حديقة العناصر

يجسد الجدول الدوري للعناصر، الذي وضعه الكيميائيون والفيزيائيون بشغف على مدار القرنين الماضيين، المبادئ التنظيمية التي تفسر السلوك الكيميائي لجميع العناصر التي نعرفها في الكون، أو التي قد نكتشفها يومًا. ولهذا السبب حريٌّ بنا أن ننظر إلى هذا الجدول كرمز ثقافي؛ نموذج لقدرة مجتمعنا على تنظيم معارفه. كما يشهد الجدول على تبني البشر من شتى الأمم لمغامرة العلم كمسعى مشترك، وأن هذا المسعى لم يقتصر على المختبرات وحسب، بل امتد إلى معجلات الجسيمات والفضاء، وحتى حدود الزمان والمكان في الكون بأسره.

وسط كل ما يحظى به الجدول الدوري من احترام مستحق، يفاجئ من حين لآخر أحد عناصره حتى العلماء المخضرمين بسمات غريبة، وكأنه وحش عجيب في حديقة وحوش متفردة أنتجتها قريحة كاتب الخيال د. سيوس. فكيف لنا أن نصدق أن الصوديوم، وهو معدن قاتل متفاعل يمكنك قطعه بسكين الزبد، وأن الكلور النقي، ذلك الغاز السام ذو الرائحة الخبيثة، عندما نجمعهما معًا، ينتج كلوريد الصوديوم، ذلك المركب غير المؤذي الضروري للحياة والمعروف بملح الطعام؟ وماذا عن الهيدروجين والأكسجين، اثنان من أكثر العناصر وفرة على سطح الأرض وفي الكون؟ أحدهما غاز متفجر، بينما الآخر محفز على الاشتعال، ومع ذلك عند جمعهما ينتجان لنا الماء، الذي يطفئ النار.

وسط كل التفاعلات الكيميائية الممكنة التي يقدمها الجدول الدوري، نجد أكثر العناصر أهمية للكون. وهذه العناصر تمكِّننا من رؤية الجدول من منظور الفيزيائيين الفلكيين. وسوف ننتهز هذه الفرصة ونشق طريقنا بهدوء عبر الجدول، بحيث نركز على أكثر عناصره تميزًا، ونبدي تقديرنا لغرائبه.

يؤكد الجدول الدوري على الحقيقة القائلة إن كل عنصر من عناصر الطبيعة يميز نفسه عن غيره من خلال «عدده الذري»؛ أي عدد البروتونات (الجسيمات موجبة الشحنة) في كل نواة لهذا العنصر. الذرات الكاملة بها إلكترونات (جسيمات سالبة الشحنة) تدور حول النواة عددها مساوٍ لعدد البروتونات، وبهذا تصير الشحنة الكهربية الإجمالية متعادلة. النظائر المختلفة للعنصر موجود بها العدد نفسه من البروتونات والإلكترونات، لكن عدد النيوترونات هو المختلف.

قبل نحو ثلاثين عامًا من اكتشاف الفيزيائيين الفلكيين للهيليوم على الأرض وعزله، كانوا قد تمكَّنوا من رصده في الشمس من خلال الملامح المميِّزة التي رأوها في الطيف الضوئي للشمس خلال الكسوف الكلي الذي حدث عام ١٨٦٨. وبتلقائية أسموا هذه المادة المجهولة حتى ذلك الوقت على اسم هليوس، إله الشمس لدى الإغريق. ويعد الهيليوم — بقدرته على الطفو في الهواء التي تبلغ ٩٢ بالمائة من قدرة الهيدروجين، لكن دون سمات الهيدروجين المتفجِّرة التي دمرت المنطاد الألماني هندنبرج — الغاز المثالي لملء البالونات الكبيرة التي ينتجها متجر ماكي لاستخدامها في استعراضات عيد الشكر، التي تجعل من هذا المتجر ثاني أكبر المؤسسات استهلاكًا لهذا الغاز في العالم بعد الجيش الأمريكي.

