ธาตุใหม่กับหลักการตั้งชื่อ

เมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายนที่ผ่านมานี้ สหภาพสากลเคมีบริสุทธิ์และเคมีประยุกต์ (International Union of Pure and Applied Chemistry หรือ IUPAC) ได้ประกาศอย่างเป็นทางการว่า โลกมีธาตุใหม่เพิ่มอีก 4 ธาตุ คือ nihonium (Nh), moscovium (Mc), tennessine (Ts) และ oganesson (Og) ซึ่งเป็นธาตุลำดับที่ 113, 115, 117 และ 118 ตามลำดับ โดยได้ยึดประเพณีการตั้งชื่อธาตุว่า คนพบเป็นคนที่มีสิทธ์ตั้งชื่อ และมีสิทธิ์กำหนดสัญลักษณ์ของธาตุด้วย โดยอาจตั้งตามชื่อของสถานที่พบ หรือตามพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ของแหล่งที่พบ หรือตั้งตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าเป็นเกียรติยิ่งกว่ารางวัลโนเบล เพราะคนที่ได้รับรางวัล อีกไม่นานคนทั่วไปก็จะลืมชื่อ แต่นักเรียนทั่วโลกจะเห็นชื่อเขาติดอยู่ในตารางธาตุตลอดไป

ดังธาตุ nihonium การมีชื่อเช่นนี้เพราะผู้ที่พบธาตุนี้เป็นคนแรก คือ คณะวิจัยแห่งศูนย์ปฏิบัติการ RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science ของญี่ปุ่น เมื่อปี 2003 ซึ่งได้กำหนดให้เรียกชื่อดังกล่าว เพราะ Nihon ในภาษาญี่ปุ่นแปลว่า ดินแดนแห่งอาทิตย์อุทัย

ส่วนธาตุ moscovium นั้น คณะนักวิทยาศาสตร์จาก Joint Institute for Nuclear Research (JINR) เป็นผู้พบในปี 2004 จึงตั้งชื่อธาตุที่พบตามชื่อของเมือง Moscow ที่ห้องปฏิบัติการ JINR ตั้งอยู่

สำหรับธาตุ tennessine นั้น ในปี 2005 คณะนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการ Oak Ridge National Laboratory และ Vanderbilt University กับ Lawrence Livermore National Laboratory ซึ่งอยู่ในรัฐ Tennessee ของอเมริกาเป็นผู้พบ ดังนั้นชื่อรัฐจึงถูกนำมาแปลงเป็นชื่อของธาตุ

ด้านธาตุ oganesson เป็นธาตุที่พบร่วมกันโดย JINR ของรัสเซียกับ Lawrence Livermore National Laboratory ของอเมริกา ในปี 2006 การตั้งชื่อจึงต้องอาศัยการอะลุ่มอล่วย และได้ตกลงให้ตั้งตามชื่อของ Yuri Oganessian ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ผู้บุกเบิกเทคนิคการสร้างธาตุซุเปอร์หนัก (superheavy element)

แม้ธาตุทั้ง 4 จะถูกพบมานานร่วม 10 ปีหรือมากกว่าก็ตาม แต่การตรวจสอบอย่างละเอียด โดยทีมวิจัยทีมอื่นเป็นกฎจำเป็นที่ต้องทำ ดังนั้น IUPAC จึงต้องใช้เวลานานในการยืนยันว่า สิ่งที่เหล่านักวิทยาศาสตร์อ้างว่า “เห็น” นั้นทุกอย่างเป็นของจริง

ในอดีตที่ผ่านมา ความต้องการเงิน การหลอกตัวเอง ความประสงค์จะได้เกียรติและรางวัล การสร้างหลักฐานเท็จ และตัณหาที่ต้องการจะมีชื่อประดับโลกอย่างถาวร ฯลฯ ได้ชักนำให้นักวิทยาศาสตร์บางคนแอบอ้างการพบธาตุใหม่หลายต่อหลายครั้ง แต่เมื่อมีการตรวจสอบ ธาตุที่ถูกอ้างว่าเป็นธาตุพบใหม่นั้น จริงๆ ไม่มี

