nedjelja, 26. siječnja 2020.

Tablica Periodnog sustava elemenata

Ja naime smatram da među svim točkama materije postoji neka međusobna sila koja ovisi o udaljenostima; pa kada se promijene udaljenosti mijenja se i  ona, tako da  pri jednim udaljenostima ona biva privlačna a pri drugim odbojna. Ruđer Bošković-hrvatski znanstvenik ,svečenik (1711-1787)

A. Uvod
Ruski kemičar Dimitrij Ivanović Mendeljejev prije 150 godina, odnosno 1869. godine, otkrio je ili objavio periodni sustav elemenata koji omogućuje izradu njihove inventure na  Zemlji. Periodni sustav elemenata je sustavni tablični poredak kemijskih elemenata koji odražava njihovu atomsku građu i sličnost njihovih fizikalnih i kemijskih svojstava. Ta je tablica zapis kemijskih elemenata od kojih su satkane sve tvari (tekućine, krutine, plinovi) koje nas okružuju. Koliko je važna ta tablica? Ona je anketom među 800 znanstvenika preko magazina Science & Mechanics proglašena najvažnijim ljudskim otkrićem, većim od pronalaženja postupka dobivanja željeza, bakra, stakla, vapna i drugih polimernih materijala kojima su se ljudi bavili milenijima. Prošla je godina pod pokroviteljstvom UNESCO-a proglašena Međunarodnom godinom periodnog sustava elemenata.






Rasprostranjenost  elemenata mg/kg u kori Zemlje Klikni za veću sliku
Izvor: quickstudy.com

U Minsku je 2018. godine održana 52. Mendeljejeva olimpijada srednjoškolaca posvećena ovoj tablici. Našisu učenici na tom natjecanju osvojili jednu srebrnu i jednu brončanu medalju 
Što je zapravo radio Mendeljejev, veliki ruski kemičar? On je 1869. godine na kartice ispisao svojstva onda poznatih kemijskih elemenata, pa ih je slagao, kao pasijans, prema svojstvima i atomskim težinama u retke i stupce 
Slične elemente po svojstvima stavio je u stupce. Redajući elemente prema rastućim relativnim atomskim masama (tada atomskim težinama), dobio se poredak u kojem su se u periodičnim razmacima nalazili elementi sličnih kemijskih svojstava. Prema toj početnoj tablici s tada poznatih oko 50 elemenata vidjelo se koji elementi postoje, ali još nisu otkriveni, što je onda ubrzalo pronalaženje tih elemenata. Elemenata ima 118, a zapravo ih je devedesetak bitno. U plinovitom je stanju 11 elemenata (vodik H2 , helij He, neon Ne, argon Ar, klor Cl2, kripto Kr ksenon Xe, dušik N2, kisik O2, flor F2, radon Rn), dva su u tekućem stanju (brom Br2, živa Hg), a ostali su u čvrstom stanju. Danas je ta tablica bitna da se vidi koji su elementi u suvišku, a koji su u manjku za proizvodnju ljudskih dobara.
Ruđer Bošković[i]  je prvi u svjetskoj znanosti tvrdio da su svojstva  tvari ovisne o njihovoj strukturi. Bio je predhodnik fizičara koji su  XX stoljeću  izučavali  strukturu atoma.
B.  Važni elementi

B1. Vodik
Prema svojoj masi tvori 75% vidljivog svemir
Zbog održivosti života čovjek mora izraditi 
bilancu ili inventuru svega što ga okružuje na Zemlji, pa čak još dalje, do Sunca. To znači da valja brojiti atome i molekule mnogih elemenata i spojeva.[ii] Najvažniji element svemira je atom vodika. Sunce troši šest stotina milijuna tona vodika u sekundi pretvarajući ga u helij. Četiri milijuna tona u sekundi pretvara se u energiju, od čega kilogram i sedamsto grama po sekundi dolazi do Zemlje kao svjetlost i toplina.

B2. Još neki važni elementi
Najvažnijih desetak elemenata prema obilju u kori Zemlje su: kisik, silicij, aluminij, željezo, kalcij, natrij, magnezij, kalij, titan i vodik. Neki elementi nisu u obilju prisutni u Zemljinoj kori. Oko 17 od njih su ugroženi, kao i mnoge biljne i životinjske vrste. Neki elementi nalaze se u tragovima i praktično „izumiru“ za korištenje. Ovdje je pojam smeća, u kojem se nalaze stari mobiteli koje smo odbacili iz kružne ekonomije, vrlo važno povezati i stvoriti pravilnu eksploataciju uz recikliranje elemenata. Kisika ima najviše 461 000, dok vodika ima 1400 mg/kg kore Zemlje. Ostale podatke o količini na Zemlji vidi na slici.
Tantal 2 , litij, fosfor, indij i drugi elementi (na linku se to vidi 
 kritični su prema svojim nalazištima, a značajni su za razvoj tehnologije. Tako tantala Ta ima 2, litija  Li 3,58, fosfora P 1050, indija In 0,25 mg/kg kore Zemlje. Baterije za mobitele i električne automobile ne mogu se zamisliti bez litija. Ali danas imamo i pametne telefone za čiju proizvodnju treba 31 element koji su kritični u proizvodnji. Zatim, tu je LED hladna rasvjeta te moderni ekrani TV i računala, što stvara velike poteškoće kod nabave osnovnih sirovina za njihovu proizvodnju.
Spomenuo sam fosfor koji nije na onom popisu elemenata kojih ima dovoljno za ljudske potrebe. Ali fosfor je priča za sebe. Fosfati su glavni sastojak umjetnog gnojiva. Nijemci noveliraju propise o mulju uz kanalizacijskih voda tako da će gradovi s 100 000 ES – ekvivalent stanovnika 2029. godine – morati organizirati dobivanje fosfora iz mulja
.To je vrlo važan element tzv. kružne ekonomije. Oko 70 % fosforne rudače u svjetskim nalazištima nalazi se u Zapadnoj Sahari i Maroku i jako su iscrpljena, pa će se fosfor za gnojivo morati dobivati iz mulja. Sjećam se kako sam grabio lišće u šumi za stelju našeg blaga – krava, volova, svinja, peradi. Upravo je to lišće bilo dodatna količina u stajskom gnoju koja je sadržavala ne samo fosfor nego i druge mikro elemente koji su bitni za pravilnu biopoljoprivredu.

