اخیرا کشف‌های بسیاری در زمینه‌ی شیمی صورت گرفته است که با دانش معمول ما متفاوت است. به تازگی دانشمندان توانسته‌اند ترکیبی جدید از هلیوم بسازند.

اگر شیمی دبیرستان را به یاد داشته باشید، می‌دانید که هلیوم گازی نجیب است، کم‌ترین میزان واکنش‌پذیری را در جدول تناوبی دارد و چون بیرونی‌ترین لایه‌ی الکترونی آن پر است، با دیگر عنصرها واکنش نمی‌دهد تا ترکیب‌های پایدار ایجاد کند.

دیگر گازهای نجیب تحت فشار زیاد ترکیباتی را ایجاد کرده‌اند؛ اما تاکنون هلیوم ترکیب پایداری ایجاد نکرده بود. دانشمندان گزارش داده‌اند که ترکیبی ساخته‌اند که به نظر می‌رسد ترکیب پایداری از هلیوم و سدیم باشد. ساخت این ترکیب بسیاری از فرضیات اساسی شیمی مدرن را زیر سوال می‌برد.

آدام پاپاو از دانشگاه یوتا و از اعضای تیم می‌گوید:

وقتی فشارهای بالا را اعمال می‌کنید، شیمی تغییر می‌کند. این فشارهای بالا در داخل زمین و در سیاره‌های متفاوتی مانند زحل قابل دستیابی است. اما این پژوهش بسیاری از معادلات را به هم می‌زند.

هلیوم دومین عنصر فراوان در جهان است و در بالای گروه شش عضوی گازهای نجیب قرار گرفته است. آخرین لایه‌ی الکترونی این عنصرها که عامل واکنش‌پذیری آن‌ها هم است، پر است؛ بنابراین این گازها با دیگر عنصرها واکنش نمی‌دهند و ترکیبی ایجاد نمی‌کنند.

این گازها از این جهت نجیب نامیده می‌شوند که با عنصرهای دیگر واکنش نمی‌دهند. البته در شرایط ویژه می‌توانید نشانه‌هایی از واکنش‌پذیری آن‌ها را مشاهده کنید. گازهای نجیب به دو دسته تقسیم می‌شوند: گروه اول شامل کریپتون، زنون و رادون تا حدودی واکنش‌پذیر شناخته می‌شوند؛ گروه دیگر شامل آرگون، نئون و هلیوم کاملا واکنش‌ناپذیر محسوب می‌شوند.

پژوهشگران راه‌هایی برای اتصال هلیوم به دیگر عنصرها یافته بودند؛ اما تاکنون نتایج ناپایدار بودند. از برهم‌کنش‌های هلیوم با دیگر عنصرها می‌توان به پیوند وان‌دروالس اشاره کرد. نیروی وان‌دروالس، جزو نیروهای جاذبه یا دافعه است که بدون نیاز به پیوند کووالانسی یا یونی شکل می‌گیرد. در واقع پیوند کووالانسی یا یونی، با اشتراک‌گذاری الکترون‌ها بین اتم‌ها شکل می‌گیرد تا یک مولکول ایجاد شود. اما پیوند وان‌دروالسی، نیروی ضعیف‌تری است که بین مولکول‌ها یا اتم‌های منفرد شکل می‌گیرد، بی آنکه مولکولی ایجاد کند.

پیوند وان‌دروالس بین هلیوم و دیگر اتم‌ها وجود دارد. در دماهای بسیار پایین، هلیوم می‌تواند “مولکول‌های واندروالسی” ایجاد کند. مولکول‌های واندروالسی خوشه‌هایی از اتم‌ها یا مولکول‌ها هستند که نیروی اتصال دهنده‌ی آن‌ها بسیار ضعیف بوده و ناپایدار نیز هستند.

هلیوم واکنش پذیر نیست؛ زیرا آرایش الکترونی لایه‌ی بیرونی آن کامل است. در واقع آرایش الکترونی لایه‌ی آخر آن جایی برای به اشتراک‌گذاری الکترون با دیگر اتم‌ها ندارد تا پیوند ایجاد شود. اما این شرایط روی سطح زمین برقرار هستند.

هلیوم یکی از فراوان‌ترین عنصرهای هستی است و در شکل‌گیری ستاره‌ها و سیاره‌های غول‌پیکر نقش دارد. هلیوم در فضا و در هسته‌ی زمین، بسیار متفاوت عمل می‌کند. اکنون پژوهشگران موفق شده‌اند تا نخستین شواهد از این رفتار عجیب را بیابند.

