عنصر شیمیایی چیست؟

حدود هشتاد سال پیش، کلمنس وینکلر (1)، شیمیدان آلمانی و کاشف ژرمانیوم (عنصری که توسط مندلیف (2) تحت نام «اکا-سیلیکون» (3) پیش‌بینی شده بود)، دنیای عناصر شیمیایی را به صحنه‌ی نمایشی تشبیه می‌کرد که بازیگر اصلی هر پرده‌ی آن یکی از عناصر شیمیایی است. وینکلر می‌گفت: هر عنصر نقش خاص خود را بازی می‌کند. این نقش گاه فرعی و حاشیه‌ای و گاه مهم و اساسی است.
بدین طریق، دانشمند یاد شده اهمیت عناصری را بیان می‌کرد که دیگران پس از او کشف کردند.
از نظر چگونگی کشف، نمی‌توان عناصر را به دسته‌های پراهمیت و کم‌اهمیت تقسیم کرد. تمام عناصر، بدون استثنا، جالب توجهند.
بنابراین، تصمیم با ماست که با چه روش و ترتیبی تاریخ کشف عناصر را عنوان کنیم.
می‌توانیم عناصر را به ترتیب افزایش عدد اتمی آنها ردیف کنیم: ئیدروژن، هلیوم، لیتیوم... تا عنصر 107، که هنوز نامی برای آن انتخاب نشده است. یا تاریخچه‌ی کشف آنها را براساس نظمی که جدول تناوبی عرضه می‌دارد بررسی کنیم. یا حتی آنها را به ترتیب حروف الفبا دسته‌بندی کنیم، و توضیح دهیم.
اما قبل از هر چیز لازم است درک روشنی از اصطلاح «عنصر شیمیایی» داشته باشیم.

مفهوم «عناصر شیمیایی»

هر عنصر شیمیایی عبارت است از مجموعه‌ای از اتمهای یکسان. اتم تشکیل یافته است از یک هسته و تعدادی الکترون که در اطراف هسته می‌گردند. هسته‌ی اتم دارای مقدار عددی صحیحی بار الکتریکی مثبت است، که با حرف لاتین Z مشخص می‌شود. بار الکتریکی هسته، به نوبه‌ی خود، براساس تعداد ذرات بنیادی (پروتون) موجود در آن معین می‌شود. بار الکتریکی پروتون (مثبت) از نظر قدر مطلق برابر با بار الکتریکی الکترون (منفی) است. این بدان معناست که تعداد پروتونهای هسته‌ی اتم (Z) برابر با تعداد الکترونهای لایه‌های الکترونی اتم است. خواص شیمیایی و دیگر ویژگیهای هر عنصر به چگونگی توزیع الکترونها در لایه‌های الکترونی آن بستگی دارد. بنابراین، می‌توان گفت که بار الکتریکی هسته‌ی (Z) اتمهای هر عنصر مبین خواص آن است. به علاوه، (Z) نشان دهنده‌ی عدد اتمی هر عنصر در جدول تناوبی نیز هست. به طور مثال، هسته‌ی اتم اکسیژن (عدد اتمی 8) دارای بار الکتریکی مثبت معادل 8 است، یعنی در هسته‌ی آن 8 پروتون وجود دارد.
از آنچه گفته شد نتیجه می‌شود که هر عنصر مجموعه‌ای از اتمهایی است که دارای بار هسته‌ی یکسانند و این مقدار عددی مبین موقعیت عنصر در جدلو تناوبی است.