ในหนังสือ The Lost Elements: The Periodic Table’s Shadow Side ที่เรียบเรียงโดย Marco Fontani, Mauagrazia Costa และ Mary Virginia Arna ซึ่งจัดพิมพ์โดย Oxford University Press ในปี 2014 หนังสือได้กล่าวถึงธาตุที่ไม่มีในโลก แต่มีคนอ้างว่าพบหลายต่อหลายธาตุ เช่น polynestium, florentium และ illinium เป็นต้น

ในกรณีของ polynestium นั้น มีเศรษฐีที่ดินคนหนึ่งในสมัยพระนางเจ้า Victoria แห่งอังกฤษซึ่งมีนามว่า Alexander Pringle และเขาได้อ้างว่าเป็นคนพบคนแรก การตรวจสอบในเวลาต่อมาแสดงให้เห็นว่า “ธาตุ” ของ Pringle มิใช่ธาตุบริสุทธิ์ แต่เป็นสารผสมที่มีสารเจือ ดังนั้น เส้นสเปกตรัมที่เขาเห็น จึงเป็นสเปกตรัมผสมของธาตุสองธาตุ

ตามปรกติเวลานักวิทยาศาสตร์พบธาตุใหม่ เหตุการณ์นี้จะเป็นข่าวใหญ่ในโลกวิชาการที่ต้องได้รับการตรวจสอบอย่างพิถีพิถันที่สุด และอย่างไร้กรอบเวลา โดยคณะผู้ประเมินที่ทรงคุณวุฒิ เพื่อนำออกตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารชั้นนำของโลก แต่สำหรับวารสารระดับโหล่ๆ การตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิอาจไม่ได้เป็นไปอย่างเข้มงวดมาก ผลงานก็อาจออกมาปรากฏในบรรณโลกได้เช่นกัน แต่ก็จะถูกลบไปในอีกไม่นานโดยทีมนักวิจัยอื่นที่ตรวจสอบ

ดังกรณีที่มีการอ้างว่า พบธาตุชื่อ florentium ผลงานนี้ถูกนำไปเผยแพร่ในวารสารของสำนักวาติกันแห่งโรม ซึ่งแทบไม่มีใครอ่าน เพราะภาษาที่เขียนเป็นภาษาละติน และการตรวจสอบในเวลาต่อมาแสดงให้เห็นว่า ผู้พบ “florentium” วัดข้อมูลผิด และไม่เข้าใจสิ่งที่ตนเห็น

หรือในกรณีการอ้างว่าพบธาตุ ชื่อ promethium ก็เป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ เพราะนี่เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มีครึ่งชีวิตสั้นมาก คือ สลายตัวเร็ว จนนักเคมี ณ เวลาที่อ้างไม่มีเทคโนโลยีที่สามารถสูงพอจะตรวจจับธาตุ Pm ได้

ประวัติการแอบอ้างลอยๆ นี้ยังเกิดขึ้นอีกหลายต่อหลายครั้ง ในกรณีของธาตุ asterium ที่พบ โดยอาศัยการวิเคราะห์เส้นสเปกตรัมของแสงที่เปล่งออกมาจากธาตุนั้น แต่เมื่อนักทดลองไม่ตระหนักว่าความยาวคลื่น หรือความถี่ของแสงที่ถูกปล่อยออกมาจากแก๊ส ขึ้นกับความดันของแก๊ส ดังนั้น เวลาวัดความยาวคลื่นแสง ขณะระบบมีความดันต่างๆ จะได้ค่าความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ข้อมูลนี้ทำให้ผู้ทดลองคิดว่า เขาได้พบธาตุใหม่ชื่อ asterium แล้ว

