تاریخ کشف رنیوم

چنانکه از تاریخ علم بر می‌اید، رنیوم مزیت انکارناپذیری نسبت به هافنیوم داشت: هیچ کس در مورد این موضوع که عنصر شماره‌ی 75 باید همخانواده‌ی منگنز یا، طبق فرهنگ نامگذاری مندلیف، باید همان تری- منگنز باشد شکی به خود راه نمی‌داد. اگرچه در موارد دیگر درباره‌ی این عنصر هیچ‌گونه اطمینان و قاطعیتی وجود نداشت.
بیایید آزمایشی انجام دهیم. اگر به طور تصادفی تعدادی از گزارشها و نوشته‌هایی را که در آنها رنیوم مورد بحث قرار گرفته است انتخاب کنیم، خواهیم دید که نویسندگان این مطالب در بعضی موارد با یکدیگر توافق دارند در حالی که در برخی موارد دیگر عمیقاً مخالف یکدیگرند. تمام نوشته‌ها درخصوص اینکه رنیوم در سال 1952 کشف گردید با هم موافقند ولی وقتی سخن بر سر منبع طبیعی استخراج این عنصر پیش می‌آید نظرها متفاوت می‌شود. در میان کانیهایی که به عنوان منبع رنیوم ذکر شده اند به سنگ معدنهای کلمبیت و پلاتین، پلاتین طبیعی و تانتالیت، نیوبیت و ولفرامیت، آلویت و گادولینیت بر می‌خوریم. حتی یک زمین شیمیدان مجرب هم میان اینهمه کانیهای متنوع گیج می‌شود و نمی‌تواند مسیر تحقیق مشخصی برای خود انتخاب کند.
با توجه به این اشارات مقدماتی، شاید بتوان دانشمندان زیر را کاشف رنیوم قلمداد کرد: نوداک (1)، تاک (2) (که بعدها با نوداک ازدواج کرد)، و طیف‌شناس مشهور، برگ (3). کسی نسبت به خلاقیت آنها شک نداشت. شاید این تنها موردی بود که توجه مهندسان را به عناصر کشف نشده جلب کرد. آنان از کارایی جدول تناوبی آگاه بودند. تنگستن در مقیاس گسترده‌ای در مهندسی برق مورد استفاده قرار می‌گرفت، به این ترتیب، منطقی به نظر می‌رسید که عنصر شماره‌ی 75 نیز دربردارنده‌ی ویژگیهای با ارزشتری برای این صنعت باشد. به احتمال قوی، محرک اصلی در اولین تلاش نوداک برای یافتن این عنصر، نیازهای عملی بوده است.
در سال 1922، مهندسان یاد شده، پس از تدارکات لازم و کامل، شروع به کار کردند. آنها، قبل از هر چیز، تمام گزارشهای مربوط به کشف همخانواده‌های منگنز را جمع‌آوری کردند. چون این کشفیات مورد تأیید قرار نگرفته بود، بر آن شدند که گزارشها را مورد بازبینی مجدد قرار دهند. دانشمندان برنامه‌ی تحقیق وسیعی را طرحریزی و تنظیم کردند: آنان در یک آن به جستجوی دو عنصر پرداختند، زیرا همخانواده‌های ناشناخته‌ی منگنز، علاوه بر عنصر شماره 75، عنصر پیشین سبکتر از آن را نیز شامل می‌شد. این عنصر پیشین، عنصر شماره‌ی 43 بود که سرگذشتی عجیب و غیرعادی داشت. جدول تناوبی امکان پیش‌بینی بسیاری از خواص آنها را فراهم کرده بود. حال می‌توانیم حدسیات نوداک را در مورد رنیوم با خواص واقعی عنصر مقایسه کنیم:

اطلاعات جدید	پیش‌بینی
186/2	جرم اتمی 188-187
20/5	چگالی 21
3323 درجه کلوین	نقطه‌ی ذوب 3300 درجه کلوین
Re2O7	X2O7 فرمول اکسید با بالاترین ظرفیت عنصر
220 درجه سانتی‌گراد	نقطه‌ی ذوب اکسید با بالاترین ظرفیت عنصر، 500-400 درجه سانتی‌گراد

به هر صورت، تطابق بین واقعیت و پیش‌بینی قابل توجه است. تنها نقطه‌ی ذوب اکسید تا حدی پایینتر از مقدار پیش‌بینی شده بود، اما، به طور کلی، روش کلاسیک پیش‌بینی مندلیف یک بار دیگر کاملاً مورد تأیید قرار گرفت. به عبارت دیگر، نوداک‌ها نظر بسیار جالب و دقیقی درباره‌ی عنصر شماره‌ی 75 (و عنصر شماره 43) داشتند. بنابراین، تاریخچه‌ی رنیوم ارتباط نزدیکی با تاریخچه‌ی همخانواده‌ی سبک آن داشت.
