Jednym z nieodłącznych elementów wystroju sal, w których odbywają się lekcje chemii, jest obraz układu okresowego pierwiastków, zwany potocznie tablicą Mendelejewa. – Dziś widzimy barwny zestaw pierwiastków uporządkowanych według rosnącej liczby atomowej, których jednak nie poznalibyśmy, gdyby nie fascynujące dokonania ich odkrywców – mówi dr hab. prof. UŚ Jan Małecki z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego, autor książki pt. Historia odkryć pierwiastków chemicznych.
Dr hab. prof. UŚ Jan Małecki z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego opisał historię odkryć pierwiastków chemicznych
fot. Małgorzata Kłoskowicz
– Napisana przeze mnie książka jest alfabetem chemika. Zawsze interesowała mnie droga doprowadzająca ludzi do odkrywania czegoś nowego. Naukowcy dziwacy, alchemicy, podróżnicy, ludzie o wielkiej wyobraźni i odwadze… – to oni stają się bohaterami publikacji, która, chociaż może zainteresować każdego pasjonata naukowych ciekawostek, pisana była głównie z myślą o uczniach i studentach. Chciałem sprawić, aby układ okresowy pierwiastków stał się bardziej przyjazny – mówi prof. Jan Małecki.
Naukowiec postanowił zatem przywrócić pamięci przede wszystkim nazwiska naukowców, którzy niejednokrotnie narażali swoje życie i zdrowie, by poszerzać wiedzę o otaczającym nas świecie.
Historia powstania pojęcia pierwiastka sięga starożytności i odnosi się do koncepcji elementów podstawowych, z których składać się miał Wszechświat. Rozumiane na początku jako substancje, których nie da się rozłożyć na prostsze, z czasem zaczęły być definiowane jako zbiór atomów o takiej samej liczbie atomowej oznaczającej liczbę protonów w jądrze atomowym, a tym samym elektronów w atomie.
Wiele z nich zostało rozpoznanych już w czasach przedhistorycznych, ich odkrywcy pozostają jednak anonimowi. Do grupy tych pierwiastków należą między innymi: węgiel, siarka, żelazo, miedź, cynk, srebro, złoto, rtęć oraz ołów, przy czym przyjmuje się, że najwcześniej poznany został węgiel – i to od niego rozpoczyna się opowieść o konsekwentnym odsłanianiu tajemnic materii. Kolejność pierwiastków omawianych w książce mogła być oczywiście zgodna ze schematem układu okresowego bądź po prostu alfabetyczna, ale autorowi publikacji zależało na tym, aby czytelnicy mogli spojrzeć na tablicę Mendelejewa jak na uporządkowaną w czasie historię. Dlatego tę długą listę otwiera właśnie węgiel, a zamyka oganesson – otrzymany sztucznie i zaobserwowany po raz pierwszy w 2002 roku pierwiastek, którego nazwa pochodząca od nazwiska kierownika zespołu naukowców Jurija Oganessiana została zatwierdzona w 2016 roku.
– Historie, które sam odkrywałem, są często upiorne, czasem zabawne, lecz raczej w tonie humoru angielskiego spod znaku Monty’ego Pythona – mówi chemik.
Jedna z nich dotyczy znanego już od starożytności antymonu. Zgodnie z legendą XV-wieczny alchemik, przeor klasztoru benedyktyńskiego św. Piotra w Erfurcie Basilius Valentinus, uznał, że ma do czynienia ze specyfikiem leczącym wszystkie choroby. Karmiąc odpadkami świnie, zauważył szybki wzrost ich wagi. Chcąc poprawić kondycję fizyczną mnichów, zalecił więc dodawanie do posiłków związków antymonu. Dawka okazała się jednak zbyt silna i żaden z mnichów nie przeżył tego doświadczenia. Stąd wzięła się nazwa pierwiastka w dosłownym tłumaczeniu oznaczająca „przeciw mnichom”.
– Im więcej informacji odnajdywałem w różnych publikacjach, tym bardziej upewniałem się, że poznaję fascynujących ludzi, o których nie warto zapominać – mówi prof. Jan Małecki i przywołuje postać niezwykłego naukowca, jakim był Henry Cavendish, Brytyjczyk żyjący na przełomie XVIII i XIX wieku, autor odkrycia sposobu otrzymywania wodoru. Chemik nie rozmawiał z kobietami, wymagał od swojej służby bycia „niewidzialnymi”, zostawiając polecenia zapisane na papierze w korytarzach, a całe swoje życie poświęcił pracy w laboratorium, którego prawie w ogóle nie opuszczał.
Wielu z tych naukowców cechowała dociekliwość aż do granic absurdu. Interesująca wydaje się w tym kontekście historia wyprodukowania fosforu, przedziwnej substancji emitującej światło w temperaturze otoczenia. Odkrycia dokonał w XVII wieku holenderski kupiec Henig Brand, wytrwały poszukiwacz kamienia filozoficznego. Badając różne substancje, postanowił również zanalizować ludzki mocz (odbierał go z latryn garnizonu wojskowego; dowódcy garnizonu pewnie cieszyli się, że znaleźli wariata, który je porządkuje). Odparowując go, otrzymał syrop, poddał go następnie destylacji, uzyskując tzw. olej moczowy, kontynuował proces destylacji, aż uzyskał czarny osad. Tę substancję prażył, otrzymując w końcu biały nalot jarzący się niebieskozielonym światłem. Brand był wprawdzie przekonany, że wyizolował element ognia, który pozwoli dokonywać zmiany metali nieszlachetnych w złoto, tymczasem okazało się, że na drodze eksperymentu otrzymał właśnie fosfor.