หรือในปี 1790 ที่ Josiah Wedgwood อ้างว่า พบธาตุใหม่ในดินเหนียวที่ใช้ทำเครื่องปั้นดินเผาในโรงงานของตน การตรวจวิเคราะห์อย่างละเอียดแสดงให้เห็นว่า ไม่มีธาตุใหม่ในดินเหนียวนั้นเลย แม้จะไม่ได้ชื่อว่าเป็นคนที่พบธาตุใหม่ แต่ Wedgwood ก็มีชื่อเสียงโด่งดัง ในฐานะเจ้าของโรงงานเครื่องปั้นดินเผายี่ห้อ Wedgwood ที่มีชื่อเสียงกระฉ่อนโลก

ตามปกติ เวลานักวิทยาศาสตร์เรียกชื่อธาตุแล้วตามหลังด้วยตัวเลข เช่น oxygen 8 เขาหมายความว่า เพราะนิวเคลียสของ oxygen มีโปรตอน 8 อนุภาค

ย้อนอดีตไปถึงปี 2009 ที่ธาตุที่ 112 ได้รับชื่อใหม่ว่า copernicium (Cp) โดยได้รับการตั้งชื่อไปพลางๆ ก่อนการยืนยันว่า ununbium (un = 1 และ bi = 2) คณะวิจัยภายใต้การนำของ Sigurd Hofmann แห่ง Centre for Heavy Ion Research (GSI) ที่เมือง Darmstadt ในเยอรมนี คือผู้พบเป็นครั้งแรก เพราะนิวเคลียสของธาตุ 112 มีโปรตอน 112 อนุภาค ดังนั้นจึงมีโปรตอนมากกว่านิวเคลียสของ uranium 92 ถึง 20 อนุภาค และเป็นธาตุซุปเปอร์หนัก

กระบวนการสร้างธาตุที่ 112 เกิดขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 1996 เมื่อ Hofmann ระดมยิงอะตอมของสังกะสี (Zn) zinc-30 ให้พุ่งชนอะตอมของตะกั่ว Pb-82 แล้วปล่อยให้นิวเคลียสใหม่ที่เกิดใหม่สลายตัวไปทีละขั้นตอนๆ โดยการปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา

เพราะอนุภาคแอลฟาประกอบด้วยโปรตอน 2 อนุภาค ดังนั้นการสลายตัวในแต่ละครั้ง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสใหม่จะน้อยกว่าจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเดิม 2 อนุภาคทุกครั้งไป และหลังการสลายตัวครั้งที่ 5 จำนวนโปรตอนที่ลดลงทั้งหมดจะต้องเป็น 10 จากเดิมที่มี 112 สุดท้ายก็จะเหลือโปรตอนเพียง 102 อนุภาคในนิวเคลียส อันเป็นนิวเคลียสของธาตุ nobelium -102 (No)

แต่ตลอดการติดตามเส้นทางการสลายตัวของธาตุที่ 112 ที่ “พบใหม่” Hofmann กลับได้เห็นธาตุที่มิใช่ nobelium

เมื่อการสังเกตให้ผลลัพธ์ที่ไม่สอดคล้องกันกับผลของทีมอื่น ทาง IUPAC จึงไม่ยอมรับผลการทดลองของ Hofmann

ในปีต่อมา Hofmann กับคณะได้ตรวจสอบข้อมูลการทดลองของตนซ้ำอีก และพบว่ามีผู้ร่วมงานคนหนึ่งในทีมชื่อ Victor Nimrov ซึ่งได้ดัดแปลงข้อมูลการทดลอง จึงให้ผลแตกต่างไป ผลกระทบที่เกิดตามมาคือ Nimrov ถูกไล่ออกจากงาน และมีชื่อเสียไปทั่วโลก

จนถึงปี 2003 Hofmann ได้ทำการทดลองเรื่องนี้ซ้ำอีก แต่ IUPAC ก็ยังไม่ยอมรับ เพราะเส้นทางการสลายตัวของนิวเคลียสที่เกิดใหม่แตกต่างจากที่เคยอ้าง และไม่มีห้องปฏิบัติการใดๆ ในโลกได้ผลเหมือนที่ Hofmann อ้าง

