tamanho pequeno do átomo.
Como o hidrogênio, os átomos de hélio não têm o mesmo tamanho: alguns deles são maiores, outros são menores e, em geral, ocupam quase todo o espaço de peso do hidrogênio (trítio) ao lítio após o hélio; os isótopos menos duráveis do hélio, é claro, já decaíram há muito tempo, mas é possível contar mais de cem que existem atualmente.
Na tabela periódica, o hélio é melhor colocado não no final do primeiro período - na mesma linha com o hidrogênio, mas no início do segundo período antes do lítio, porque seu átomo, como os átomos de todo esse período, é um estrutura única (glomérulo único), enquanto como um átomo do próximo gás inerte, o neônio, já se parece com uma estrutura pareada, semelhante nesta característica aos átomos do terceiro período.
O lítio ocupa o terceiro número da tabela periódica; sua massa atômica é 6,94; pertence aos metais alcalinos. O lítio é o mais leve de todos os metais: sua densidade é de 0,53 gramas por centímetro cúbico. É de cor branca prateada com um brilho metálico brilhante. O lítio é macio e facilmente cortado com uma faca. No ar, escurece rapidamente, combinando com o oxigênio. O ponto de fusão do lítio é de 180,5 graus Celsius. São conhecidos isótopos de lítio com pesos atômicos 6 e 7. O primeiro isótopo é usado para produzir o isótopo pesado de hidrogênio, trítio; outro isótopo de lítio é usado como refrigerante nas caldeiras dos reatores nucleares. Estes são os dados físicos e químicos gerais do lítio.
Vamos começar a topologia dos átomos de lítio novamente com uma compreensão das dimensões do toro original. Agora sabemos que cada elemento químico, incluindo o lítio, tem um grande número de isótopos, medidos em centenas e milhares; portanto, os tamanhos dos átomos serão indicados de ... a .... Mas o que significam esses limites? Eles podem ser determinados exatamente? Ou são aproximados? E qual é a proporção de isótopos? Digamos logo: não há respostas inequívocas para as questões colocadas; cada vez é necessário se intrometer em uma topologia específica de átomos. Vejamos essas questões usando o exemplo do lítio.
Como notamos, a transição do prótio para o hélio, do ponto de vista da topologia, ocorre sistematicamente: com o aumento do tamanho do toro inicial, a configuração final dos átomos muda gradualmente. Mas as propriedades físicas e, especialmente, químicas dos átomos na transição do prótio para o hélio mudam mais do que significativamente, de forma bastante radical: da atração universal do prótio à completa inércia do hélio. Onde, em que isótopo isso aconteceu?
Esses saltos nas propriedades estão associados a saltos de tamanho de isótopos. Um grande átomo de hidrogênio (trítio), que assume a forma de um átomo de hélio, acaba sendo radioativo, ou seja, frágil. Isso se deve ao fato de que suas bordas curvas dos laços não se alcançam, e pode-se imaginar como eles vibram, correndo em direção. Eles se assemelham às mãos de duas pessoas em barcos divergentes, impotentes tentando alcançar e agarrar. A pressão etérica externa pressionará os consoles dos anéis de átomos esvoaçantes com tanta força que não levará ao bem; tendo recebido até mesmo um leve aperto adicional do lado, os consoles se quebrarão - eles não suportarão a curva acentuada do cabo e o átomo entrará em colapso; é assim que acontece. Portanto, podemos dizer que mergulhos são observados entre isótopos nos limites das transições físico-químicas existentes: simplesmente não há isótopos lá.
Existe uma lacuna semelhante entre o hélio e o lítio: se um átomo não é mais hélio, mas ainda não é lítio, então é frágil e há muito está ausente das condições terrestres. Portanto, o isótopo de lítio com peso atômico de seis, ou seja, com comprimento de cordão do toro de 11 bolas etéreas, é muito raro e, como dito, é usado para obter trítio: é fácil quebrá-lo, encurtá-lo e obter um isótopo de hidrogênio como resultado.
Assim, parece que decidimos pelo menor tamanho de um átomo de lítio: são 11 elétrons ligados. Quanto ao seu limite superior, há aqui um problema: o fato é que, de acordo com a topologia, o átomo de lítio não difere muito do átomo do próximo átomo de berílio (em breve veremos isso), e não há isótopos de qualquer elemento sem falha. Portanto, por enquanto, não indicaremos o limite superior do tamanho do átomo de lítio.
