Μπορούμε να μετατρέψουμε τον μόλυβδο σε χρυσό;

Είναι πράγματι δυνατό να μετατρέψετε βασικά μέταλλα όπως ο μόλυβδος σε χρυσό, αλλά δεν θα πάρετε πολύ χρυσό από αυτό!

Ονειρευτήκατε ποτέ να γίνετε πλούσιοι από τη μια μέρα στην άλλη; Λοιπόν, τι θα γινόταν αν μπορούσατε να φτιάξετε χρυσό από άλλα μέταλλα όπως ο μόλυβδος;

Αυτό προσπαθούσαν να πετύχουν οι αλχημιστές του Μεσαίωνα. Ο στόχος τους ήταν μια ουσία με πολλά ονόματα, «Philosopher’s Stone», «Elixir» ή «Tincture», που μπορούσε να προσφέρει αθανασία, νεότητα και έλεος από όλες τις ασθένειες, καθώς και αμύθητα πλούτη σε όσους την κατείχαν. Το Elixir's θα μπορούσε να μετατρέψει οποιοδήποτε βασικό μέταλλο, όπως ο μόλυβδος, σε ένα πολύτιμο κομμάτι λαμπερού χρυσού. Η μετατροπή ενός στοιχείου σε άλλο ονομάζεται μεταστοιχείωση .

Το Ελιξίριο ήταν το υλικό των θρύλων και κανένας αλχημιστής δεν μπορούσε να μετατρέψει πραγματικά τον μόλυβδο σε χρυσό, καθώς καμία συνηθισμένη χημική αντίδραση δεν μπορεί να μετατρέψει ένα στοιχείο σε ένα άλλο.

Οι αλχημιστές έφτιαχναν κάποια ύποπτα πράγματα στο Μεσαίωνα.

Ωστόσο, θα μπορούσαν οι επιστήμονες του σύγχρονου κόσμου, με τις αυξημένες χημικές μας γνώσεις και τα ανώτερα εργαλεία, να μπορέσουν να επιτύχουν αυτό το χημικό κατόρθωμα;

Τι είναι ένα στοιχείο;

Η μετατροπή του μολύβδου σε χρυσό σημαίνει μετατροπή ενός στοιχείου σε ένα άλλο. Κάθε στοιχείο ορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων (που ονομάζεται ατομικός αριθμός ) και τα νετρόνια (πρωτόνια + νετρόνια =μαζικός αριθμός ) που αποτελούν τον πυρήνα του. ο αριθμός των ηλεκτρονίων δεν είναι τόσο κρίσιμος για την ταυτότητα ενός στοιχείου.

Ο μόλυβδος έχει ατομικό αριθμό 82 (82 πρωτόνια στον πυρήνα του), ενώ ο χρυσός έχει ατομικό αριθμό 79.

Για να αλλάξετε ένα στοιχείο σε ένα άλλο, πρέπει να αλλάξετε τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα.

Η αλλαγή του αριθμού των νετρονίων (διατηρώντας τον αριθμό των πρωτονίων σταθερό) στον πυρήνα έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικές γεύσεις του ίδιου στοιχείου, που ονομάζονται ισότοπα . Ο μόλυβδος έχει τέσσερα φυσικά ισότοπα και μια πληθώρα άλλων που έχουν δημιουργηθεί στο εργαστήριο.

Εξήγηση της σύνθεσης ενός στοιχείου. (Φωτογραφία:Tom29739/Wikimedia commons)

Μετατροπή ενός στοιχείου σε άλλο

Αυτά τα υποατομικά σωματίδια δεσμεύονται από ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις που κρατούν τον πυρήνα σταθερό. Η προσπάθεια να ξεπεραστούν αυτές οι δυνάμεις απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας.

Η αφαίρεση ενός υποατομικού σωματιδίου από τον πυρήνα θα ήταν σαν να προσπαθείς να σηκώσεις το σφυρί του Thor, Mjölnir, αν δεν είσαι καθαρός από ψυχή. Η προσθήκη ενός υποατομικού σωματιδίου θα ήταν σαν να προσπαθείτε να πιέσετε μαγνήτες του ίδιου πόλου να αγγίξουν.