ในปี 2004 เมื่อคณะวิจัยภายใต้การนำโดย Kosuke Morita แห่ง RIKEN ของญี่ปุ่น ประสบความสำเร็จในการสร้างธาตุที่ 112 หลังจากการได้พบว่า ธาตุที่ 104 (rutherfordium) สลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา และให้เส้นทางการสลายตัวเหมือนดังที่ Hofmann ได้แถลงไว้ โลกจึงยอมรับผลการทดลองของ Hofmann

ดังนั้นเมื่อวันที่ 19 กุมภาพันธ์ ปี 2010 IUPAC จึงประกาศชื่อธาตุ 112 ซึ่งมีมวลเชิงอะตอม (atomic mass) 278 อย่างเป็นทางการว่า copernicum เพราะมีโปรตอน 112 อนุภาค และนิวตรอน 166 อนุภาค และใช้สัญลักษณ์ Cn โดยให้อยู่ในกลุ่มเดียวกับสังกะสี -30, cadmium -48, mercury -80 และที่อุณหภูมิปกติ Cn อยู่ในสภาพของเหลวที่ระเหยได้ง่ายกว่าปรอท และมีจุดเดือดที่ 300 องศาเซลเซียส สำหรับชื่อ copernicium นั้นเป็นชื่อของนักดาราศาสตร์ Nicolaus Copernicus ผู้พบว่าดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ มิใช่โลก และการพบข้อมูลนี้ได้บุกเบิกวิทยาการดาราศาสตร์ และนำโลกเข้าสู่ยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา

ส่วนธาตุ 117 ก็เช่นกันในขณะที่ยังไม่มีการยืนยันธาตุนี้ ได้รับการตั้งชื่อพลางๆ ว่า ununseptium (un = 1, septium = 7) เป็นธาตุที่ Yuri Oganessian แห่ง JINR อ้างว่าพบโดยการยิง calcium -48 (ที่มีโปรตอน 20 อนุภาค และนิวตรอน 28 อนุภาค) ให้พุ่งชน berkelium -249 (ซึ่งมีโปรตอน 97 อนุภาค กับนิวตรอน 152 อนุภาค ทำให้เกิดนิวเคลียสใหม่ที่มี 117 โปรตอน)

ในการทดลองนี้ นักวิทยาศาสตร์จากรัสเซียได้ร่วมกันวิจัยกับนักวิทยาศาสตร์อเมริกันจาก Oak Ridge National Laboratory ในรัฐ Tennessee ของอเมริกา ซึ่งเป็นสถานที่ผลิตนิวเคลียสตั้งต้น คือ berkellium (Bk) ที่มีเลขเชิงอะตอม 97 และได้เห็นว่า ตลอดการทดลองที่นาน 70 วัน ทีมสร้างได้เห็นธาตุที่มีมวลเชิงอะตอม 294 มีครึ่งชีวิตเท่ากับ 78 มิลลิวินาที และการสลายตัวโดยการปล่อยอนุภาคแอลฟา 5 ครั้ง ทำให้ได้ธาตุ dubnium (Db) ที่มีเลขเชิงอะตอมเท่ากับ 105

แต่ในที่สุดการวิเคราะห์ผลลัพธ์ และการศึกษาอย่างละเอียดโดยคณะนักวิจัยจากอเมริกาจาก Oak Ridge และมหาวิทยาลัย Vandrbilt กับ Lawrence Livermore ก็ได้รับเกียรติเป็นผู้พบธาตุ Tennessine ในปี 2016

โดยสรุป
ธาตุ 110 ชื่อDarmstadtium(Ds)
ธาตุ 111 ชื่อRoentgenium(Rg)
ธาตุ 112 ชื่อCopernicium(Cn)
ธาตุ 113 ชื่อNihonium(Nh)
ธาตุ 114 ชื่อFlerovium(Fv)
ธาตุ 115 ชื่อMoscovium(Mc)
ธาตุ 116 ชื่อLivermorium(Lv)
ธาตุ 117 ชื่อTennessine(Ts)
และธาตุ 118 ชื่อOganesson(Og)

อ่านเพิ่มเติมจาก Perodic Tables: The Art of the Elements โดย Compton Verney จัดพิมพ์โดย Warwickshire UK. (2015)






เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์