آیا اتمهای یک عنصر خاص می‌توانند با یکدیگر تفاوت داشته باشند؟ جواب این سؤال مثبت است. علاوه بر پروتون، هسته‌ی اتم حاوی ذراتی موسوم به نوترون است. از نظر جرم، نوترون تفاوت ناچیزی با پروتون دارد، اما، برخلاف پروتون، نوترون بار الکتریکی ندارد. به عبارتی، نوترون از نظر الکتریکی خنثی است. هیچ عنصری وجود ندارد که حاوی نوترون نباشد (به استثنای ئیدروژن که در هسته‌ی خود نوترون ندارد. البته انواعی از ئیدروژن وجود دارند که در هسته‌ی آنها نوترون هم یافت می‌شود). مجموع جرم پروتونها و نوترونها در هسته‌ی هر اتم نشان دهنده‌ی جرم آن اتم است؛ با توجه به اینکه جرم الکترون قابل چشمپوشی است (الکترون 1840 بار سبکتر از پروتون است). انواع گوناگون اتمهای عناصری که حاوی تعداد نوترون متفاوت باشند ایزوتوپ (همجا) نامیده می‌شوند. کلمه‌ی «ایزوتوپ» از دو واژه‌ی یونانی «ایزوس» به معنی همان و «توپوس» به معنی مکان مشتق شده است. این بدان معناست که تمام ایزوتوپهای یک عنصر خاص موقعیت واحدی را در جدول تناوبی اشغال می‌کنند. تقریباً سه چهارم عناصری که در طبیعت یافت می‌شوند دارای اتمهای ایزوتوپ هستند. به عبارت دیگر، از گروههای اتمی ایزوتوپ تشکیل شده‌اند. بقیه‌ی عناصر هیچ‌گونه ایزوتوپی ندارند، یعنی تنها به صورت مجموعه‌ای از یک نوع اتم معین یافت می‌شوند.
اگرچه مفهوم «عنصر شیمیایی» عبارتی کاملاً مشخص به نظر می‌آید، در واقع عنوان مجردی است که تنها به مجموعه‌ای از اتمها با بار هسته‌ای یکسان اشاره دارد. در عمل ما با عناصری سروکار داریم که هم به صورت جزئی از یک ترکیب شیمیایی یافت می‌شوند و هم به صورت یک ماده‌ی ساده. ماده‌ی ساده شکلی آزاد از یک عنصر شیمیایی است که می‌تواند نمایانگر خواص ظاهری آن عنصر باشد. بعضی عناصر در طبیعت تنها به صورت ماده‌ی ساده یافت می‌شوند، برخی دیگر یا به صورت ماده‌ی ساده یا به صورت جزئی از یک ترکیب، و بعضی از عناصر نیز منحصراً به حالت ترکیب با عناصر دیگر یافت می‌شوند. عناصر نوع اخیر زیادند. وجود شکلهای مختلف عناصر در طبیعت نقش مهمی در تاریخچه‌ی کشف آنها ایفا کرده است.

واژه‌ی «عنصر» از کجا آمده است

تاریخ‌نویسان علم شیمی پاسخ یکسانی به این سؤال نمی‌دهند. در این مورد تنها می‌توان فرضیاتی کم و بیش محتمل ارائه داد. حقیقت این است که مفهوم «عنصر»، که در زمانهای باستان به کار برده می‌شد، در مقایسه با مورد استعمال امروزی، طیف وسیعتری را دربر می‌گرفت. این اصطلاح تا حد بسیار زیادی مفهوم فلسفی داشت.
یکی از نظریاتی که بر گستردگی و فلسفی بودن مفهوم عنصر دلالت می‌کند چنین است: کلمه عنصر در زبان لاتین متشکل از چند حرف الفبای لاتین است که به ترتیب ال،‌ام، ان، و تی تلفظ می‌شوند (در لاتین این کلمه را «المنتوم» تلفظ می‌کنند.) احتمالاً، دانشمندان با ساختن کلمه‌ی عنصر به این شیوه، می‌خواستند تأکید کنند همان‌طور که کلمات از حروف تشکیل یافته‌اند، ترکیبات گوناگون را هم می‌توان به عنوان حاصل ترکیب عناصر در نظر گرفت. اما چنین تعبیری بسیار ساده و دور از تبیینی است که انتظار می‌رود. ترجیحات و تعبیرات دیگری نیز وجود دارد، اما ما نمی‌خواهیم به توضیح و تشریح آنها بپردازیم.

