Multiverse | บัญชา ธนบุญสมบัติ

www.facebook.com/buncha2509

กำเนิด ‘ตารางธาตุ’ (จบ)

ในบทความสองตอนแรก ผมได้เล่าเกี่ยวกับต้นกำเนิดตารางธาตุแบบต่างๆ ที่มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนเสนอไว้ และสุดท้าย ดมีตรี เมนเดเลเยฟ (Dmitri Mendeleev) ก็เสนอตารางธาตุรูปแบบแรกของเขาในปี ค.ศ.1869

ทั้งนี้ ได้เล่าเรื่องเกี่ยวกับ ‘เอกา-โบรอน’ ซึ่งต่อมาพบว่าคือ ธาตุสแกนเดียม, ‘เอกา-อะลูมิเนียม’ ซึ่งต่อมาพบว่าคือ ธาตุแกลเลียม และ ‘เอกา-ซิลิคอน’ ซึ่งต่อมาพบว่าคือธาตุเจอร์เนียมไปแล้ว

คราวนี้มาดูธาตุสุดท้ายที่เมนเดเลเยฟทำนายไว้ คือ เอกา-แมงกานีส และจุดเด่นอื่นๆ ของตารางธาตุของเมเดเลเยฟกันต่อครับ

นักวิทยาศาสตร์พบว่า เอกา-แมงกานีส (eka-mananese) ก็คือ เทคนีเชียม (technetium) ธาตุนี้น่าสนใจเป็นพิเศษ เพราะเป็นธาตุสังเคราะห์ชนิดแรกที่มนุษย์สร้างขึ้น

ในปี ค.ศ.1937 นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี เอมีลีโอ เซเกร (Emilio Segr?) และ การ์โล แปร์เรียร์ (Carlo Perrier) ได้สังเคราะห์เทคนีเชียมจากเศษของโมลิบดีนัมที่ใช้เป็นเป้าหมายในการทดลองในเครื่องเร่งอนุภาคที่เรียกว่าไซโคลตรอน ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์

ทั้งคู่ตรวจพบการแผ่รังสีของตัวอย่างโมลิบดีนัม และหลังจากการทดลองหลายครั้งก็สามารถแยกธาตุใหม่คือ เทคนีเชียมออกมาได้ คำว่า technetium มาจากคำภาษากรีกว่า technetos ซึ่งแปลว่า ‘ประดิษฐ์’ สื่อถึงความเป็นธาตุที่ถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์นั่นเอง

จุดเด่นประการที่ 2 ของตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ คือ แม้ว่าเมนเดเลเยฟจะจัดเรียงธาตุตามน้ำหนักอะตอมเป็นหลัก แต่มีบางตำแหน่งในตารางธาตุที่เขาจงใจสลับลำดับของธาตุบางคู่ เพื่อให้ธาตุที่จัดใส่ลงไปในช่องหนึ่งๆ มีสมบัติทางเคมีที่เข้ากันได้กับธาตุที่อยู่ในกลุ่มเดียวกัน

คู่ของธาตุที่เขาจับสลับที่สำคัญ ได้แก่ เทลลูเรียม (tellulium) กับไอโอดีน (iodine) ซึ่งแม้ว่าไอโอดีนจะมีน้ำหนักอะตอมน้อยกว่าเทลลูเลียมก็ตาม แต่เมนเดเลเยฟจัดวางตำแหน่งให้ไอโอดีนอยู่หลังเทลลูเลียม เพื่อให้ไอโอดีนอยู่ในกลุ่มเดียวกับธาตุแฮโลเจน (halogen) เช่น ฟลูออรีน โบรมีน (bromine) และคลอรีน ส่วนเทลลูเลียมอยู่ในกลุ่มเดียวกับธาตุ (chalcogen) เช่น ออกซินเจน กำมะถัน และซีลีเนียม

ส่วนโคบอลต์กับนิกเกิลนั้นมีน้ำหนักอะตอมใกล้เคียงกันมาก แต่เมนเดเลเยฟก็จัดวางตำแหน่งได้อย่างถูกต้อง คือจัดให้นิกเกิลอยู่ถัดจากโคบอลต์