آلکس بولدروف، یکی از اعضای تیم از ایالت یوتا می‌گوید:

فشارهای خیلی بالا، مثل فشار مرکز کره‌ی زمین یا فشار سیاره‌های گازی همسایه کاملا شیمی هلیوم را تغییر می‌دهد.

پژوهشگران از یک مدل کامپیوتری پیش‌بینی‌کننده‌ی ساختار کریستال استفاده کردند تا پیش‌بینی کنند که آیا در فشارهای خیلی بالا، ترکیب پایدار هلیوم-سدیم می‌تواند شکل بگیرد یا خیر. آن‌ها سپس این ترکیب، یعنی Na2He را در یک سندان الماس ساختند.

این سندان الماس امکان دستیابی به فشار ۱.۱ میلیون برابر فشار اتمسفری زمین را ممکن می‌سازد. بولدروف می‌گوید که این نتایج غیر قابل انتظار بودند و آن‌ها بیش از دو سال تلاش کردند تا بازخوان‌ها و سردبیران ساینس را متقاعد کنند که نتایج آن‌ها را چاپ کنند.

تیم با توجه به این نتایج پیش‌بینی می‌کند که تحت شرایط فشار ۱۰ میلیون برابر فشاری که آن‌ها به آن دست یافته اند، سدیم به راحتی با گاز هلیوم ترکیب می‌شود و ترکیب Na2He را ایجاد می‌کند. عجیب است که این ترکیب بدون هیچ پیوند شیمیایی که آن‌ها را در کنار هم نگاه دارد، ایجاد می‌شود.

ژائو دانگ از دانشگاه نانکای در چین در بیانیه‌ای گفته است:

ترکیبی که یافته‌ایم، بسیار ویژه است: اتم‌های هلیوم پیوند شیمیایی تشکیل نداده‌اند؛ اما حضور آن‌ها برهم‌کنش‌های شیمایی بین اتم‌های سدیم را تغییر داده و الکترون‌ها را داخل حفره‌های ساختار مکعبی مستقر کرده است.

در تصویر زیر، ساختار کریستالی Na2He را می‌بینید. اتم‌های سدیم به رنگ بنفش و اتم‌های هلیوم سبز هستند. الکترون‌ها فضاهای قرمز بین آن‌ها هستند.

ساخت ترکیب پایداری از هلیوم توسط دانشمندان شیمی

پاپوف می‌گوید که پیوند تشکیل شده، پیوندی واقعی مانند پیوندهای یونی یا کووالانسی نیست؛ اما این هلیوم است که ساختار را پایدار کرده است. اگر اتم‌های هلیوم را حذف کنید، این ساختار پایدار نخواهد بود. در اینجا چند بازنمود دیگر از این ترکیب را می‌بینید. در تصویر سمت چپ، سدیم صورتی و هلیوم سفید است. در تصویر سمت راست، مکعب‌های سدیم و هلیوم خاکستری و الکترون‌ها قرمز هستند:

ساخت ترکیب پایداری از هلیوم توسط دانشمندان شیمی

اخیرا شیمی دان‌ها اکتشافات خارج از قاعده‌ی زیادی انجام داده‌اند. تیم‌های جداگانه‌ای نخستین نمونه از هیدروژن فلزی و مولکول کربنی با ۶ پیوند (و نه چهارپیوند) را ساخته‌اند؛ اما چون این نتایج با عقل سلیم مطابقت ندارند، با شک بسیاری با آن‌ها برخورد می‌شود و معمولا کسی به سراغ تکرار آزمایش نمی‌رود. نتایج این مطالعه به نظر معتبر می‌رسند؛ بنابراین منتظر نتایج جالب آزمایش‌های بعدی خواهیم ماند.

هنری رپا، از کالج امپریال لندن، در این مطالعه شرکت نداشته است. او با مقایسه‌ی کشف هیدروژن فلزی و پیوندهای هلیوم می‌گوید:

این پژوهش علمی‌تر است. ترکیب هلیوم می‌تواند پیشرفتی بزرگ در علم باشد.

باید آزمایش‌های بیشتری انجام شوند تا اطلاعات بیشتری به دست بیاوریم. تا به اینجا به نظر می‌رسد که سال ۲۰۱۷ سالی است که بسیاری از باورهای شیمی قدیمی ما را به چالش کشیده است و نمی‌توان منتظر بود و دید که دیگر چه اکتشافاتی صورت خواهد پذیرفت.