چگونه اصطلاح «عنصر» به «عنصر شیمیایی» تبدیل شد

قبل از اینکه مدل جدید اتم ارائه شود، عنصر مفهومی کاملاً ذهنی بود. یکی از تعاریف عنصر متعلق به ارسطو، از بزرگترین فلاسفه‌ی دوران باستان، است. وی می‌گفت: «عناصر مواد ساده‌ای هستند که جهان از آنها تشکیل یافته است و هیچ یک از آنها قابل تجزیه و تبدیل به عناصر دیگر نیست. ارسطو معتقد بود که یک ماده‌ی ابتدایی و چهار کیفیت بنیادی وجود دارد: گرما، سرما، خشکی، و رطوبت. ترکیبات آنها همان عناصر مادی است: آتش، آب، هوا، و خاک. به اعتقاد ارسطو، تمام اجسام از این عناصر ترکیب یافته‌اند. تعالیم ارسطو مبانی نظری کیمیاگری و مکاتب گوناگون فلسفه‌ی طبیعی را تا قرنهای متمادی تشکیل می‌داد.
در قرن شانزدهم، فیزیکدان و دانشمند مشهور، پاراسلسوس (4)، نظریه‌ی جدیدی که عناصر را بیش از پیش به خاک نزدیک می‌نمود عرضه کرد. وی گفت تمام مواد از سه منشأ سرچشمه می‌گیرند، جیوه، نمک، و گوگرد. و دربردارنده‌ی سه کیفیت هستند: فرار بودن، سختی، و قابلیت اشتعال.
برای درک بهتر مفهوم عناصر می‌توان به نوشته‌های رابرت بویل (5) مراجعه کرد. این دانشمند یکی از شیمیدانان برجسته‌ی قرن هفدهم انگلستان بود. بویل در کتابش، موسوم به «شیمیدان شکاک» (6)، این نظریه را که عناصر حامل کیفیتهای معین هستند مورد انتقاد قرار داد. طبق نظریه‌ی بویل، عناصر می‌بایستی طبیعتاً مادی و جامد باشند. بویل در مقابل این باور که تعداد عناصر در طبیعت محدودند نیز قد برافراشت و به این ترتیب زمینه‌ای برای کشف عناصر جدید به وجود آورد. با وجود این، هنوز راه طولانی و دشواری تا دستیابی به درکی روشن از مفهوم عنصر شیمیایی در پیش بود، و دانشمندان نمی‌توانستند مبنای کار مشخصی برای کشف عناصر جدید داشته باشند.
نظرگاههای آنتوان لاووازیه (7) در این عرصه گام مهمی به پیش بود. وی تعبیر خود از مواد ساده را بروشنی بیان داشت: تمام موادی که متخصصان در تجزیه‌ی آنها با شکست مواجه شده‌اند عنصر محسوب می‌شوند. این دانشمند کلیه مواد ساده را به چهار گروه تقسیم کرد.
اولین گروه شامل اکسیژن، نیتروژن، ئیدروژن و همینطور نور و ترموژن بود (البته بعدها اشتباه از آب درآمد). لاووازیه، این مواد ساده را عناصر واقعی می‌دانست. دومین گروه، از نظر وی شامل موادی بود مانند گوگرد، فسفر، زغال، بنیانی از جوهر نمک (اسید موریاتیک، که بعدها کلر نامیده شد)، بنیانی از اسید فلوئوریدریک (فلوئور)، و بنیانی از اسید بوریک (بور). طبق نظریه‌ی لاووازیه، تمام این مواد ساده غیرفلز و قابل اکسید شدن بودند و می‌توانستند اسید تولید کنند. سومین گروه در برگیرنده‌ی فلزات ساده بود: آنتیموان، نقره، ارسنیک، بیسموت، کوبالت، مس، قلع، آهن، منگنز، جیوه، مولییدن، نیکل، طلا، پلاتین، سرب، تنگستن، و روی. اینها هم می‌توانستند اکسید شوند و اسید تشکیل دهند. و سرانجام، چهارمین گروه شامل «نمکزا» (8)‌ها (خاکها) بودند، که، به هر حال، به عنوان ترکیباتی پیچیده قلمداد می‌شدند: آهک (اکسید کلسیوم)، منیزی (اکسید منیزیوم)، باریت (اکسید باریوم)، آلومین (اکسید آلومینیوم)، و سیلیس (اکسید سیلیسیوم) در این گروه جای داشتند. در سال 1789، این واقعیت که مواد اخیر الذکر اکسید بعضی عناصر ناشناخته هستند فرضیه‌ای بیش نبود. این دسته‌بندی نیز به میزان قابل توجهی مبهم بود و باعث اشتباه می‌شد، اما، همین دسته‌بندی اشتباه‌آمیز، زمینه‌ی برنامه‌ریزی جهت تحقیق بیشتر در مورد ماهیت عناصر را فراهم آورد.
