માનવનિર્મિત (રાસાયણિક) તત્વો

માનવનિર્મિત (રાસાયણિક) તત્વો : કુદરતમાં સામાન્ય રીતે પ્રાપ્ય ન હોય, પણ માનવી દ્વારા પ્રયોગશાળામાં સંશ્લેષિત કરવામાં આવ્યાં હોય તેવાં રાસાયણિક તત્વો. 1896માં બેકેરલ દ્વારા વિકિરણધર્મિતા(radioactivity)ની શોધ થઈ તે અગાઉ એમ માનવામાં આવતું હતું કે પરમાણુ એ તત્વનો અસ્તિત્વ ધરાવી શકે તેવો નાનામાં નાનો કણ છે અને એક તત્વના પરમાણુનું બીજા તત્વના પરમાણુમાં રૂપાંતર થઈ શકતું નથી. 1900ના અરસામાં મે રી ક્યુરીએ કુદરતી તત્વાંતરણ(natural transmutation)ની ઘટનાની સમજ આપતાં જણાવ્યું કે વિકિરણધર્મી તત્વોના ક્ષયને પરિણામે મૂળ તત્વ કરતાં ઓછા પરમાણુભારવાળાં તત્વો ઉદભવે છે. 1919માં રધરફર્ડે રાસાયણિક તત્વનું કૃત્રિમ વિખંડન (artificial disintegration) થઈ શકે છે તેમ સૌપ્રથમ દર્શાવ્યું. સામાન્ય વાયુઓ ઉપર આલ્ફા (α) કણોના પ્રતાડન(bombardment)ની અસરોના અભ્યાસ દરમિયાન તેમણે જોયું કે જ્યારે નાઇટ્રોજન (N) પરમાણુ α-કણ સાથે અથડાય છે ત્યારે તે (N) ઑક્સિજન પરમાણુમાં ફેરવાય છે અને સાથે સાથે હાઇડ્રોજનનો એક પરમાણુ ઉત્પન્ન થાય છે. આમ રધરફર્ડે પરમાણુના નાભિકનું સૌપ્રથમ નિયંત્રિત કૃત્રિમ વિખંડન (controlled artificial disintegration) કરવાનું માન પ્રાપ્ત કર્યું.

આ પછી વિવિધ તત્વોના નવા નવા સમસ્થાનિકો (isotopes) બનાવવાની શરૂઆત થઈ. એમ કહી શકાય કે આજે લગભગ દરેક તત્વના સમસ્થાનિકો કૃત્રિમ રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાયા છે. 1966 સુધીમાં વિવિધ તત્વોના 1,450 જેટલા આવા કૃત્રિમ સમસ્થાનિકો મેળવી શકાયા હતા; પણ સામાન્ય રીતે કુદરતમાં પ્રાપ્ય નથી તેવાં ટૅકનીશિયમ (Tc), પ્રોમીથિયમ (Pm) તેમજ યુરેનિયમ (U) (પરમાણુક્રમાંક : 92) પછીનાં (અનુયુરેનિયમ, transuranium) તત્વોને માનવસર્જિત રાસાયણિક તત્વો તરીકે ઓળખાવી શકાય. આ 22 તત્વો જાણીતાં કુલ રાસાયણિક તત્વોનો લગભગ પાંચમો ભાગ છે.

પહેલાંના આવર્તક કોષ્ટકમાં હાઇડ્રોજન(પ.ક્ર. : 1)થી માંડીને યુરેનિયમ (પ.ક્ર. : 92) સુધીનાં તત્વોનો સમાવેશ થતો હતો અને તે પૈકી ટેક્નીશિયમ (₄₃Tc) અને પ્રોમીથિયમ (₆₁Pm) સિવાયનાં તત્વો કુદરતમાં મળી આવતાં હતાં. 1937માં પેરિયર અને સેગ્રેએ મૉલિબ્ડિનમ ઉપર ડ્યુટેરિયમના નાભિકોનો મારો ચલાવીને, પ્રક્રિયા દ્વારા ટૅકનીશિયમ તત્વ શોધી કાઢ્યું. નાભિકીય ભઠ્ઠીમાંની વિખંડન-નીપજોમાં તેમજ ⁹⁸Mo પર ન્યૂટ્રૉનની પ્રક્રિયાથી પણ તે મળે છે.

મેરિન્સ્કી, ગ્લેન્ડેનિન અને કૉરિયેલે 1947માં યુરેનિયમ-235ની વિખંડન-નીપજોમાંથી પ્રોમીથિયમ શોધી કાઢ્યું.