ولی کجا باید به جستجوی این عناصر می‌پرداختند؟ نوداک‌ها، با پیش‌بینی رفتار زمین شیمی رنیوم، قابلیت و کارایی زمین شیمی نظری آن زمان را به طور کامل مورد استفاده قرار دادند. حتی می‌دانستند که این عنصر باید بسیار کمیاب باشد اما نمی‌توانستند از رگه‌ای بودن آن در کانیها آگاه باشند و، به همین دلیل، آنچه که به نظرشان تردیدناپذیر می‌آمد در واقع زمینه‌ساز شک و تردید شد.
دانشمندان برنامه‌ای برای پژوهش در مورد دو گروه کانیها تنظیم کردند: سنگ معدنهای پلاتین و، به اصطلاح، کلمبیتها (تا نتالیتها). چهار سال (از 1921 تا 1925) صرف جستجوی عنصر گمشده گردید اما این تلاش بی‌ثمر بود. پس از آن بیانیه‌ای در مورد کشف هافنیوم، که موجودیتش در طبیعت به وسیله طیف‌سنجی اشعه‌ی ایکس ثابت شده بود، منتشر شد. بدون شک، این واقعه نوداک‌ها را به سوی استفاده از این روش برای اثبات وجود همخانواده‌های منگنز سوق داد و بر آن شدند به کمک متخصص طیف‌سنجی اشعه‌ی ایکس، برگ، بروند.
نوداک،‌تاک، وبرگ، در ژوئن 1925، مقاله‌ای درباره‌ی کشف دو عنصر گمشده مازوریوم (شماره‌ی 43) و رنیوم (شماره‌ی 75)، منتشر کردند. این عناصر در کلمبیت و پلاتین اورالی یافت گردید و با استفاده از نام دو ایالت آلمان نامگذاری شدند. طیف اشعه‌ی ایکس این دو عنصر زمینه‌ساز اصلی برای تأیید موجودیت آنها گردید، اما در مقاله‌ی یاد شده سخنی از استخراج این دو عنصر به چشم نمی‌خورد. به طور کلی، دلیل دانشمندان آلمانی بسیار پیچیده و مبهم بود. به هر حال مقاله‌ی مزبور توجه دیگر دانشمندان را به خود جلب کرد و تعدادی از آنان برای بازیابی نتایج به تلاش پرداختند.
بازیابی نتایج عملاً پیگیری نشد. پس از یک سال، دانشمند روسی، زویاگینتسف (4)، و همکارش با قاطعیت ثابت کردند که سنگ معدن پلاتین اورالی حاوی هیچ عنصر جدیدی نیست. پس از آن، دانشمند آلمانی به مطالعه‌ی کلمبیتها، که دارای ترکیبات گوناگونی بودند اما بر طبق پیش‌بینیها باید دربر دارنده‌ی همخانواده‌های مرموز منگنز می‌بودند، ادامه دادند. برای بالا بردن درصد عناصر ناشناخته و انجام طیف‌سنجی اشعه‌ی ایکس عملیات شیمیایی پیچیده‌ای روی کانیهای مزبور انجام دادند. صحت نتایج حاصله مجدداً تأیید شد اما نمی‌شد استنتاج قطعی کرد: دانشمندان نتوانستند مقدار قابل توجهی از عناصر شماره‌ی 43 و 75 تهیه و به طور تجربی خواص آنها را تعیین کنند.