لاووازیه مرزی بین مفاهیم «عنصر» و «جسم ساده» ترسیم نکرد. این مرزبندی در قرن نوزدهم، در پی تکامل تئوری اتمی و مولکولی و در سایه‌ی کارهای مندلیف صورت پذیرفت.

آیا هیچ نظم و ترتیبی در کشف عناصر وجود داشته است؟

به نظر می‌رسد که منطقی‌تر بود این سؤال در انتهای کتاب عنوان می‌شد، زمانی که خواننده تقریباً با تاریخچه‌ی کشف عناصر آشنا شده باشد. تمام مباحث باید متکی بر حقایق پیش برده شوند و ما نیز برآنیم که هر بحثی را در زمان مناسب پیش بکشیم. در اینجا می‌خواهیم یک تصویر کلی از مطلب اصلی را ارائه دهیم.
صفحات 300 تا 303 کتاب را، که در آنها تاریخ کشف عناصر آمده است، باز کنید. کدام یک از عناصر زودتر از بقیه کشف شده‌اند؟ برای تقریباً ده عنصر در ستون «تاریخ کشف» به جای زمان معین، کلمات «شناخته شده در عهد باستان» ذکر گردیده است. مفهوم «عهد باستان» چندان دقیق و مشخص نیست و تنها نشان می‌دهد که این عناصر قرنها پیش از دوره‌ی ما شناخته شده‌اند. البته ما نمی‌دانیم چه کسی آنها را کشف کرده است. باستان‌شناسان، که تخصصشان تفاوت بسیار با علم شیمی دارد، کم و بیش، اطلاعات معتبری درباره‌ی عناصری که برای اولین بار در عهد باستان مورد استفاده‌ی انسان قرار گرفت ارائه کرده اند (بدون اینکه عنوان عنصر بدان داده شده باشد). عناصری که در عهد باستان شناخته شده‌اند عبارتند از: آهن، کربن، طلا، نقره، جیوه، قلع، مس، سرب، و گوگرد. برای یک فرد مبتدی در علم شیمی نیز واضح است که این عناصر از نظر خواص تفاوت زیادی با یکدیگر دارند. چرا آنها اولین دسته از عناصر کشف شده را اشغال کرده‌اند؟ آیا علت این است که آنها روی کره زمین فراوانتر از بقیه‌ی عناصر هستند؟ (به جدول آخر کتاب مراجعه کنید.)
با توجه به میزان وفور عناصر در طبیعت، ملاحظه می‌شود، از میان ده عنصر اولیه، تنها آهن و کربن از نظر فراوانی بر بقیه برتری دارند. گوگرد نیز نسبتاً در طبیعت فراوان است. بقیه‌ی عناصر در کره‌ی زمین کمیاب محسوب می‌شوند.