1940માં મૅકમિલન અને એબલસને બર્કલી (કૅલિફૉર્નિયા) ખાતે મેન્દેલિયેવના સાદા આવર્તક કોષ્ટકને વિસ્તારતું અને યુરેનિયમ પછીનું પ્રથમ અનુયુરેનિયમ તત્વ એવું નેપ્ચૂનિયમ (₉₃Np) શોધી કાઢ્યું. ત્યારબાદ એક પછી એક નવાં નવાં અનુયુરેનિયમ તત્વો શોધાતાં ગયાં અને ઍક્ટિનાઇડ શ્રેણી (₈₉Ac થી ₁₀₃Lr) સંપૂર્ણ બની. આ તત્વોની શોધ (સંશ્લેષણ) અંગેની માહિતી સારણી 1માં આપી છે.

આમ 1963ના અંત સુધીમાં યુરેનિયમ કરતાં ભારે એવાં 11 નવાં તત્વો તેમજ ટૅકનીશિયમ અને પ્રોમીથિયમ કૃત્રિમ તત્વાંતરણ (artificial transmutation) દ્વારા મેળવી શકાયાં હતાં. 1964માં તે સમયના સોવિયેત સંઘ(U.S.S.R.)ના ડુબ્ના ખાતેના વૈજ્ઞાનિકોએ 104 ક્રમાંકવાળા તત્વનો 0.3 સેકન્ડ અર્ધઆયુવાળો સમસ્થાનિક (²⁶⁰104) બનાવ્યાનું જાહેર કર્યું. છેલ્લા ત્રણ દાયકામાં આવર્તક કોષ્ટકમાં વધુ નવ તત્વો (Z = 104 – 112) ઉમેરાયાં છે. આ તત્વોની શોધો એ બૌદ્ધિક અને પ્રાયોગિક સ્તરે ઉત્કૃષ્ટ અને અદભુત કામગીરીનાં ઉદાહરણો છે. આ તત્વોના નામાભિધાન અંગે ગૂંચવાડો પ્રવર્તતો હતો, પણ ઑગસ્ટ 1997માં IUPACએ તે અંગે ચોક્કસ ભલામણો કરતાં હવે તે નામો સ્વીકૃત બન્યાં છે. 104થી 112 સુધીનાં તત્વોનાં નામો અને તેમની સંજ્ઞાઓ સારણી 2માં આપી છે.

સારણી 1 : કૃત્રિમ ઍક્ટિનાઇડ તત્વોની શોધ (સંશ્લેષણ)

પ.ક્ર. તત્વનું નામ અને સંજ્ઞા	શોધકો	શોધનું વર્ષ	નામનું મૂળ
93 નેપ્ચૂનિયમ, Np	મૅકમિલન અને એબલસન	1940	નેપ્ચૂન (ગ્રહ)
94 પ્લૂટોનિયમ, Pu	સીબોર્ગ, મૅકમિલન, કેનેડી અને વૉલ	1940	પ્લૂટો (ગ્રહ)
95 અમેરિશિયમ, Am	સીબૉર્ગ, જેમ્સ મૉર્ગન અને ઘીઑર્સો	1944	અમેરિકા (ખંડ/દેશ)
96 ક્યુરિયમ, Cm	સીબૉર્ગ, જેમ્સ અને ઘીઑર્સો	1944	પી. અને એમ. ક્યુરી (વૈજ્ઞાનિકો)
97 બર્કેલિયમ, Bk	ટૉમ્સન, ઘીઑર્સો અને સીબૉર્ગ	1949	બર્કલી (શહેર)
98 કૅલિફૉર્નિયમ, Cf	ટૉમ્સન, સ્ટ્રીટ, ઘીઑર્સો અને સીબૉર્ગ	1950	કૅલિફૉર્નિયા (પ્રયોગશાળાનું સ્થળ)
99 આઇન્સ્ટાઇનિયમ, Es	ઘીઑર્સો અને સહવૈજ્ઞાનિકો	1952	આઇન્સ્ટાઇન (વૈજ્ઞાનિક)
100 ફર્મિયમ, Fm	લૉસ અલામોસ, આગૉર્ન અને કૅલિફૉર્નિયા યુનિ.ની પ્રયોગશાળાના વૈજ્ઞાનિકો	1952	એન્રિકો ફર્મી (વૈજ્ઞાનિક)
101 મેન્દેલિવિયમ, Md	ઘીઑર્સો, હાર્વે, ચોપિન, ટૉમ્સન અને સીબૉર્ગ	1955	દમિત્રી મેન્દેલિયેવ (આવર્તક કોષ્ટક વિકસાવનાર)
102 નોબેલિયમ, No	ડુબ્ના(USSR)ના વૈજ્ઞાનિકો	1965	આલ્ફ્રેડ નોબેલ (વિજ્ઞાનને મદદગાર)
103 લૉરેન્શિયમ, Lr	બર્કલી અને ડુબ્નાના વૈજ્ઞાનિકો	1961 થી 1971	અર્નેસ્ટ લૉરેન્સ (સાયક્લોટ્રોન વિકસાવનાર)