Και οι δύο αυτές ενέργειες απελευθερώνουν υπερβολική ποσότητα ενέργειας στη διαδικασία.

Τι θα γινόταν όμως αν καταφέρατε να αλλάξετε τη σύνθεση του πυρήνα; Δυστυχώς, αυτό δίνει στο στοιχείο κρίσεις ταυτότητας διαταράσσοντας την ισορροπία των δυνάμεων μέσα στο στοιχείο. Το στοιχείο αρχίζει να φτερνίζεται από υποατομικά σωματίδια για να επιτύχει μια πιο σταθερή κατάσταση, όπως αυτό που συμβαίνει στη ραδιενεργή διάσπαση.

Μεταστοιχείωση μέσω ραδιενέργειας

Τα άτομα με πολύ μεγάλους πυρήνες δεν μπορούν να χειριστούν το μέγεθός τους, γεγονός που τα καθιστά ασταθή. Αποβάλλουν το επιπλέον βάρος αποβάλλοντας πρωτόνια και νετρόνια (άλφα), ηλεκτρόνια (βήτα) και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (ακτίνες γάμμα).

Τα περισσότερα στοιχεία μετά το Βισμούθιο στον περιοδικό πίνακα είναι ραδιενεργά.

Η ραδιενεργή διάσπαση δεν είναι ένας εξαιρετικός τρόπος για την παραγωγή χρυσού. Πρώτον, τα ραδιενεργά στοιχεία χρειάζονται μήνες, αν όχι χρόνια ή χιλιετίες, για να διασπαστούν σε πιο κοινά στοιχεία. Το Ράδιο-226 χρειάζεται 1600 χρόνια για να διασπαστεί το ήμισυ του εαυτού του. Δεύτερον, οι ραδιενεργές εκπομπές μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες όπως καρκίνο και προβλήματα θυρεοειδούς.

Τρίτον, το ουράνιο, το θόριο και το ράδιο όλα τελικά μετατρέπονται σε μόλυβδο αφού έχουν τελειώσει τη διάσπαση. Ο μόλυβδος είναι σταθερός και δεν διασπάται περαιτέρω, κάτι που είναι λυπηρό δεδομένου ότι ο χρυσός έχει μόνο 3 πρωτόνια λιγότερα από τον μόλυβδο.

Πυρηνική μεταστοιχείωση σε πυρηνικό αντιδραστήρα

Με αποκλεισμό της ραδιενέργειας, ποια άλλη μέθοδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή του μολύβδου σε χρυσό; Λοιπόν, υπάρχουν μερικές επιλογές.

Η χρήση μολύβδου για την παραγωγή χρυσού δεν είναι καλή στρατηγική, καθώς ο μόλυβδος έχει 3 πρωτόνια περισσότερα από τον χρυσό. Ένα καλύτερο στοίχημα θα ήταν να χρησιμοποιήσετε είτε υδράργυρο (1 πρωτόνιο περισσότερο από χρυσό) είτε πλατίνα (1 πρωτόνιο λιγότερο από χρυσό).

Τα πρώτα πειράματα για τη μετατροπή ενός βασικού μετάλλου σε χρυσό προέρχονται από το 1924. Ανεξάρτητα, οι ερευνητές Nagoaka στην Ιαπωνία και οι Miethe και Stammreich στη Γερμανία μετέτρεψαν τον υδράργυρο σε χρυσό υποβάλλοντας τον υδράργυρο σε υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα. Μεταγενέστεροι ερευνητές που πραγματοποίησαν τέτοια πειράματα πέτυχαν αρνητικά αποτελέσματα, ρίχνοντας αυτά τα ευρήματα σε διαμάχη. Επομένως, η ηλεκτροπληξία στον υδράργυρο μπορεί να μην είναι η απάντηση.

