Το σημαντικότερο χωριό της χημείας

Ένα τυχαίο εύρημα οδήγησε σε μερικές από τις σημαντικότερες χημικές ανακαλύψεις της ιστορίας

ΥΠΟ KIT CHAPMAN, KRISTY TURNER, 29 OCTOBER 2018, στο Education in Chemistry

Είναι μια βροχερή μέρα στο Ytterby (Ύττερμπυ). Το λεωφορείο φτάνει στην άκρη της πόλης, φέρνοντας πίσω αυτούς που καθημερινά μετακινούνται για τη δουλειά τους από το σπίτι μέχρι την κοντινή Στοκχόλμη, το χωριό είναι το τέλος της γραμμής. Λίγες ψυχές αφήνουν τα γραφικά σπιτάκια τους για να αντιμετωπίσουν την υγρασία και να βγάλουν βόλτα το σκύλο τους, πηγαίνοντας στους δρόμους προς το μοναδικό κατάστημα του Ytterby. Μέσα από τα δέντρα, μπορείτε απλά να δείτε τις βάρκες που λικνίζονται ήσυχα αγκυροβολημένες στα νερά του αρχιπελάγους. Φαίνεται να είναι το είδος του χωριού όπου δεν συμβαίνει τίποτα. 

Terbiumvägen (Οδός Τέρβιου) and Gruvvägen (Οδός Ορυχείου)
κοντά στο ορυχείο του Ytterby
Υπό Uwezi - Self-photographed, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons.

Μέχρις όπου, θα παρατηρήσετε τα ονόματα των δρόμων. Αν μεταφράσετε από τα σουηδικά, θα δείτε ότι όλοι ονομάζονται από τα χημικά στοιχεία: οδός υτέρβιου, οδός τερβιου, οδός ταντάλιου. Μπορεί να φαίνεται ήσυχο, αλλά το Ytterby είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη της επιστημονικής ιστορίας. Είναι η πλουσιότερη πηγή φυσικών στοιχείων Χημείας στη Γη.

Τα σκούρα ορυκτά του

By Svens Welt - Own work, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

Το 1789, ένας τριαντάχρονος υπολοχαγός του Σουηδικού πυροβολικού, ο Carl Axel Arrhenius, εξερευνούσε το Ytterby και τα κοντινά νησιά για να βρει κάποιο μέρος για ένα νέο οχυρό. Ο Arrhenius ενδιαφερότανε για ορυκτά και αποφάσισε να επισκεφτεί και το ορυχείο του χωριού που εφοδίαζε τη Στοκχόλμη με άστριους που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή πορσελάνης και γυαλιου. Εκεί, ο Arrhenius παρατήρησε ένα παράξενο, σκούρο μαύρο βράχο που δεν μπορούσε να καταλάβει τί είναι. 

Ο Arrhenius ονόμασε το βράχο "Υττερβίτη" και έστειλε ένα δείγμα στο εργαστήριο του φίλου του Johan Gadolin, που ήταν καθηγητής Χημείας στη "Royal Academy" του Turku στη Φινλανδία (που τότε ήταν μέρος της Σουηδίας). Μετα απο χημική ανάλυση της παράξενης πέτρας ο Gadolin γρήγορα κατάλαβε οτι σχεδόν το 40% αυτού ήταν απο ένα μέταλλο που δεν είχε ξαναδεί. Ονόμασε την ανακάλυψή του "Σπάνια γή" (‘rare earth’) και την έστειλε σε έναν άλλο χημικό τον  Anders Gustaf Ekeberg, για να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματά του. Ο Ekeberg ονόμασε το οξείδιο του νέου στοιχείου  ‘yttria’ και άλλαξε το όνομα του Υττερβίτη σε Γαδολινίτη ‘gadolinite’.

Η ανακάλυψη ήταν εντυπωσιακή. Για τα επόμενα 120 χρόνια, οι χημικοί θα εξακολουθούσαν να απομονώνουν καινούργια μέταλλα από αυτόν το μαύρο βράχο, τις σπάνιες γαίες. Αλλα αποδείχτηκε ότι οι σπάνιες γαίες ήταν όλες πολύ όμοιες πράγμα που έκανε πολύ δύσκολο το διαχωρισμό τους.  Μέχρι το 1906, το μαύρο ορυκτό βρέθηκε ότι περιείχε εννιά καινούργια στοιχεία τα περισσότερα απ' τα οποία πήραν το όνομά τους από το χωριό: yttrium (Ύτριο: Υ), erbium (Έρβιο: Er), terbium (Τέρβιο: Tb), ytterbium (Υττέρβιο: Yb), scandium (Σκάνδιο: Sc από τη Σκανδιναβία); thulium (Θούλιο: Tm από τη Θούλη, μυθικό Ελληνικό όνομα για τη Σκανδιναβία); holmium (Όλμιο: Ho από τη Στοκχόλμη); dysprosium (Δυσπρόσιο: Dy από το δυσπρόσιτο) and lutetium (Λουτέσιο: Lu από το λατινικό όνομα για το Παρίσι όπου έγινε και η απομόνωσή του τελικά). Ένα άλλο δείγμα από έναν παρόμοιο βράχο βρέθηκε να περιέχει ένα άλλο στοιχείο το gadolinium (Γαδολίνιο: Gd).