સારણી 2માંના પરમાણુક્રમાંક 110, 111 અને 112 ધરાવતાં તત્વો 1996ના પાછલા અને 1997ના શરૂઆતના 15 માસના ગાળામાં જી. એસ. આઈ. (ડર્મસ્ટેટ) ખાતે શોધી કાઢવામાં આવ્યાં હતાં, 9મી નવેમ્બર 1994ના રોજ ડર્મસ્ટેટ ખાતે SHIP (separated heavy-ion reaction products) નામની સુવિધા વડે ²⁶⁹110નો એક પરમાણુ શરૂઆતમાં પારખી શકાયો હતો. પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય.

²⁰⁸Pb (⁶²Ni, n) ²⁶⁹110

તે પછીના આઠ દિવસમાં આ તત્વના વધુ ત્રણ પરમાણુઓ જોવામાં આવ્યા હતા. તેનું સરેરાશ અર્ધઆયુ 170ms (માઇક્રોસેકન્ડ) છે. ડર્મસ્ટેટના જ વૈજ્ઞાનિકોના સમૂહે 8થી 17 ડિસેમ્બર 1994ના ગાળા દરમિયાન 111 ક્રમાંકના તત્વનું સંશ્લેષણ કર્યું હતું, જેમાં તેમણે શીત સંગલન (cold fusion) પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કર્યો હતો.

²⁰⁹Bi (⁶⁴Ni, n) ²⁷²111

સારણી 2 : 104થી 112 ક્રમાંકનાં તત્વો માટે હાલ વપરાશમાં (અથવા સૂચવાયેલાં) હોય તેવાં નામો

પ.ક્ર. (z)	ક્રમબદ્ધ (1977)	IUPAC (1997)	વખતોવખત સૂચવાયેલ અન્ય નામો
104	અન-નિલ-ક્વોડિયમ (Unq)	રધરફર્ડિયમ (Rf)	કુર્ચેટોવિયમ (Ku), ડુબ્નિયમ (Db)
105	અન-નિલ-પેન્ટિયમ (Unp)	ડુબ્નિયમ (Db)	નીલ્સબ્હોરિયમ (Ns), હાનિયમ (Ha), જૉલિયોટિયમ (Jl)
106	અન-નિલ-હેક્ઝિયમ (Unh)	સીબર્ગિયમ (Sg)	રધરફર્ડિયમ (Rf)
107	અન-નિલ-સેપ્ટિયમ (Uns)	બોહ્રિયમ (Bh)	નીલ્સબોહ્રિયમ (Ns)
108	અન-નિલ-ઑક્ટિયમ (Uno)	હાસિયમ (Hs)	હાનિયમ (Hn)
109	અન-નિલ-એન્નિયમ (Une)	મીટનરિયમ (Mt)	–
110	અન-અન-નિલિયમ (Uun)	–	–
111	અન-અન-ઉનિયમ (Uuu)	–	–
112	અન-અન-બિયમ (Uub)	–	–

ડર્મસ્ટેટના જ વૈજ્ઞાનિકોએ 1996ના ફેબ્રુઆરીની નવમી તારીખની મધ્યરાત્રિએ 112 ક્રમાંકના તત્વના એક પરમાણુની પરખ કરી. તેમણે સીસા(lead)ના લક્ષ્ય ઉપર ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા ઝિંક આયનોનું બે અઠવાડિયાં સુધી પ્રતાડન કર્યું હતું.

²⁰⁸Pb (⁷⁰Zn, n) ²⁷⁷112

આ તત્વ એટલા માટે અગત્યનું છે કે અત્યાર સુધી શોધાયેલાં તત્વો પૈકી તે સૌથી વધુ પરમાણુક્રમાંક અને સૌથી વધુ દળ ધરાવે છે અને તે તત્વોની 6d સંક્રમણશ્રેણી પૂર્ણ કરતું હોવાનું મનાય છે. આ અનુઍક્ટિનાઇડ તત્વોનાં 1996 સુધીમાં 36 જેટલા સમસ્થાનિકો જાણી શકાયા છે. સારણી 3માં તેમની વિગતો દર્શાવી છે :