از نظر فراوانی در طبیعت، اولین و دومین و سومین مکان را به ترتیب اکسیژن، سیلیسیوم، و آلومینیوم اشغال می‌کنند. بشر همواره اکسیژن را تنفس می‌کرد ولی تا اواخر قرن هجدهم نمی‌دانست که این ماده‌ی حیاتی یک عنصر شیمیایی است. سیلیسیوم ماده‌ی اصلی تشکیل دهنده‌ی خاک است و، مانند آلومینیوم، در مقام یکی از ترکیبات خاص رس، از قرنها پیش مورد استفاده انسان قرار می‌گرفت، ولی شناخته شده نبود تا سرانجام در قرن نوزدهم کشف گردید.
آنچه در بالا گفته شد مؤید این مطلب است که تاریخ کشف عناصر شیمیایی هیچ ربطی به نسبت وفور آنها در طبیعت ندارد. لذا، این اعتقاد که می‌گوید «فراوانتر، زودتر» کاملاً اشتباه است. اما چرا این عناصر از زمانهای بسیار دور برای بشر شناخته شده بوده‌اند؟
با وجود تفاوت در خواص عناصر، می‌توان شباهتهایی نیز بین آنها یافت. بسیاری از عناصر در طبیعت نه به صورت ترکیب شیمیایی بلکه به صورت ماده ساده یا آزاد یافت می‌شوند. به طور مثال، حتی امروزه نیز می‌توانیم به گزارشهایی مبنی بر یافتن طلا به شکل خالص و ناب برخورد کنیم. برای یافتن مواد ساده احتیاج به هیچ‌گونه عمل شیمیایی نیست. کافی است به جستجوی آنها بپردازیم. نقره و گوگرد در کره‌ی زمین به صورت آزاد یافت می‌شوند (گرچه بیشتر به صورت ترکیبات کانی هستند)؛ مس و جیوه نیز، اگر چه بندرت، در هر حال به صورت آزاد یافت می‌شوند. به همین دلیل است که تمام این عناصر از جمله‌ی موادی هستند که زودتر از بقیه کشف شده‌اند. کربن در میان عناصر جای ویژه‌ای دارد. شاید به این دلیل که اولین عنصری است که موجودیت خود را به صورت خاکستر اجاق اعلام کرده است. آهن نام خود را به یک دوره‌ی کامل از زندگی بشر تحمیل کرد – عصر آهن. بسیاری از دانشمندان عقیده دارند که نیاکان ما اولین بار آهن را به حالت آزاد از طبیعت برگرفته اند و مورد استفاده قرار داده‌اند. این نوع آهن را آهن شهاب‌سنگی (9) می‌نامند. بعدها، فلزکاران اولیه جداسازی آهن از سنگ‌آهن را آموختند. قلع و سرب نیز، به طریق ذوب کردن، از سنگهای معدنی جدا شدند. استخراج این فلزات از ترکیباتشان (اصطلاح جدید عبارت است از «فرایند احیا») نسبتاً ساده است و در گذشته کسانی که تقریباً هیچ‌گونه اطلاعی از روشهای شیمیایی نداشتند نیز می‌توانستند این عمل را انجام دهند.
در بیشتر نواحی کره‌ی زمین انسانها شروع به استفاده از این یا آن عنصر در دوره‌های مختلف کردند. و، بر این اساس، دقیقترین تاریخ برای کشف هر عنصر را می‌توان معمولاً از زمان اولین کاربرد آن عنصر پیدا کرد. واضح است که اصطلاح «کشف» اختیاری است، و هیچ‌وجه اشتراکی بین مفهوم گذشته آن و مفهومی که بعدها در اثر ارتقای سطح دانش انسان پدید آمد وجود ندارد.
در واقع، عصر کشف عناصر شیمیایی در نیمه‌ی دوم قرن هجدهم آغاز گردید. هزاره‌ی پیش از این دوره تنها شاهد کشف پنج عنصر در مفهوم جدید این کلمه بوده است: ارسنیک، آنتیموان، بیسموت، فسفر، و روی. این عناصر به طور اتفاقی توسط کیمیاگرانی که در پی کاوش بیهوده برای یافتن کیمیا بودند کشف شده اند. خواص ویژه‌ی این عناصر کمک بزرگی برای شناسایی آنها بود (مانند درخشش خارق‌العاده‌ی فسفر در تاریکی و شکلهای اعجاب‌آمیز ترکیبات ارسنیک).