پژوهشگران دانشگاه هاروارد سردترین واکنش شیمیایی در جهان شناخته‌شده را انجام دادند که نویدبخش نوآوری‌هایی در زمینه‌های مختلف است.

ماهیت بسیار سرد این مجموعه مهم است، از آن‌جایی که در این محدوده‌های دمایی حرکت مولکول‌ها تقریبا تا حد توقف، آهسته می‌شود. اگر بخواهید یک واکنش شیمیایی اتفاق افتد، معمولا مولکول‌های کم‌سرعت چیزی نیستند که به دنبالشان باشید. اما در این مورد، کاهش دما و سرعت موجب شد پژوهشگران دانشگاه هاروارد چیزی را ببینند که تا پیش از این هرگز مشاهده نشده بود: لحظه‌ای که در آن دو مولکول به هم می‌رسند و مولکول ‌های جدید را تشکیل می‌دهند.

شیمی اساسا علمی است که به مطالعه و بررسی همه چیز می‌پردازد. در واقع، علم شیمی آنقدر مهم است که اغلب “علم پایه ” نامیده می‌شود زیرا رشته‌ای است که همه علوم دیگر را به هم وصل می‌کند. هر کسی که تا به حال سریال تلویزیونی بریکینگ بد را تماشا کرده باشد می‌داند چقدر شیمی می‌تواند جذاب و جالب باشد. اما شاید حتی بسیاری از جمله بازیگران آن چیزی درباره‌ی شیمی ندانند. به همین خاطر در ادامه و برای آشنایی بیشتر شما می‌خواهیم به 20 حقیقت جالب و جذاب درباره شیمی اشاره کنیم.

1. هر انسانی حدود 150 وات گرما در یک زمان مشخص تولید می‌کند

به همین دلیل است که برگزاری مهمانی و جشن خانوادگی در خانه، راه بسیار خوبی برای صرفه جویی در هزینه‌های گرمایشی است.

2. هلیوم 14.5 برابر سبک تر از هوا است

به همین دلیل است که بالن‌های هلیوم در هوا شناور و معلق می‌مانند.

3. به طور میانگین، 60 درصد بدن هر انسانی از آب تشکیل شده است

بدن نوزادانی که تازه به دنیا آمده‌اند از آب بسیار بیشتری (حدود 80 درصد) تشکیل شده است. با این حال، یک سال بعد از تولد این مقدار در همان حجم 60 درصد تثبیت می‌شود.

4. اصابت رعد و برق به هر چیزی می‌تواند گرمایی به اندازه 54000 درجه فارنهایت داشته باشد

بنابراین، قبل از اینکه در یک طوفان تندری و در نزدیکی رعد و برق رانندگی کنید، کمی فکر کنید.

5. الماس به یک دلیل یخ نامیده می‌شود!

​

حقایقی جذاب و جالب درباره ی علم شیمی

در یک سطح شیمیایی، الماس‌ها از یک ساختار بلوری سه بعدی منحصر به فرد تشکیل شده‌اند که به راحتی گرما را منتقل می‌کنند و سطح خارجی این جواهر گرانبها را سرد می‌کنند.

6. یک اینچ آب برابر با 10 اینچ آب در دمای 30 درجه فارنهایت است

اما علت چیست؟ زیرا اکثر مواد در سرما فشرده شده و کوچکتر می‌شوند. آب آنقدر انرژی زیادی دارد که می‌تواند آن را به مواد دیگری داده و گسترش یابد.

7. جدول مندلیف در اصل در یک برگه تقلب در آخرین لحظه ایجاد شد

در دانشگاه ایالتی سنت پترزبورگ به استادی به نام دیمیتری مندلیف مهلت محدودی داده شد تا توضیحی از تمام عناصر شناخته شده‌ی آن زمان را ارائه دهد و بنابراین میانبری تحت عنوان جدول مندلیف خلق شد.

8. صدا با سرعت 4.3 برابر  بیشتر  از هوا از آب عبور می‌کند

ذرات آب نسبت به ذرات اکسیژن به یکدیگر بسیار بیشتر نزدیک هستند و این یعنی اینکه عبور صدا از یک ذره به ذره دیگر در آب بسیار راحت‌تر بوده و بنابراین صدا سریعتر منتقل می‌شود.