بوصف كل من الهيدروجين والهيليوم والليثيوم والبيريليوم والبورون والكربون والنيتروجين والأكسجين والألومنيوم والتيتانيوم والحديد، نكون قد ألقينا نظرة سريعة على كل العناصر التي يعتمد عليها الكون — والحياة على الأرض — تقريبًا.

بينما يستقي الهيليوم اسمه من إله الشمس نفسه، استقت عشرة عناصر أخرى في الجدول الدوري أسماءها من الأجرام التي تدور حول الشمس:

إذا كان كوكب أورانوس يستحق تسمية أحد العناصر باسمه، فالحال لا يختلف مع نبتون. لكن على العكس من أورانوس، الذي حمل العنصر اسمه بعد اكتشافه بقليل، اكتُشف النبتونيوم عام ١٩٤٠ في معجل الجسيمات المسمى بيركلي سايكلوترون، بعد سبعة وتسعين عامًا من عثور الفلكي الألماني يون جال على نبتون في بقعة من السماء تنبَّأ بها الرياضي الفرنسي جوزيف لي فيريي، الذي درس السلوك المداري الغريب لأورانوس، واستنتج وجود كوكب آخر أبعد منه. وكما يأتي نبتون بعد أورانوس في المجموعة الشمسية، يأتي النبتونيوم بعد اليورانيوم في الجدول الدوري للعناصر.

شأن نواة اليورانيوم، فإن نواة البلوتونيوم نواة مشعة أيضًا. وقد شكلت أنوية هذا العنصر المكون النشط في القنبلة الذرية التي ألقيت على مدينة ناجازاكي اليابانية، بعد ثلاثة أيام من قصف هيروشيما، واضعة بذلك نهاية سريعة للحرب العالمية الثانية. يستطيع العلماء استخدام كميات صغيرة من البلوتونيوم، الذي ينتج الطاقة بمعدل معتدل ثابت، لتزويد مولدات النظائر المشعة الكهربية الحرارية بالطاقة في سفن الفضاء المسافرة لتخوم المجموعة الشمسية، حيث لا يفيد ضوء الشمس ألواح الطاقة الشمسية. إن رطلًا واحدًا من البلوتونيوم يولد ما مقداره ١٠ ملايين كيلووات/ساعة من الطاقة الحرارية، وهو ما يكفي لتشغيل المصباح الكهربي المنزلي لأحد عشر ألف سنة، أو لتزويد الفرد بالطاقة لفترة مماثلة. لا تزال سفينتا الفضاء فوياجر، اللتان أُطلقتا عام ١٩٧٧، تعتمدان على مخزونهما من البلوتونيوم في إرسال الرسائل إلى كوكب الأرض، حتى بعد تجاوزهما مدار بلوتو بمسافة بعيدة. إحدى السفينتين، التي تبعد عن الشمس الآن مائة ضعف المسافة التي تبعدها الأرض، بدأت في الدخول في الفضاء النجمي الحقيقي بمغادرة الفقاعة التي يخلقها تدفق الجسيمات المشحونة الآتية من الشمس.

هكذا نختم رحلتنا الكونية في أرجاء الجدول الدوري للعناصر الكيميائية، على حافة مجموعتنا الشمسية مباشرة. ولأسباب غير معروفة بعد، لا يحب أغلب الناس المواد الكيميائية، وهو ما يفسر الحملة المتواصلة لتخليص الطعام منها. ربما تبدو العناصر الكيميائية ذات الأسماء مفرطة الطول خطيرة. لكن في هذه الحالة ينبغي علينا لوم الكيميائيين أنفسهم، لا المواد الكيميائية. بصفة شخصية نشعر نحن — مؤلفي الكتاب — براحة تامة نحو المواد الكيميائية؛ فنجومنا المفضلة، إضافة إلى أفضل أصدقائنا، يتألَّفون منها.