هیچ کس نتوانست نتایج حاصله توسط نوداک‌ها را بازیابی کند. حتی هموطن آنان، پرانتل (5)، دستیار خود، گریم (6)، را به آزمایشگاه نوداک فرستاد تا ناظر بر تهیه‌ی همخانواده‌های منگنز باشد. گریم، در بازگشت، روش کلی را خود مجدداً به کار برد و...، نمی‌دانیم چقدر از اتلاف وقت خود پشیمان شد. دانشمند انگلیسی، لورینگ (7)، و دو دانشمند چک، گیروفسکی (8) و دروتسه (9)، نیز به نتایج نوداک‌ها مشکوک بودند. بعدها، لورینگ، گیروفسکی، و دروتسه مدعی شدند که اولین کاشفان عنصر شماره‌ی 75، با استفاده از روش دیگر و منابع دیگر، هستند. نام آنان در تاریخچه‌ی کشف عناصر حفظ شده است اما نه به عنوان کاشفان رنیوم.
دانشمندان آلمانی مدعی بودند که عنصر شماره‌ی 43 (که بعدها با نام تکنتیوم شناخته شد) را نیز تهیه کرده‌اند. امروزه می‌دانیم که، به هیچ‌وجه، آنان نمی‌توانستند وجود تکنتیوم را در آن زمان آشکار سازند اما، به هر حال، نوداک‌ها به کشف این عنصر بیشتر از کشف رنیوم (چیزی که آنان بسختی می‌توانستند به آن افتخار کنند) اطمینان داشتند. با گذشت زمان، نوداک‌ها بیشتر متقاعد شدند که محدوده‌ی سنگ معدنهایی که باید تجزیه شوند به طور قابل توجهی وسیع است. ظاهراً پیش‌بینیهای قبلی زمین‌شناسی درست از آب درنیامد. نوداک‌ها، در تابستان 1926، و در 1927 به نروژ رفتند تا به جمع‌آوری سنگ معدنهای موجود در آنجا بپردازند، از جمله: تانتالیت، گادولینیت، آلویت، فرگوسونیت (10)، و مولیبدنیت. در اوایل سال 1928، دانشمندان، با تجزیه سنگ معدنها، در حدود 120 میلی‌گرم از رنیوم را تهیه کردند. این نمونه عمدتاً از مولیبدنیت (سولفید مولیبدن) به دست آمده بود. پیش از آن، سنگ معدن مزبور هرگز به عنوان منبع طبیعی همخانواده‌های منگنز شناخته نمی‌شد.
بر این اساس، سرانجام، رنیوم به واقعیت پیوست. شک و تردیدها به پایان رسید و نشانه‌ی Re برای همیشه خانه‌ی شماره‌ی 75 را در جدول تناوبی به خود اختصاص داد؛ به هر حال، مازوریوم مدتها به صورت پدیده‌ای مرموز باقی ماند.
بنابراین، سال 1928 را باید تاریخ دقیق کشف رنیوم دانست. در این سال، آخرین قدم در جستجوی این عنصر برداشته شد. اما در مورد سال 1925، باید گفت که این تاریخ نیز دربردارنده‌ی اتفاق مهمی در تاریخچه‌ی پیش از کشف رنیوم است.