Σπάνιες Γαίες είναι τα στοιχεία της προτελευταίας γραμμής (αυτή με το αστεράκι) που ξεκινάει με το ₅₇La μέχρι το ₇₅Lu και τα δύο στοιχεία πάνω απο το ₅₇La τα ₂₁Sc και ₃₉Y
By DePiep - Έργο αυτού που το ανεβάζει, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

Αυτά τα στοιχεία ήταν σημαντικές ανακαλύψεις, κυρίως επειδή η ύπαρξή τους παρείχε αποδείξεις για άλλες θεωρίες της Χημείας. Το 1869, ο Ρώσος χημικός Dimitri Mendeleev είχε δημιουργήσει μια έκδοση του περιοδικού πίνακα που θα οδηγούσε στη σημερινή έκδοση. Ο Mendeleev χρησιμοποίησε τον περιοδικό του πίνακα για να προβλέψει τις ιδιότητες των στοιχείων και σε μερικά σημεία όπου κάτι δεν του ταίριαζε άφησε κενά. Καθώς ανακαλύπταμε όλο και περισσότερες "Σπάνιες Γαίες" τα κενά στον πίνακα του Mendeleev σιγά σιγά γέμιζαν επιβεβαιώνοντας ότι ο Περιοδικός Πίνακας είναι μια πραγματικότητα.

Το ορυχείο σήμερα

Πλακέτα στην είσοδο του ορυχείου του Ytterby
Υπό Uwezi - Own work, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons.

Η ανάβαση μέχρι το ορυχείο του Ytterby είναι απότομη. Από τον δρόμο πρέπει να ανέβεις μια ξύλινη σκάλα που σε φέρνει σ' έναν απότομο λόφο. Στην κορυφή μια μεταλλική πλάκα σε ενημερώνει ότι αυτό είναι το ορυχείο του Ytterby όπου ο Arrhenius βρήκε τον μαύρο του βράχο. Αν δεν ήταν η πλάκα θα το προσπερνούσατε εύκολα. Το ορυχείο δεν είναι εδώ.

Αυτό που έχει απομείνει από το ορυχείο του Ytterby είναι ένα μικρό φαράγγι 15 μέτρα μακρύ και 5 μέτρα φάρδος, όσο μια σχολική αίθουσα. Το ορυχείο έχει σφραγιστεί τελείως. Μετά την ανακάλυψη του Arrhenius η εξόρυξη του άστριου συνεχίστηκε μέχρι το 1933. Κατόπιν ο Σουηδικός στρατός το χρησιμοποίησε σαν αποθήκη καυσίμων αεροσκαφών και το 1995 το άδειασαν τελείως και το έκλεισαν γι τα καλά.

Σήμερα ξέρουμε ότι υπάρχουν 17 σπάνιες γαίες. Οι περισσότερες βρίσκονται στο κάτω μέρος του περιοδικού πίνακα σαν μια έξτρα γραμμή που που ονομάζεται λανθανίδες, μαζί με μια δεύτερη γραμμή τις ακτινίδες.  Αν και το ορυχείο σφραγίστηκε, οι ανακαλύψεις που έγιναν από το μαύρο βράχο του Arrhenius εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σ' όλον τον κόσμο. Όπως φαίνεται οι ¨σπάνιες γαίες" δεν είναι καθόλου σπάνιες και εξορύσσονται μέσα στα πλαίσια ενός διεθνούς εμπορίου πολλών δισεκατομμυρίων. Το Ύτριο και το Τέρβιο είναι σημαντικά για τα ηλεκτρονικά καθώς το ύτριο χρησιμοποιείται για το κόκκινο χρώμα στις οθόνες των τηλεοράσεων και στους υπεραγωγούς, ενώ το τέρβιο χρησιμοποιείται για το πράσινο χρώμα, τα συστήματα σόναρ (ηχοβολιστικά συστήματα υποβρυχίων) και στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Άλλες χρησιμοποιούνται στα λέιζερ στα διυλιστήρια πετρελαίου και για τη βελτίωση της αντοχής στο ανοξείδωτο ατσάλι.

Το Ytterby είναι ένα μικρό χωριουδάκι αλλά είχε μεγάλη επίδραση στον κόσμο μας.

Το άρθρο γράφηκε από τον Kit Chapman, συντάκτη του Chemistry World, στο Cambridge, UK.