پس از تکوین دو شرط اساسی، کشف عناصر شیمیایی به صورت یک امر حساب شده درآمد و دیگر، مانند گذشته، شانس و بخت نقشی در کشف عناصر ایفا نمی‌کرد. اولاً، شیمی در راه شکل گرفتن به صورت یک علم مستقل گام نهاده بود. شیوه‌های آزمایشی شیمی شکلی مطلوب و رضایت‌بخش یافته بود و دانشمندان دریافته بودند که چگونه ترکیب سنگ معدنها، این گنجینه‌های عناصر شیمیایی، را تعیین کنند. ثانیاً، بیشتر دانشمندان، سرانجام، توانسته بودند در مورد مفهوم عنصر شیمیایی به توافق برسند. و این آغاز یک دوره‌ی طولانی تحلیلی در گسترش شیمی بود که در طی آن قسمت عمده عناصر موجود در طبیعت کشف شد.
در بین عناصر کشف شده،‌ داستان کشف ئیدروژن و گازهای تشکیل دهنده‌ی هوا، یعنی نیتروژن و اکسیژن، جذابیت خاصی دارد. کشف این عناصر با پیشرفت «شیمی پنوماتیک» (10) امکان‌پذیر گردید. برای مدتی طولانی مطالعه‌ی گازها مورد علاقه‌ی فیزیکدانان بود و از طرفی نیز کاشفان گازهای جدید عقیده داشتند که با شکلهای گوناگون هوا سروکار دارند. این واقعیت که شکلهای گوناگون هوا خود عناصر شیمیایی هستند بتدریج در حال ظهور بود. قبل از هر چیز، لازم بود مفاهیم نظری قدیم به طور اساسی مورد بررسی مجدد قرار گیرد و نظریه‌ی فلوژیتسون (11) یا «ذات آتش» رد شود. معتقدان به نظریه‌ی «ذات آتش» بر این باور بودند که فلوژیستون ماده‌ی اولیه احتراق است. در صفحات بعد به تشریح نظریه‌ی «ذات دانش» خواهیم پرداخت. کوششهای دانشمندان منجر به کشف نیتروژن، ئیدروژن، و اکسیژن گردید که این اکتشافات نقش بزرگی در پیشرفت مهمترین مفاهیم شیمی مدرن و مبانی نظری و روشهای تجربی آن ایفا کرد.
بنابراین، نباید تعجب‌آور باشد اگر گفته شود که اکسیژن (فراوانترین عنصر تشکیل دهنده‌ی تقریباً نیمی از جرم پوسته‌ی زمین) بسیار دیر کشف گردید. شیمی باید برای تعیین هویت اکسیژن، به عنوان یک ماده‌ی ساده‌ی جدید، روی پاهایش محکم می‌ایستاد. و، برای این منظور، شیوه‌های تحقیقاتی مناسب لازم بود.
روشهای تحلیلی متعدد، و لزوماً قابل اطمینان، عواملی کلیدی بودند که، قدم به قدم، زمینه‌ی کشف عناصر شیمیایی جدید را فراهم کردند. اما تنها با تجزیه‌ی شیمیایی پر کردن تمام خانه‌های جدول تناوبی امکان‌پذیر نبود. دانشمندان وجود بسیاری از عناصر جدید را پیش‌بینی کردند اما نه با کشف آنها مثلاً، در ته لوله‌ی آزمایش. وجود این عناصر در طبیعت به طریق دیگری تأیید گردید (بویژه عناصری که مقدارشان در طبیعت بسیار ناچیز است).