نوداک‌ها، با تعیین و طراحی مسیر تحقیقات، به جمع‌آوری تمام نشریات و مکتوبات در مورد کشفیات فرضی اکا- منگنزها پرداختند. یادداشتهای نوداک‌ها طی جنگ دوم جهانی از بین رفت اما، بدون شک، نام دانشمند روسی، کرن (11)، و نام عنصر «دویوم» (12) در آنها ثبت شده بود. شاید این کشف تنها مورد دقیق در میان کشفیات فرضی عناصر جدید بوده است، بر این اساس، امکان دارد که تاریخچه‌ی عنصر 75، پنجاه سال زودتر شروع شده بود.
وقایع این پنجاه سال به شرح زیر است: در سال 1877 گزارشهایی در مورد کشف فلزی جدید، موسوم به «دویوم»، که به افتخار دیوی نامگذاری شده بود، انتشار یافت. این گزارشها توجه بسیاری را به خود جلب کرد و مندلیف پیشنهاد کرد از کرن برای ارائه‌ی گزارش به جلسه‌ی انجمن شیمی روسیه دعوت به عمل آید. دانشمندان آزمایشگاه بونزن در هایدلبرگ تصمیم گرفتند نتایج کارکرن را بدقت بررسی کنند. بعدها نتایج کار این دانشمند مورد تأیید دو یا سه دانشمند دیگر قرار گرفت. جالبترین مطلب این بود که بعضی واکنشهای شیمیایی مشابه واکنشهایی بود که بعدها در مورد رنیوم کشف گردید. آیا این موضوع حاکی از یکی بودن‌دویوم و رنیوم نیست؟
به دلایلی، کرن از توجه بیشتر به کشف خود منصرف شد و بعد از سال 1878 هرگز به بررسی دوباره‌ی این مسئله نپرداخت. وی عنصر مزبور را از سنگ معدن پلاتین استخراج کرده بود، که از دیدگاه علوم جدید غیرممکن به نظر می‌آید (کار زویاگینتسف در سال 1926 را به خاطر بیاورید). به هر حال، واقعیت این است که سنگ معدنهای پلاتین ترکیبات پیچیده و گوناگونی دارند. کانی اورالی حاوی رنیوم نیست اما وجود مقادیر ناچیز این عنصر در معادن دیگر به اثبات رسیده است.
کرن نمونه‌ی بسیار کمیابی از سنگ معدن پلاتین را که از بورنئو استخراج شده بود مورد مطالعه قرار داد. در آن زمان، معادن منطقه‌ی مزبور حالت مترو که پیدا کرده بودند. در ابتدای قرن بیستم، شیمیدان روسی، چرنیک (13)، مشغول کاوش و جستجو در این سرزمین بود. وی با تجزیه‌ی سنگ معدن پلاتین متوجه شد که، در تمام موارد، جرم ثابتی در تمام نمونه‌ها ناشناخته می‌ماند و سعی کرد این پدیده را به عنوان وجود عنصری جدید توجیه کند. این عنصر قطعاً می‌توانست «دویوم» کرن باشد.
دروتسه در سال 1950، مقاله‌ی مفصلی به دویوم اختصاص داد. وی نوشت که اگر رنیوم در سنگ معدنهای پلاتین کشف شود مؤید این خواهد بود که کشف کرن دقیق و قابل قبول بوده است. امروزه نمونه‌های سنگ معدن پلاتین بورنئو تنها در معدودی از موزه‌های معدن‌شناسی جهان یافت می‌شود. تجزیه‌ی دقیق این سنگ معدن می‌توانست جالب باشد. این از جمله مواردی است که تاریخچه‌ی عنصری شیمیایی می‌توانست تا حدی تغییر کند.

پی‌نوشت‌:

1. Noddack.
2. Tacke.
3. Barg.
4. Zvyagintsev.
5. Prandtl.
6. Crimm.
7. Loring.
8. Geirovskii.
9. Druce.
10. Fergusonit.
11. Kern.
12. Devium.
13. Chernik.

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