સારણી 3 : અનુઍક્ટિનાઇડ તત્વોના સમસ્થાનિકો (1996)

પ.ક્ર. (z)	શોધનું વર્ષ	સમસ્થાનિકોની સંખ્યા	દળ-સીમા	Kt½ સીમા
104	1969	9 (? 10)	253–262	7 મિ.સે.–65 સેકન્ડ
105	1970	7	255–263	1.3 સે.–34 સે.
106	1974	6	259–266	3.6 મિ.સે.–30 સે.
107	1981	3	261–264	12 મિ.સે.–0.44 સે.
108	1984	3	264, 265, 269	80 મા.સે.–19.7 સે.
109	1982	2	266, 268	3.4 મિ.સે.–70 મિ.સે.
110	1994	3	269, 271, 273	0.1 મિ.સે.–0.2 મિ.સે.
111	1994	1	272	1.5 મિ.સે.
112	1996	1	277	0.28 મિ.સે.

અતિ ભારે (super heavy) તત્વો : જાણીતા અનુયુરેનિયમ તત્વોના વિકિરણધર્મી અર્ધઆયુ અને સ્વયંભૂ વિખંડનનો પ્રતિરોધ તત્વોના પરમાણુક્રમાંક વધવા સાથે ઘટતા જાય છે. 109 ક્રમાંકના તત્વ પછી તરત આવતાં અનુઍક્ટિનાઇડ તત્વો પણ ઘણાં અલ્પઆયુ ધરાવતાં હોવાનું માનવામાં આવે છે. આથી તેનાથી આગળનાં તત્વોના સંશ્લેષણની સંભાવના ઘણી આછી ગણાય; પણ સંવૃત ન્યૂક્લિયૉન કવચ પર આધારિત સ્થાયિત્વ અંગેની સૈદ્ધાંતિક ગણતરી Z (પરમાણુક્રમાંક) = 114 અને N (ન્યૂટ્રૉનની સંખ્યા) = 184ની આસપાસ એક ‘સ્થાયિત્વના ટાપુ’(island of stability)ના અસ્તિત્વ અંગે સૂચન કરે છે. આથી પરમાણુક્રમાંક 114 [આવર્તક કોષ્ટકમાં આવેલ લેડ તત્વનો સમવંશી (congener)] અને તેની આસપાસનાં અતિ ભારે તત્વોના સંશ્લેષણ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવામાં આવ્યું છે, પણ તેમાં હજુ ધારી સફળતા મળી નથી.

વિશિષ્ટ પ્રકારનાં ભારે આયન-પ્રવેગકો (heavy ion accelerators) દ્વારા પ્રવેગિત કરાયેલાં ભારે આયનોના તીવ્ર પુંજ (intense beam) વડે ઊંચા દળવાળાં તત્વોનાં લક્ષ્યોને પ્રતાડિત કરવાથી અતિભારે તત્વોના સમસ્થાનિકોનું સંશ્લેષણ કરવાનું શક્ય છે. આવાં અનુઍક્ટિનાઇડ તત્વોના રાસાયણિક ગુણધર્મો અંગે આગાહી કરવાનું આવર્તક કોષ્ટકની મદદ વડે શક્ય છે; દા.ત., 106 ક્રમાંકનું તત્વ ટંગસ્ટનને, 107 ર્હેનિયમને, 108 ઇરિડિયમને મળતું આવે છે અને એ રીતે 118મું તત્વ રેડૉનની માફક ઉમદા વાયુ જેવું હોવું જોઈએ. 118થી આગળનાં તત્વો (119, 120 અને 121) આવર્તક કોષ્ટકમાં અનુક્રમે ફ્રાન્સિયમ (⁸⁷Fr), રેડિયમ (⁸⁸Ra) અને ઍક્ટિનિયમ(⁸⁹Ac)ને મળતાં આવવાં જોઈએ. આથી ઍક્ટિનાઇડ શ્રેણીની માફક આગળ અંત:સ્થ સંક્રમણ (inner transition) તત્વોની એક વિશિષ્ટ પ્રકારની નવી શ્રેણી શરૂ થવી જોઈએ. આ શ્રેણી 32 તત્વો ધરાવતી હશે અને આગળ જતાં 168મા ક્રમનું તત્વ ઉમદા વાયુના પ્રકારનું હશે; પણ આવા ઊંચા પરમાણુક્રમાંક ધરાવતાં તત્વો સૂચિત નાભિકીય સ્થાયિત્વના ક્ષેત્રથી દૂર હોઈ પ્રયોગો દ્વારા તેમને સંશ્લેષિત કરવાનું શક્ય નથી.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ

જ. દા. તલાટી