Vamos acompanhar a formação do átomo de lítio. O círculo inicial de um microvórtice recém-formado com as dimensões indicadas acima tenderá a se transformar em oval; apenas em lítio, o oval é muito longo: aproximadamente 8 vezes maior que o diâmetro do arredondamento final (loop futuro); é um oval muito alongado. O início da coagulação do átomo de lítio é semelhante ao mesmo início para grandes átomos de hidrogênio e para hélio, mas ocorre um desvio: a figura-oito com sobreposição, ou seja, com uma volta das alças, não ocorre ; uma maior convergência dos lados longos (cordões) do oval até que estejam em contato total é acompanhada por uma dobra simultânea das extremidades uma em direção à outra.
Por que um oito com sobreposição não é formado? Em primeiro lugar, porque o oval é muito longo, e mesmo sua deflexão total no haltere até que as cordas se toquem no meio não as faz dobrar fortemente; portanto, o potencial de reversão dos loops extremos é muito fraco. E em segundo lugar, o início da flexão das extremidades do oval neutraliza a curva até certo ponto. Em outras palavras: o momento ativo das forças que tendem a girar as alças finais é muito pequeno, e o momento de resistência ao giro é grande.
Para maior clareza, usaremos anéis de borracha, por exemplo, aqueles usados em vedações de máquinas. Se você apertar um anel de pequeno diâmetro, ele definitivamente se enrolará em um oito com uma sobreposição; e se você escolher um anel de grande diâmetro, seu aperto até que os cabos estejam em contato total não cause uma volta dos laços finais. A propósito: esses anéis de borracha também são muito convenientes para modelar a topologia dos átomos; se, é claro, houver uma grande variedade deles.
A flexão das extremidades do oval é causada, como já sabemos, pela perturbação do éter entre eles: tendo se afastado ligeiramente da posição idealmente reta, eles já serão forçados a se aproximar até se tocarem completamente. Isso significa que as extremidades não podem ser dobradas em direções diferentes. Mas com a direção da curva, eles têm uma escolha: para que os lados de sucção das alças finais fiquem para fora ou para dentro. A primeira variante é mais provável, porque o momento das forças de repulsão das cascas rotativas da corda do éter adjacente nos pontos externos das espiras será maior do que nos internos.
Os lados que se aproximam do oval entrarão em contato muito em breve, o arco das cordas se espalhará do centro para as extremidades e parará somente quando os laços com os raios de curvatura mínimos permitidos forem finalmente formados nas extremidades. Curvas simultâneas e convergência mútua desses laços levam a uma colisão de seus vértices, após o que seus lados de sucção entram em jogo: os laços, sugando, mergulham fundo; e o processo de formação da configuração do átomo de lítio é completado pelo fato de as alças deslocadas encostarem com seus vértices contra as cordas emparelhadas exatamente no centro da estrutura. Remotamente, essa configuração do átomo lembra um coração ou, mais precisamente, uma maçã.
A primeira conclusão se sugere: o átomo de lítio começa quando os topos das alças primárias pareadas que mergulharam na estrutura atingem as cordas no meio do átomo. E antes disso ainda não havia lítio, mas algum outro elemento, que agora não está mais na natureza; seu átomo era extremamente instável, pulsava muito forte, portanto era fofo e pertencia a gases. Mas o átomo do isótopo de lítio inicial (nós o definimos como consistindo de 11.000 elétrons ligados) também não é muito forte: os raios de curvatura de suas alças são limitantes, ou seja, as cordas elásticas são dobradas ao limite, e com qualquer impacto externo eles estão prontos para estourar. Para átomos maiores, esse ponto fraco é eliminado.
Representando a imagem de um átomo de lítio com base nos resultados da topologia, pode-se avaliar o que aconteceu. Os dois loops primários fechados e neutralizados, e os loops secundários em ambos os lados dos loops primários também foram neutralizados. As cordas emparelhadas criaram um sulco, e esse sulco percorre todo o contorno do átomo - é, por assim dizer, fechado em um anel - e seu lado de sucção ficou do lado de fora. Disso segue-se que os átomos de lítio podem combinar-se uns com os outros e com outros átomos apenas com a ajuda de seus sulcos de sucção; um átomo de lítio não pode formar um composto molecular em loop.
Calhas de sucção fortemente convexas de átomos de lítio podem ser conectadas umas às outras apenas em seções curtas (teoricamente, em pontos) e, portanto, a estrutura espacial dos átomos de lítio conectados uns aos outros acaba sendo muito solta e esparsa; daí a baixa densidade do lítio: é quase duas vezes mais leve que a água.