برای تشکیل پوسته‌ی زمین با کانیها و سنگ فلز (12) هایش میلیاردها سال زمان لازم بود – فرایندی که بیانگر تحولات پی‌درپی طبیعی، و به عبارت دقیقتر، مبین قوانین زمین شیمی (ژئوشیمی) است. بعضی عناصر شانس کمتری داشتند: آنها موفق به تشکیل کانیهایشان نگردیدند، یعنی موادی که باید سازنده‌ی اصلی یا حداقل ترکیب قابل توجهی از آنها می‌بودند. آنها تنها به صورت شکلهای گوناگون ممزوجاتی از کانیهایی که در برگیرنده‌ی عناصر دیگر هم بودند موجودیت یافتند. این عناصر به میزان قابل ملاحظه‌ای در پوسته‌ی زمین پراکنده شدند و در حوزه‌ی زمین‌شناسی نام عناصر رگه‌ای (13) را به خود گرفتند. این عناصر تنها به حالت کمیاب کانیهای خود را تشکیل دادند. اگر این کانیها به طور اتفاقی در دسترس دانشمندان قرار می‌گرفت، با تجزیه‌ی شیمیایی آنها بلافاصله در پی عنصری جدید بر می‌آمدند. همان‌طور که بعداً خواهیم دید، این حالت خاص در مورد ژرمانیوم استخراج شده از آرژیرودیت، تنها کانی کمیاب، صدق می‌کند.
دیگر عناصر رگه‌ای دارای تاریخچه‌ای متفاوتند. سزیوم، روبیدیوم، اندیوم، تالیوم، و گالیوم مثالهای کلاسیک از عناصر شیمیایی جدیدی هستند که برای اولین بار، بدون کمک گرفتن از شیمی، شناخته شدند. این عناصر به کمک خطوط قابل مشاهده‌ای که طیف نامیده می‌شد مورد شناسایی قرار گرفتند. روش شناسایی عبارت بود از «تجزیه‌ی طیفی» (14)؛ یک روش تحقیقی جدید که سهم مهمی در کشف این عناصر داشته است. اگر اندکی از یک ماده در معرض شعله‌ی چراغ گاز سوز قرار گیرد و نور حاصل از یک منشور گذرانده شود، نور شکسته شده حاوی تعدادی خطوط طیف با رنگهای گوناگون خواهد بود. دانشمندان با مطالعه‌ی طیف عناصر شناخته شده به این نتیجه رسیده‌اند که هر عنصر تصویر طیفی خاص خود را دارد. تجزیه‌ی طیفی به یکباره خود را به عنوان یک وسیله‌ی تحقیقی قدرتمند نشان داد. اگر طیف یک ترکیب حاوی خطوط ناشناخته‌ای باشد، حکایت از وجود عنصری جدید می‌کند. سزیوم، روبیدیوم، اندیوم، تالیوم، و گالیوم دقیقاً با استفاده از این روش کشف گردیدند. به هر حال، در چنین مواردی، دانشمندان می‌توانستند وجود عناصر جدیدی را که هرگز ذره‌ای از آنها را در دست نداشتند و خواصشان را نمی‌شناختند اعلام کنند.
بعضی عناصر شیمیایی غیرعادی مانند هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، و گزنون (کسنون) از طریق پژوهش بر روی طیفشان کشف گردیدند. این دسته از عناصر را گازهای بی‌اثر نامیدند. میزان این گازها در آتمسفر (جو) اندک است. گازهای بی‌اثر برای مدتی زیاد به عنوان عناصری که قابلیت انجام واکنش شیمیایی ندارند در نظر گرفته می‌شدند، و بر این اساس، بعضی معتقد بودند عنوان «عنصر شیمیایی» مناسب نیست. عناصر بی‌اثر بدون کمک شیمی کشف شدند. استخراج آنها از آتمسفر و جدا کردنشان از یکدیگر، تنها پس از توسعه و پیشرفت روشهای میعان گازها در درجه حرارتهای پایین میسر گردید.
