عنصرهای مصنوعی: عنصرهایی که در آزمایشگاه به‌وسیلهٔ دانشمندان ساخته می‌شوند.

عنصرهای مصنوعی: ساخته‌های شگفت‌انگیز آزمایشگاهی

عنصرهای مصنوعی چیستند؟

همه چیز در جهان از ذرات ریزی به نام اتم ساخته شده است. به هر نوع اتم، یک عنصر¹ می‌گوییم. بعضی از عنصرها مانند اکسیژن، طلا و آهن در طبیعت یافت می‌شوند. اما بعضی دیگر وجود ندارند و انسان باید آن‌ها را بسازد. به این دسته، عنصرهای مصنوعی² می‌گویند. برای درک بهتر، فرض کنید شما با لگو یک ماشین می‌سازید. این ماشین در طبیعت وجود ندارد و شما آن را ساخته‌اید. دانشمندان نیز مانند شما، اما در مقیاس اتمی، عنصرهای جدید می‌سازند.

اولین عنصر مصنوعی که ساخته شد، تکنسیوم³ (عدد اتمی 43) نام دارد. این عنصر در سال 1937 توسط دانشمندان ایتالیایی ساخته شد. از آن زمان تاکنون، بیش از 20 عنصر مصنوعی دیگر نیز ساخته شده‌اند.

دانشمندان چگونه عنصرهای جدید می‌سازند؟

ساخت یک عنصر جدید مانند این است که شما دو ماشین اسباب‌بازی را با سرعت بسیار بالا به هم بکوبید تا یک ماشین بزرگ‌تر و جدید بسازید! دانشمندان در دستگاه‌های مخصوصی به نام شتاب‌دهنده‌های ذرات⁴، اتم‌های دو عنصر سبک‌تر را با سرعت خیلی بالا به هم برخورد می‌دهند. در این برخورد، هسته‌های اتم‌ها با هم ترکیب می‌شوند و یک عنصر جدید و سنگین‌تر به وجود می‌آورند. این فرآیند همجوشی هسته‌ای⁵ نام دارد.

برای مثال، برای ساخت عنصر مندلیفیم⁶ (عدد اتمی 101)، دانشمندان اتم‌های عنصر اینشتینیم⁷ (عدد اتمی 99) را با ذرات آلفا (هستهٔ هلیوم) برخورد دادند. معادلهٔ ساده‌شدهٔ این واکنش به صورت زیر است:

در این فرمول، عدد بالا سمت چپ، عدد جرمی (مجموع پروتون‌ها و نوترون‌ها) و عدد پایین سمت چپ، عدد اتمی (تعداد پروتون‌ها) است. حرف n نیز نشان‌دهندهٔ نوترون است.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد عنصرهای مصنوعی

بسیاری از عنصرهای مصنوعی پرتوگذار⁸ هستند. یعنی هستهٔ آن‌ها ناپایدار است و برای رسیدن به حالت پایدار، ذرات یا انرژی از خود ساطع می‌کنند. این پدیده را واپاشی پرتوزا⁹ می‌نامند. مدت زمانی که طول می‌کشد تا نیمی از اتم‌های یک نمونه پرتوزا واپاشی کنند، نیمه‌عمر¹⁰ نام دارد.

کاربردهای شگفت‌انگیز عنصرهای مصنوعی در زندگی

شاید فکر کنید این عنصرها فقط در آزمایشگاه‌ها کاربرد دارند، اما آن‌ها به طور مستقیم و غیرمستقیم در زندگی ما نقش ایفا می‌کنند.

پزشکی: یکی از مهم‌ترین کاربردها در پزشکی است. برای مثال، عنصر مصنوعی تکنسیوم-99m (یک ایزوتوپ از تکنسیوم) به طور گسترده در تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود. وقتی این ماده به بدن بیمار تزریق می‌شود، از خود پرتوهایی ساطع می‌کند که توسط دوربین‌های مخصوص ثبت می‌شود. این کار به پزشکان کمک می‌کند تا داخل بدن را بدون نیاز به جراحی ببینند و بیماری‌هایی مانند سرطان یا مشکلات استخوانی را تشخیص دهند. مانند این است که یک نقشهٔ داخلی از بدن بیمار داشته باشند!

انرژی: عنصر پلوتونیم-238 یک منبع انرژی قوی است. از آن برای تأمین برق فضاپیماها و کاوشگرهایی که به دورترین نقاط منظومهٔ شمسی سفر می‌کنند، استفاده می‌شود. این عنصر با واپاشی پرتوزا، گرمای زیادی تولید می‌کند که سپس به برق تبدیل می‌شود. کاوشگر وویجر که اکنون در خارج از منظومهٔ شمسی است، انرژی خود را از این طریق تأمین می‌کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹Element: یک مادهٔ خالص که فقط از یک نوع اتم تشکیل شده است.

²Synthetic Elements: عنصرهایی که به طور طبیعی روی زمین یافت نمی‌شوند و توسط انسان ساخته شده‌اند.

³Technetium

⁴Particle Accelerators

⁵Nuclear Fusion

⁶Mendelevium

⁷Einsteinium

⁸Radioactive: خاصیتی که برخی مواد دارند و در آن ذرات یا انرژی از هستهٔ اتم ساطع می‌شود.

⁹Radioactive Decay

¹⁰Half-life: مدت زمانی که طول می‌کشد تا نیمی از اتم‌های یک مادهٔ پرتوزا واپاشی شوند.