Lítio - metal; suas propriedades metálicas resultam das peculiaridades das formas de seus átomos. Pode-se dizer de outra forma: essas propriedades especiais do lítio, que se devem às formas especiais de seus átomos e que o tornam física e quimicamente diferente de outras substâncias, são chamadas metálicas; Vejamos alguns deles:
- condutividade elétrica: decorre do fato de que os átomos são em forma de anel a partir de cordões emparelhados, criando calhas de sucção, abertas para fora, abraçando os átomos ao longo do contorno e fechando-se sobre si mesmos; os elétrons presos a esses sulcos podem se mover livremente ao longo deles (lembramos mais uma vez que as dificuldades surgem quando os elétrons são separados dos átomos); e como os átomos estão ligados uns aos outros pelas mesmas ranhuras, então os elétrons têm a capacidade de saltar de átomo em átomo, isto é, de se mover pelo corpo;
- condutividade térmica: cordões elasticamente curvados de um átomo formam uma estrutura elástica extremamente rígida, que praticamente não absorve choques de baixa frequência de grande amplitude (térmicos) de átomos vizinhos, mas os transmite ainda mais; e se não houvesse possíveis perturbações em seus contatos (deslocamentos) na espessura dos átomos, então a onda térmica se propagaria com grande velocidade;
- brilho: impactos de alta frequência e baixa amplitude das ondas de luz do éter são facilmente refletidos pelos cordões de átomos intensamente curvados e desaparecem, obedecendo às leis da reflexão das ondas; o átomo de lítio não possui seções retas de cabos, portanto, não possui “som” próprio, ou seja, não possui cor própria - o lítio é, portanto, branco prateado com um forte brilho nas seções;
- plasticidade: átomos de lítio arredondados podem ser conectados entre si de qualquer maneira; eles podem, sem quebrar, rolar um sobre o outro; e isso se expressa no fato de que um corpo feito de lítio pode mudar sua forma sem perder sua integridade, ou seja, ser plástico (macio); como resultado, o lítio é cortado sem muita dificuldade com uma faca.
Usando o exemplo das características físicas notadas do lítio, pode-se esclarecer o próprio conceito de metal: o metal é uma substância composta de átomos com cordões nitidamente curvados formando calhas de sucção com contornos abertos para o exterior; átomos de metais pronunciados (alcalinos) não têm alças de sucção abertas e seções de corda retas ou suavemente curvadas. Portanto, o lítio em condições normais não pode se combinar com o hidrogênio, pois o átomo de hidrogênio é um loop. Sua combinação só pode ser hipotética: no frio profundo, quando o hidrogênio se solidifica, suas moléculas podem se combinar com os átomos de lítio; mas tudo mostra que sua liga seria tão macia quanto o próprio lítio.
Ao mesmo tempo, esclarecemos o conceito de plasticidade: a plasticidade dos metais é determinada pelo fato de que seus átomos arredondados podem rolar uns sobre os outros, mudando a posição relativa, mas sem perder o contato entre si.
O berílio ocupa a quarta posição na tabela periódica. Sua massa atômica é 9,012. É um metal cinza claro com densidade de 1,848 gramas por centímetro cúbico e ponto de fusão de 1284 graus Celsius; é duro e ao mesmo tempo frágil. Os materiais estruturais à base de berílio são leves, fortes e resistentes a altas temperaturas. As ligas de berílio, sendo 1,5 vezes mais leves que o alumínio, são, no entanto, mais fortes que muitos aços especiais. Eles mantêm sua força até uma temperatura de 700 ... 800 graus Celsius. O berílio é resistente à radiação.
Em termos de propriedades físicas, como se pode ver, o berílio é muito diferente do lítio, mas em termos de topologia dos átomos, eles são quase indistinguíveis; a única diferença é que o átomo de berílio é, por assim dizer, “costurado com uma margem”: se o átomo de lítio se assemelha a um terno apertado de um estudante em um adulto, então o átomo de berílio, pelo contrário, é um terno espaçoso de um adulto na figura de uma criança. O excesso de comprimento do cordão do átomo de berílio, com a mesma configuração dele com o lítio, forma um contorno mais suave com raios de curvatura superiores aos mínimos críticos. Essa “reserva” de curvatura para os átomos de berílio permite que eles sejam deformados até atingir o limite de flexão do filamento.
A semelhança topológica dos átomos de lítio e berílio indica que não há uma fronteira clara entre eles; e é impossível dizer qual é o maior átomo de lítio e qual é o menor átomo de berílio. Concentrando-se apenas no peso atômico tabular (e calcula a média de todos os valores), podemos supor que o cordão de um átomo de berílio de tamanho médio consiste em aproximadamente 16.500 elétrons ligados. O limite superior do tamanho dos átomos do isótopo de berílio repousa no tamanho mínimo de um átomo do próximo elemento - boro, cuja configuração difere bastante.