اصولاً، تاریخچه‌ی عناصر شیمیایی به میزان قابل ملاحظه‌ای بستگی به نسبت وفور آنها داشت: عناصر کمیاب در طبیعت دیرتر کشف گردیدند. تاریخچه‌ی عناصر رادیوآکتیو طبیعی شاهدی بر این ادعاست. این عناصر در اواخر قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم کشف شدند. و اگر یک اتفاق مهم رخ نمی‌داد آنها مدتها بعد از این دوران نیز برای بشر ناشناخته باقی می‌ماندند. زیرا، هیچ روش شیمیایی یا تجزیه‌ی طیفی نمی‌توانست به غلظت ناچیز این عناصر پی ببرد. این اتفاق مهم کشف یک پدیده‌ی جدید فیزیکی موسوم به رادیوآکتیویته بود. بعضی مواد می‌توانند به طور خودبه‌خود و مداوم تشعشع ساطع کنند. در ابتدا فرض بر این بود که این خاصیت تنها منحصر به دو عنصر شیمیایی اورانیوم و توریوم است که در انتهای جدول تناوبی قرار دارند. در مطالعه‌ی مواد رادیوآکتیو به نمونه‌هایی برخورد شد که تشعشعی قویتر از نمونه‌های اورانیوم و توریوم داشتند. در آن زمان نظریه‌ای عنوان شد مبنی بر اینکه این تشعشع ناشی از عناصر رادیوآکتیو ناشناخته است. نظریه‌ی فوق با کشف پولونیوم و رادیوم تأیید گردید. این تحول منجر به شناخت روش دیگری، موسوم به روس پرتوسنجی (15)، شد. و این شیوه‌ی جدید تحقیقاتی، سرانجام، موجبات کشف سایر عناصر طبیعی رادیوآکتیو را فراهم آورد. در این رابطه، رادیوآکتیویته به صورت یک عامل هویت‌سنج کمک می‌کرد. روش پرتوسنجی به میزان قابل ملاحظه‌ای از دیگر روشهای شناخت عناصر حساستر است.
پس از گذشت دو دهه از قرن حاضر، دیگر عنصر طبیعی جدیدی کشف نشد. اما این دلیل پایان روند کشف عناصر جدید نبود. به هر حال، کلمه‌ی کشف مفهوم جدیدی یافت. امروزه این کلمه به عناصری اطلاق می‌شود که روی زمین یافت نمی‌شوند، بلکه به صورت مصنوعی و با کمک واکنشهای هسته‌ای تهیه می‌گردند. این مسئله حاصل پیچیدگیهای علمی و تکنیکی بود که دانشمندان بسیاری از کشورها با آن سروکار داشتند. تمام عناصر مصنوعی، یا سنتتیک، رادیوآکتیوند و، به همین دلیل، روش پرتوسنجی نقش مهمی در آنها ایفا کرده است. در اینجا حرف اصلی را فیزیکدانان زدند. اما شیمیدانان با مسئله‌ی بسیار مشکلی رو به ‌رو بودند. حتی در زمان ما بسیاری از عناصر مصنوعی را می‌توان تنها به تعداد معدودی از اتمهایشان تهیه کرد. عناصری که خاصیت رادیوآکتیویته‌ی بالا دارند زمان نیمه عمر آنها تنها ضریب بسیار کوچکی از ثانیه است. بنابراین، شیمیدانان مجبور می‌شوند تلاش و ابتکار فوق‌العاده‌ای برای مطالعه‌ی خواص آنها از خود نشان دهند.

پی‌نوشت‌:

1. Clemens Winkler
2. Mendeleev
3. Eka-Silicon
4. Paracelsus
5. Robert Boyle
6. The Sceptical Chemist
7. Lavoisier
8. Salt-forming
9. منظور آهن حاصل از سنگهای آسمانی است که بر زمین سقوط کرده اند. – م.
10. Pneumatic chemistry
11. Phlogiston
12. Ore
13. Trace elements
14. Spectralanalysis
15. Radiometric Method

منبع مقاله :
تریفونوف، دیمیتری نیکولایویچ ، تریفونوف، ولادیمیر؛ (1390)، تاریخچه‌ی کشف عناصر شیمیایی، برگردان: عبدالله زرافشان، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ چهارم