น่ารู้ด้วยว่า ภายหลังมีการเสนอโดย เฮนรี โมสลีย์ (Henry Moseley) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษว่า การจัดเรียงธาตุในตารางธาตุจำเป็นต้องใช้เลขอะตอม (atomic number) ซึ่งก็คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เรียกย่อว่า Z จึงจะถูกต้องแม่นยำกว่า แต่ประเด็นคือ ขณะที่เมนเดเลเยฟเสนอตารางธาตุนั้น ยังไม่มีการค้นพบเรื่องจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสดังกล่าว จึงอาจพูดได้ว่าการที่เมนเดเลเยฟได้รับการยกย่องส่วนหนึ่งก็เนื่องมาจากความกล้าที่จะสลับธาตุบางคู่ในตารางธาตุอันบ่งถึงความเป็นอัจฉริยะและการคาดการณ์อย่างถูกต้องนั่นเอง

อย่างกรณีระหว่าง เทลลูเรียม (Z = 52) กับไอโอดีน (Z = 53) จะเห็นว่าไอโอดีนมีเลขอะตอมมากกว่าเทลลูเลียม 1 หน่วย และกรณีระหว่าโคบอลต์ (Z = 27) กับนิกเกิล (Z = 28) จะเห็นว่านิกเกิลมีเลขอะตอมมากว่าโคบอลต์ 1 หน่วย โดยที่ Z คือ เลขอะตอม

อีก 2 ปีถัดมา คือ ในปี ค.ศ.1871 เมนเดเลเยฟได้ปรับปรุงตารางธาตุของเขา โดยจัดเรียงธาตุตามน้ำหนักอะตอมเป็นหลัก (มีข้อยกเว้นบ้างสำหรับบางธาตุ) เขาแบ่งธาตุออกเป็นกลุ่มและคาบ โดยธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกันจะอยู่ในกลุ่มเดียวกัน และธาตุที่มีสมบัติค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไปตามลำดับจะอยู่ในคาบเดียวกัน นอกจากนี้ เมนเดเลเยฟยังได้ทำนายสมบัติของธาตุที่ยังไม่ค้นพบโดยการเว้นช่องว่างไว้ในตารางของเขาอีกด้วย

ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟใช่ว่าจะไร้จุดอ่อน เพราะตารางนี้ไม่ได้ระบุตำแหน่งของก๊าซเฉื่อยเอาไว้ อย่างไรก็ดี ตารางธาตุของเขาเป็นจุดตั้งต้นที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ต่อยอดผลงานนี้โดยการเติมเต็มธาตุต่างๆ ที่เหลือลงไปจนสมบูรณ์ อีกทั้งความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมที่ลึกซึ้งขึ้นทำให้สามารถจัดเรียงธาตุได้อย่างถูกต้องและเป็นระบบมากยิ่งขึ้นโดยอิงตามเลขอะตอม

อย่างไรก็ดี เมนเดเลเยฟ รวมทั้งนักเคมีร่วมสมัยกับเขา ไม่สามารถอธิบายเหตุผลเบื้องหลังรูปแบบของตารางธาตุได้ว่าทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ต้องรอจนกระทั่งกลศาสตร์ควอนตัมถือกำเนิดขึ้นมาแล้ว นักเคมีจึงได้เข้าใจถึงความเป็นระเบียบที่ซ่อนอยู่ในตารางธาตุอย่างลุ่มลึก

ในปี ค.ศ.2019 สมัชชาใหญ่แห่งสหประชาชาติ และองค์การเพื่อการศึกษา วิทยาศาสตร์และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติ (UNESCO) ได้ประกาศให้เป็น ปีสากลแห่งตารางธาตุเคมี หรือ International Year of the Periodic Table of Chemical Elements เรียกย่อว่า IYPT 2019 เนื่องจากครบ 150 ปีที่ ดมีตรี เมนเดเลเยฟ นำเสนอตารางธาตุที่เขาคิดค้นต่อ Russian Chemical Society ในเดือนมีนาคม ค.ศ.1869

น่ารู้ด้วยว่าแม้ว่าชื่อของเมนเดเลเยฟจะผูกติดกับตารางธาตุเคมี แต่หากได้ศึกษาชีวประวัติจะพบว่า เขามีความรอบรู้มากมาย เช่น ศาสตร์เกี่ยวกับการบิน (aeronautics) อุตุนิยมวิทยา การสำรวจอาร์กติก การออกแบบเรือตัดน้ำแข็ง การศึกษา (เมนเดเลเยฟเป็นครูที่สอนเก่ง) การต่อต้านความเชื่อเรื่องภูตผีปิศาจ แถมยังมีความชำนาญด้านกฎหมายและเศรษฐศาสตร์อีกด้วย

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022