A margem de curvatura dos cordões de átomos de berílio afeta principalmente sua conexão entre si no momento da solidificação do metal: eles são adjacentes uns aos outros não por seções curtas (pontilhadas), como no lítio, mas por limites longos; os contornos dos átomos, por assim dizer, ajustam-se uns aos outros, deformando-se e aderindo-se ao máximo; então essas conexões são muito fortes. Os átomos de berílio também mostram sua capacidade de fortalecimento em compostos com átomos de outros metais, ou seja, em ligas nas quais o berílio é usado como aditivo para metais pesados: preenchendo vazios e aderindo com seus sulcos flexíveis aos átomos do metal base, átomos de berílio mantenha-os juntos como cola, tornando a liga muito durável. Daí segue que a força dos metais é determinada pelos comprimentos das seções coladas das calhas de sucção dos átomos: quanto mais longas forem essas seções, mais forte será o metal. A destruição de metais sempre ocorre ao longo da superfície com as seções pegajosas mais curtas.
A margem para raios de curvatura dos cordões de átomos de berílio permite que eles sejam deformados sem alterar as conexões entre eles; como resultado, todo o corpo é deformado; esta é uma deformação elástica. É elástico porque em qualquer estado inicial os átomos têm as formas menos estressadas, e quando deformados são forçados a suportar algum “inconveniente”; e assim que a força deformante desaparece, os átomos retornam aos seus estados originais, menos estressados. Conseqüentemente, a elasticidade de um metal é determinada pelo excesso de comprimento dos cordões de seus átomos, o que permite que eles sejam deformados sem alterar as áreas de interconexão.
A elasticidade do berílio está relacionada à sua resistência ao calor; expressa-se no fato de que os movimentos térmicos dos átomos podem ocorrer dentro dos limites das deformações elásticas que não provocam mudança nos compostos dos átomos entre si; então em geral a resistência ao calor do metal é determinada, assim como a elasticidade, comprimentos em excesso de cordas de seus átomos. A diminuição da resistência do metal em alto aquecimento é explicada pelo fato de que os movimentos térmicos de seus átomos reduzem as áreas de suas conexões entre si; e quando essas áreas desaparecem completamente, o metal derrete.
A elasticidade do berílio é acompanhada por sua fragilidade. A fragilidade pode ser considerada no caso geral como o oposto da plasticidade: se a plasticidade é expressa na capacidade dos átomos de mudar suas posições mútuas mantendo as áreas de conexão, então a fragilidade é expressa, em primeiro lugar, no fato de que os átomos não tem essa possibilidade. Qualquer deslocamento mútuo dos átomos de um material frágil só pode ocorrer quando suas ligações são completamente quebradas; esses átomos não têm outras variantes de compostos. Em materiais elásticos (em metais), a fragilidade também é caracterizada pelo fato de ser, por assim dizer, saltitante: uma rachadura que surgiu como resultado de tensões excessivas se espalha com a velocidade da luz por toda a seção transversal do corpo. Para comparação: um tijolo sob golpes de martelo pode desmoronar (isso também é fragilidade), mas não se partir. A fragilidade “saltante” do berílio é explicada pelo fato de seus átomos não estarem interligados da melhor maneira, e estarem todos estressados; e assim que uma ligação é quebrada, os átomos de fronteira rapidamente começam a “endireitar-se” em detrimento das conexões com seus vizinhos; os laços deste último também começarão a se romper; e este processo terá um caráter de cadeia. Conseqüentemente, a fragilidade dos metais elásticos depende do grau de deformação dos átomos interligados e da incapacidade de alterar as ligações entre eles.
A resistência à radiação do berílio é explicada pela mesma reserva no tamanho de seus átomos: o cordão do átomo de berílio tem a capacidade de saltar sob um forte impacto de radiação, não atingindo sua curvatura crítica e, assim, permanecer intacto.
E a cor cinza clara do berílio e a ausência de um brilho metálico brilhante, como, por exemplo, o lítio, podem ser explicadas da mesma maneira: ondas de luz do éter, caindo em cordões não rígidos de átomos superficiais de berílio, são absorvidos por eles, e apenas uma parte das ondas é refletida e cria uma luz espalhada.
A densidade do berílio é quase quatro vezes maior que a do lítio apenas porque a densidade dos cordões de seus átomos é maior: eles estão conectados uns aos outros não em pontos, mas em longas seções. Ao mesmo tempo, em sua massa contínua, o berílio é uma substância bastante solta: é apenas duas vezes mais denso que a água.
Lítio - Hélio. O mundo do núcleo de um elemento químico.
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