– Szczególnie podobała mi się też historia poszukiwania fluorowców. Czytałem o naukowcu, który wybrał się aż nad Morze Czarne, aby poszukiwać w wodach tamtejszego akwenu nowych substancji. Wyobrażam go sobie wracającego do domu, ubranego w marynarkę, pod krawatem, w kapeluszu i z laseczką, targającego bagaże, w których wiózł puste butelki – opowiada prof. Jan Małecki. – Dziś trudno sobie wyobrazić taki sposób uprawiania nauki. Kto z nas wyruszy w długą podróż, by wrócić z niczym? Miarą naukowej wartości stała się efektywność. Nie ma czasu na poszukiwania, które nie byłyby udokumentowane wcześniejszymi wynikami i nie wróżyłyby z dużym prawdopodobieństwem sukcesu – dodaje.
Ciekawa wydaje się również historia nazewnictwa pierwiastków. Wiele z nich otrzymało nazwę na podstawie zaobserwowanych właściwości. Fosfor to zbitka greckich słów phos ‘światło’ oraz phore ‘niosący’. Łacińska nazwa rtęci, hydrargyrum, oznacza ‘srebrną wodę’. Z kolei łacińskie określenie wodoru hydrogenum znaczy ‘tworzący wodę’ i zostało zaproponowane przez francuskiego chemika Antoine’a Lavoisiera po tym, jak określono skład wody. Są też pierwiastki, których nazwa wiąże się z miejscowymi legendami. Jednym z nich jest nikiel. Jak mówi prof. Jan Małecki, w Saksonii na początku XVII wieku odkryty został minerał będący stopem m.in. miedzi i niklu. Próbowano z niego wytopić cenną miedź, podjęte działania nie przyniosły jednak spodziewanego rezultatu. W związku z tym stwierdzono, że musi to być sprawka złośliwego ducha gór o imieniu Nick. Górnicy nazwali ten stop kupfernickel, czyli ‘diabelska miedź’, a nazwa nikiel pojawiła się oficjalnie po raz pierwszy w 1754 roku w dziele szwedzkiego chemika Axela Cronstedta.
Sporą grupę stanowią pierwiastki transuranowe. Tymczasowe nazwy nadawała im Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC), były one skomplikowane i wynikały z liczby atomowej pierwiastka. Ununpentium, ununhexium czy ununseptium – to tylko kilka przykładów. Następnie ich twórcy próbowali wspólnie ustalić oficjalne nazwy, które najczęściej tworzone były dla upamiętnienia wybranego naukowca, jak flerow czy meitner, lub miejsca, w którym zostały odkryte, jak moskow czy tennes.
– Z tym ostatnim wiąże się zresztą zabawna anegdota. W 2008 roku jedno z laboratoriów w Stanach Zjednoczonych wyprodukowało wystarczającą ilość berkelu do otrzymania poszukiwanego pierwiastka o liczbie atomowej 117. Przygotowanie próbki zajęło pół roku ze względu na rosyjską biurokrację. Zanim uzyskane zostały wszystkie pozwolenia, próbki izotopu berkelu przesyłano przez Atlantyk, z Rosji do Stanów Zjednoczonych i z powrotem, pięć razy. Proces syntezy został przeprowadzony ostatecznie w Rosji, w Dubnej, a nazwa tennes odnosi się do miejsca odkrycia, czyli do Oak Ridge National Laboratory i Uniwersytetu Vanderbilta zlokalizowanych w amerykańskim stanie Tennessee – opowiada naukowiec z UŚ.
Układ okresowy tworzy obecnie 118 pierwiastków, tyle też opowieści tworzy książkę prof. Jana Małeckiego pt. Historia odkryć pierwiastków chemicznych, która została opublikowana w 2018 roku nakładem Wydawnictwa Uniwersytetu Śląskiego. Publikacja zawiera również bogatą bibliografię oraz krótkie kompendium wiedzy zawierające listę pierwiastków, ich symbole, datę i miejsce oraz nazwiska odkrywców, o ile są znani.
Artykuł Małgorzaty Kłoskowicz pt. „Alfabet chemika” ukazał się w „Gazecie Uniwersyteckiej UŚ” nr 2 (262) listopad 2018.
„Historia odkryć pierwiastków chemicznych” autorstwa dr. hab. prof. UŚ Jana Grzegorza Małeckiego została wyróżniona w Konkursie na Najlepszą Książkę Popularnonaukową o Nagrodę Prezydenta Miasta Poznania. Wyniki konkursu ogłoszone zostały podczas targów książki odbywających się od 1 do 3 marca 2019 roku w Poznaniu.