ما أثقل عنصر كيميائي في الكون؟ هل هو اليورانيوم أو البلوتونيوم أو الأوغانيسون؟ هل هو عنصر كيميائي لم يُكتشف بعد، أو شيء مختلف تمامًا؟
تُعد الخواص الفيزيائية للعناصر شديدة الأهمية، فهي التي شكلت كل تفاعل في الكون، وصفاتها تلك برزت بسبب طريقة إنتاجها، وهي أيضًا تحدد كيفية استخدامها والاستفادة منها.
على الرغم من وجود العديد من الإجابات المفيدة على السؤال أعلاه، فهناك العديد من الفروق الدقيقة بينها. علينا أن ننتبه أن السؤال من الأساس ينقصه التعريف المناسب ولم يُوَصَّف بوضوح كما بدا.
علميًا يُعد الوزن والكتلة مفهومين وكميتين مختلفين. صحيح أنهما مرتبطان، لكن الكتلة هي خاصية ذاتية للمادة، أما الوزن فيعتمد على مجال الجاذبية الأرضية في المكان الذي نقيس فيه. لذلك إذا أردنا تعريف مفهوم الثقل فعلينا الأخذ بتعريف الكتلة، وهي تعني مقدار ما يحويه الجسم من مادة، وهي قيمة ثابتة بعكس الوزن الذي يختلف من مكان لآخر بإختلاف الجاذبية.
إذا بحثت في العديد من المواقع ستجد أن العنصر الكيميائي الأثقل هو اليورانيوم، خاصةً النظير اليورانيوم-238، وهو الأكثر وفرةً وثباتًا من بين جميع نظائره الطبيعية، ويُعد أثقل عنصر كيميائي يمكن الحصول عليه في الطبيعة. كتلته الذرية هي 238، وتُعرَّف بعدد النيوترونات والبروتونات في نواة ذرة العنصر، وهذا الرقم يعني أن النواة تحتوي على 92 بروتونًا و146 نيوترونًا.
كل عنصر كيميائي يحتوي على عدد أكبر مما ذكر من البروتونات هو عنصر صُنع أو اكتُشف في المختبر، ولكن اتضح أن البلوتونيوم -الذي يحتوي على 94 بروتونًا- موجود أيضًا في الطبيعة، على الرغم من أننا علمنا بوجوده في مختبر جلين تي سيبورج وفريقه في جامعة كاليفورنيا في بيركلي.
يرتبط بعض هذا البلوتونيوم الطبيعي باليورانيوم. وعُثِر على البعض منه أيضًا في الغبار النيزكي المترسب في قاع البحر. لذلك، فإن البلوتونيوم-244 هو أثقل عنصر كيميائي نعرفه موجود على نحو طبيعي.
لكننا صنعنا بالفعل عناصر أثقل بكثير من البلوتونيوم. أثقل عنصر كيميائي تم تصنيعه على الإطلاق هو أوغانيسون Oganesson، رمزه الكيميائيOg، ويحتوي على 118 بروتون و 176 نيوترون، ما يجعل كتلته الذرية تساوي 294. صُنع لأول مرة في عام 2002 في المعهد المشترك للأبحاث النووية (JINR) في مدينة دوبنا Dubna، بالقرب من موسكو، وسمي تيمنًا باسم عالم الفيزياء النووية الروسي الأرمني يوري أوغانيسيان Yuri Oganessian، الذي اكتشف بعض أثقل العناصر في الجدول الدوري.
يومًا ما من المحتمل أن يُكسَر هذا الرقم، إذ يمتلك علماء الفيزياء النووية دليلًا على ما يسمى بالأرقام السحرية، وهي أعداد محددة من البروتونات أو النيوترونات الأكثر استقرارًا من النوى الأخرى. هذه الأرقام هي 2 و 8 و 20 و 28 و 50 و 82 و 126. والرقم 128 فقط شوهد بالنسبة للنيوترونات، ولكن من الممكن افتراضيًا تخليق عنصر كيميائي أطلقوا عليه مؤقتًا إسم أنبيهيكسيوم Unbihexium، الذي يحتوي على 126 بروتونًا والكثير من النيوترونات، ويكون مستقرًا، أو على الأقل، مستقرًا بما يكفي لنقيسه.
إننا لم نعد ننظر الآن الى كتلة الذرات كمقياس للثقل، لكن ننظر إلى مقياس مختلف وهو الكثافة، وتلك كمية مفيدة للغاية.
تُعَرَّف الكثافة على أنها الكتلة لكل وحدة حجم، ويتبع ذلك السؤال الخادع الشهير: ما الأثقل: كيلوغرام من الريش أم كيلوغرام من الرصاص؟ إن كيلوغرامًا واحد من الرصاص، كونه أكثر كثافة، يجعلنا نتصور أنه يجب أن يكون أثقل من كيلوغرام واحد من الريش على الرغم من أن لهما نفس الكتلة.
لا تقاس الكثافة بالكتلة الذرية، فبمقارنة مكعب من اليورانيوم مع مكعب لعنصر كيميائي آخر، فلن يكون اليورانيوم هو العنصر الأكثر كثافة لمجرد أنه العنصر الذي يحتوي على كتلة ذرية أكبر.
الأوزميوم هو العنصر الأكثر كثافة، ويليه مباشرة يوجد الإيريديوم. كلاهما لهما ضعف كثافة الرصاص ولا يفصل بينهما سوى مسافة صغير في الجدول الدوري للعناصر.
يرجع سبب الكثافة الشديدة للعناصر إلى عملية توازن فريدة. لديها ما يكفي من كتلة ذرية عالية، ولكن نصف قطر ذري صغير جدًا بسبب التنظيم الجيد للإلكترونات، لذلك يمكنك في نفس الحجم حشر ذرات أوزميوم أكثر من أي عنصر كيميائي آخر معروف. كثافة الأوزميوم تبلغ 22.6 ضعف كثافة الماء السائل.
هكذا نكون قد عرفنا الآن الإجابة على السؤال: ما هي أثقل العناصر الكيميائية في الكون؟ والأهم عرفنا لماذا، وعلى أي أساس نُقِّيم كتلة العناصر.
اقرأ أيضًا:
اكتشاف وجود العنصر الكيميائي رقم 115
ترجمة: عمرو أحمد
تدقيق: حسام التهامي