B3 Uranij. U tablici je na 92. mjestu prirodnih elemenata relativne atomske mase 238, gustoće 19,05 kg/dm3. Najprije se mora spomenuti kako je prvo atomsko oružje bila uranijeva fisijska bomba korištena nad Hirošimom u Japanu 1945. godine čime je zapravo završio Drugi svjetski rat. Nisu tu bombu niti testirali, jer su imali izotopa 235U uranija dovoljno samo za jednu bombu. Svega 0,81 % ovog izotopa ima u prirodnom uranu 238. Tri dana kasnije imali su Amerikanci i bombu od plutonija, koji se nalazi na 94. mjestu tablice, atomske mase 244, koja je bačena na Nagasaki u Japanu. Zbog radioaktivnosti postoji strah od ovih elemenata, ali budućnost dobivanja električne energije jako će ovisiti upravo o atomskim ili nuklearnim elektranama. Budući  su prisutne klimatske promjene, dugoročno gledano, najveća prijetnja opstanku čovječanstva i života uopće, posljednjih godina ponovno se sve intenzivnije vode rasprave o tome koliko nam je dobra, a koliko zla donijela nuklearna tehnologija. Prema tome, izlazak iz problema promjene klima i uništenja okoliša je ponovno intenziviranje napora izgradnje nuklearnih elektrana!!! Zlobnici tvrde kako imamo "rat"  između "mafija" koje  zastupaju ugljik ili uranij koji su čovječanstvu izvori energije. Inače uranija ima 2,7 a ugljika 200 mg/kg u kori Zemlje. Troškovi  prizvodnje električne struje pročitaje na linku.

C. Molekule, spojevi
Naši su trenutačni problemi komunalnih aktivnosti (vidi naslove u novinama) na koji način  smeće koje se sastoji od atoma, elemenata, molekula i spojeva pospremiti, iskoristiti i ne dopustiti da nas to smeće truje. Već je samo sortiranje tog smeća kompliciran proces kako bi ono postalo koristan otpad za kružno gospodarstvo.
Elementi se međusobno spajaju jedan s drugim prema kemijskim pravilima i tvore molekule. Postoji 25 molekula[iii] koje su bitne za sadašnji način života. To su molekule koje imaju znanstvenu povijest, a utjecale su na razvoj društva kakvo danas poznajemo: voda, glukoza, celuloza, ugljikov dioksid, B12, fulereni, talidomid, kinin, progesteron, penicilin, morfij, heroin, etanol, dopamin, kofein, aspirin, urea, sumporna kiselina, stearinska kiselina, polietilen, DDT, amonijak, nitroglicerin, silicijev dioksid, deoksiribonukleinska kiselina (DNK). VitaminB12 meni zdravstveno čini probleme, jer ga moj organizam ne prerađuje, pa svaka dva mjeseca moram dobivati injekciju od 1000 pmola/L . 



[i] Ruđer  Bošković,Teorija prirodne filozofije, Sveučilišna naklada Liber,  Zagreb 1974
[ii] Theodore Gray, Elementi, Školska knjiga, Zagreb, 2009., str. 14
[iii] Ljiljana Fruk, Bernd Lintermann, 25 molekula koje su promijenile svijet, Artresor naklada, Zagreb, 2016.

3 komentara:

  1. Joža, kako atomi mogu nestati ako ih jedino nuklearna eksplozija može uništiti? Oni mogu prelaziti iz jedne molekule u drugu, i tako se sakriti, ali ih mi uvijek možemo izvaditi iz molekule i staviti u molekulu koja nama treba. Da li ja dobro razmišljam?

    OdgovoriIzbriši
  2. Sjetio sam se još tri načina kako možemo ostati bez nekih atoma:
    - da ih sutrašnji stanovnici Marsa odnesu na Mars,
    - da ih izbiju u svemir meteori i drugi svemirski objekti ili sile,
    - da ih odnesu "gosti" iz svemira.

    OdgovoriIzbriši
  3. Helij je kritičan jer zbog svoje male gustoće može "odlepršati" u svemir. Pod pojmom nestati misli se na mogučnosti korištenja za ljudske potrebe. Tako je kritičan fosfor kojeg previše trošimo za umjetna gnojiva.Gdje se u Hrvatskoj reciklira elektronično smeće ili otpad?

    OdgovoriIzbriši