9. مس به طور طبیعی عنصری ضد باکتریایی است

مصرف دوز کمی از این ماده مغذی برای انسان‌ها و باکتری‌ها مفید و ضروری است اما در دوزهای بالا، باکتری‌ها را از بین می‌برد. مس تنها عنصر شناخته شده‌ای است که به این نحو عمل می‌کند.

10. قبل از هر چیزی دیگری در جهان هیدروژن وجود داشت

​

حقایقی جذاب و جالب درباره ی علم شیمی

در اولین روزهای آفرینش جهان تنها عنصر موجود، هیدروژن بود. اتم‌های هیدروژن به هلیوم پیوند می‌خورند و به کربن تبدیل می‌شوند و از آنجا به ایجاد انواع عناصر پیچیده‌تر ادامه می‌دهند و جهان را به شکلی که  امروز می‌بینیم شکل می‌دهند.

11. اولین عنصر تقریبا مصنوعی که به جدول تناوبی اضافه شد، تکنسیوم بود

تکنسیوم نیز یکی از سبک‌ترین عناصر شیمیایی بوده و به طور کامل از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ناپایدار تشکیل شده است. نام تکنسیوم از واژه یونانی “مصنوعی” گرفته شده است.

12. بدن انسان آنقدر گرافیت دارد که حدود 9000 مداد را تولید کند

اما گرافیت چه چیزی است؟ گرافیت یک شکل کریستالی از عنصر کربن است که در دماهای بالا به الماس تبدیل می‌شود.

13. گچ از هزاران تن پلانکتون فسیلی ساخته شده است

این فسیل‎ها در نهایت به سنگ آهک تبدیل می‌شوند؛ سنگ آهک ماده‌ای است که بیشتر از کربنات کلسیم تشکیل شده است. شاید همین توضیح کوتاه، به این سوال که چرا گچ مزه بدی دارد جواب خوبی بدهد.

14. بوی تازه‌ای که بعد از یک طوفان رعد و برق به مشام می‌رسد در واقع بوی اوزون است

هنگامی که رعد و برق اتفاق می‌افتد واکنش شیمیایی در سطح زمین ایجاد می‌شود که ازن، همان ترکیب اکسیژنی که از جو محافظت می‌کند را به وجود می‌آورد. بنابراین، این ازن است که بوی منحصر به فرد را پس از یک رعد و برق ایجاد می‌کند.

15. بیشتر عناصر شیمیایی فلزی هستند

​

حقایقی جذاب و جالب درباره ی علم شیمی

تقریبا سه چهارم تمام عناصر شیمیایی شناخته شده فلز هستند.

16. DNA در برابر شعله مقاوم است

محققان به این نتیجه رسیده‌اند که وقتی نمونه‌هایی از بلوک‌های ژنتیکی را به پارچه اضافه می‌کنند، قابلیت اشتعال کاهش می‌یابد.

17. اوگانسون، یکی دیگر از عناصر مصنوعی، سنگین‌ترین عنصر در جهان است

اوگانسون عنصر بسیار جدیدی است و در سال 2016 رسما شناخته شد. نام آن از فیزیکدان هسته‌ای معروفی به نام یوری اوگانسیان گرفته شده است.

18. شیشه به لحاظ فنی مایع و جامد نیست

شیشه در واقع از مولکول‌های جاری و فراوان تشکیل شده است. نکته اینجا است که جریان مولکول‌ها آنقدر کند است که نمی‌توان آن را مایع در نظر گرفت و همچنین از لحاظ فنی آنقدر سریع است که نمی‌توان آن را جامد دانست. بنابراین، شیشه را باید در دسته‌ی جامدات آمورف قرار داد.

19. آمازون به طور مستقیم تقریبا 20 درصد کل اکسیژن جهان را تامین می‌کند

شاید به همین خاطر بهتر است به جنگل‌های بارانی آمازون بیش از قبل بها داده و از آن‌ها محاقظت شود.

20. تا 5 میلیارد سال دیگر خورشید به ابرستاره‌ای سرخ تبدیل می‌شود و سیاره عطارد و زهره را می‌بلعد

ابرستاره‌های سرخ، آخرین مرحله تکامل ستاره‌ها هستند که رنگ خاص خود را از فرایند خنک‌سازی و توسعه آن می‌گیرند و این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که هیدروژن جهان تمام شده باشد.