Η άλλη επιλογή είναι ο βομβαρδισμός υδραργύρου ή πλατίνας με υποατομικά σωματίδια όπως πρωτόνια και νετρόνια. Το 1941, οι ερευνητές βομβάρδισαν τον υδράργυρο με γρήγορα νετρόνια και μετέτρεψαν το μέταλλο σε χρυσό και πλατίνα. Το 1936, οι ερευνητές βομβάρδισαν την πλατίνα με δευτερόνια (πυρήνας με πρωτόνιο και νετρόνιο, πυρήνα δευτερίου) που οδήγησε σε ραδιενεργά ισότοπα πλατίνας που διασπώνται σε χρυσό.

Εάν έχετε ένα μεγάλο απόθεμα μολύβδου που πρέπει να χρησιμοποιήσετε, ένα πείραμα του 1996 βρήκε χρυσό μετά την υποβολή του μολύβδου σε 600 MeV πρωτονίων.

Πόσο χρυσό μπορείτε να φτιάξετε;

Εάν έχετε αρχίσει να ονειροπολείτε ότι θα γίνετε πλούσιοι κάνοντας χρυσό, επιτρέψτε μου να συντρίψω τα όνειρά σας.

Πρώτον, το μεγαλύτερο μέρος του χρυσού ήταν ραδιενεργό, πράγμα που σημαίνει ότι πιθανότατα θα διασπαστεί. Δυστυχώς, δεν υπάρχει χημικός τρόπος μετατροπής του ραδιενεργού χρυσού σε κανονικό χρυσό.

Δεύτερον, όλα αυτά τα πειράματα έλαβαν χρυσό σε ποσότητες μικρότερες από 1 mg. Ο χρυσός συχνά ανιχνευόταν μόνο σε ίχνη. Ένας λογαριασμός γράφει ότι ο χρυσός που απέκτησαν οι Miethe και Stammreich's άξιζε μόνο 1 δολάριο, αλλά τους κόστισε 60.000 δολάρια για να το φτιάξουν! Θα είχατε πολύ χρέος μέχρι να αποκτήσετε χρυσό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τέτοια πειράματα.

Ο τεχνητά μεταμορφωμένος χρυσός είναι συνήθως ραδιενεργός.

Οι ερευνητές που πραγματοποίησαν αυτά τα πειράματα ενδιαφέρθηκαν περισσότερο για τη συμπεριφορά των ατόμων και των υποατομικών τους σωματιδίων, σε αντίθεση με το να κάνουν πραγματικά μια περιουσία σε χρυσό. Ακόμα κι αν μερικοί από αυτούς τους ερευνητές ήταν προσανατολισμένοι στο χρήμα, θα ήταν πιο πιθανό να το κάνουν πλούσιο ανακαλύπτοντας κάτι για κάποια πραγματική χρήση (όπως μια άπειρη και βιώσιμη πηγή ενέργειας).

Μια τελευταία λέξη

Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει τις τεχνολογίες μεταστοιχείωσης τους για να δημιουργήσουν νέα στοιχεία. Στοιχεία όπως το προμέθιο, το τεχνήτιο και πολλά στοιχεία της σειράς λανθανιδών και ακτινιδών είναι κατασκευασμένα από τον άνθρωπο. Το 2020, οι ερευνητές ανέφεραν ότι δημιούργησαν ένα νέο στοιχείο με ατομικό αριθμό 113, συνθλίβοντας άτομα ψευδαργύρου με άτομα βισμούθιου. Ένας ερευνητής που εργάζεται στο έργο ανέφερε ότι χρειάστηκαν περισσότερες από 4 δισεκατομμύρια συγκρούσεις για να γίνει το στοιχείο μόνο τρεις φορές.

Βασικά, ποιος νοιάζεται αν δεν μπορούμε να φτιάξουμε χρυσό από μόλυβδο; Οι επιστήμονες εργάζονται σε ακόμη πιο δροσερά έργα—ελπίζουμε ότι κάποια θα ωφελήσουν όλους μας!