HỎI. Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn lập ra một bảng tuần hoàn từ những viên gạch hình khối lập phương được làm từ các nguyên tố hóa học tương ứng?
— Andy Connolly
ĐÁP. Có những người đi sưu tầm các nguyên tố hóa học. Những người này cố gắng thu thập mẫu vật của các nguyên tố nhiều nhất có thể để xếp vào các ô trình bày giống như bảng hệ thống tuần hoàn.[1]
Trong số 118 nguyên tố, có 30 loại có thể mua được dưới dạng tinh khiết ở ngay các cửa hàng bán lẻ địa phương như heli, carbon, nhôm và sắt. Vài chục nguyên tố có thể lấy ra từ các vật dụng và thiết bị (bạn có thể tìm thấy một lượng nhỏ americi trong các máy báo khói). Những thứ khác có thể đặt hàng qua Internet.
Tóm lại, bạn có thể lấy được khoảng 80 mẫu nguyên tố, hoặc 90 nếu bạn sẵn sàng chấp nhận các nguy cơ về sức khỏe, sự an toàn của mình và bị lập biên bản bắt giữ. Số còn lại hoặc phóng xạ quá mạnh, hoặc có thời gian tồn tại quá ngắn nên không thể thu được nhiều hơn một vài nguyên tử cùng lúc.
Nhưng điều gì xảy ra nếu bạn có thể?
Bảng tuần hoàn các nguyên tố có 7 hàng.[2]
Bạn có thể xếp chồng hai hàng đầu mà không gặp nguy hiểm gì. Các nguyên tố hàng thứ ba sẽ bốc cháy làm bỏng bạn. Các nguyên tố hàng thứ tư sẽ giết chết bạn bằng khói độc. Các nguyên tố hàng thứ năm sẽ làm tất cả các điều nói trên, cộng thêm làm cho bạn nhiễm phóng xạ ở liều lưọng vừa phải. Các nguyên tố hàng thứ sáu sẽ phát nổ dữ dội, phá hủy các tòa nhà trong một đám mây phóng xạ, bụi và khói độc. Đừng có xếp thêm hàng thứ bảy.
Bây giờ, chúng ta sẽ bắt đầu từ trên xuống. Hàng đầu quá đơn giản, nếu không muốn nói là chán ngắt:
Khối hydro sẽ bay lên và phân tán, giống như một quả bóng bị xì hơi. Heli cũng vậy.
Hàng thứ hai phức tạp hơn.
Liti bị xỉn màu ngay lập tức. Beri khá độc nên bạn phải xử lý nó thật cẩn thận và tránh chạm phải bụi của nó trong không khí.
Oxy và nitơ trôi dạt ra xung quanh, và từ từ khuếch tán. Neon thì trôi đi mất.[3]
Khí flo màu vàng sẽ lan trên mặt đất. Flo là nguyên tố có tính ăn mòn mạnh nhất trong bảng hệ thống tuần hoàn. Hầu như bất kỳ vật liệu nào tiếp xúc với flo tinh khiết cũng tự bốc cháy.
Tôi đã nói chuyện với nhà hóa học hữu cơ Derek Lowe về vấn đề này.[4] Anh ấy nói rằng flo không phản ứng với neon, và “theo quan sát thì có thể tạm gọi là sống hòa bình với clo, nhưng với mọi thứ khác, hừm!” Thậm chí flo sẽ gây ra vấn đề với những hàng sau khi nó lan rộng, và nếu nó tiếp xúc với hơi nước, nó sẽ tạo thành acid flohidric có tính ăn mòn.
Nếu bạn hít vào dù chỉ một lượng nhỏ, nó sẽ làm cho mũi, phổi, miệng, mắt và toàn thân của bạn bị thương tổn nặng hoặc bị phá hủy. Bạn chắc chắn cần một mặt nạ khí. Hãy luôn nhớ rằng flo có thể ăn mòn qua nhiều loại vật liệu làm mặt nạ, nên bạn sẽ phải thử trước. Chúc vui!
Chúng ta cùng xem tiếp hàng thứ ba nào!
Một nửa dữ liệu ở đây là từ cuốn Sổ tay Hóa học và Vật lý CRC
và nửa còn lại từ chương trình Nhìn Quanh Bạn.
Kẻ gây rối lớn nhất ở đây là phốt pho. Phốt pho tinh khiết có vài dạng thù hình. Phốt pho đỏ đủ an toàn để xử lý. Phốt pho trắng tự bốc cháy khi tiếp xúc với không khí. Nó bùng cháy với ngọn lửa nóng, khó dập tắt và thêm nữa, khá độc.[5]
Lưu huỳnh sẽ không gây rắc rối lúc bình thường, cùng lắm thì nó có mùi rất khó chịu. Tuy nhiên, lưu huỳnh của chúng ta lại bị kẹp giữa phốt pho đang cháy ở bên trái… và flo, clo ở bên phải. Khi tiếp xúc với khí flo tinh khiết, lưu huỳnh – giống như nhiều chất khác – bắt lửa.
Khí trơ argon “nặng” hơn không khí, nên nó sẽ chỉ lan ra và bao phủ mặt đất. Không phải lo lắng về argon. Bạn còn có những vấn đề rắc rối hơn nhiều!
Ngọn lửa sẽ tạo ra đủ loại hóa chất đáng sợ, như SF6 (sulfur hexafluoride) chẳng hạn. Nếu bạn làm việc trong nhà, tòa nhà sẽ bị đốt cháy còn bạn sẽ chết ngạt trong khí độc.
Và đó chỉ là hàng thứ ba thôi. Tiếp theo là hàng thứ tư!
“Arsen” nghe thật nguy hiểm. Có một lý do hợp lý cho việc nghe đã thấy nó nguy hiểm: nó độc với hầu hết các dạng sống phức tạp.
Đôi khi cũng không cần phải hoảng loạn trước các chất hóa học nguy hiểm; có một lượng nhỏ arsen tự nhiên trong tất cả thực phẩm và nước uống của chúng ta, và chúng ta kiểm soát được không vấn đề gì. Lần này thì không phải như vậy.
Đám phốt pho cháy (nay đã có thêm kali cũng đang cháy, thứ cũng có xu hướng tự nổ) có thể đốt cháy arsen, giải phóng một lượng lớn arsen trioxide. Chất đó tương đối độc. Đừng hít vào.
Các nguyên tố thuộc hàng này cũng sẽ bốc mùi rất khó chịu. Selen và brom phản ứng mạnh mẽ, và Lowe nói rằng, selen cháy “có thể làm cho lưu huỳnh có mùi như nước hoa chanel.”
Nếu lửa không hủy hoại được nhôm, một điều kỳ lạ sẽ xảy đến với nó. Gali nóng chảy bên dưới sẽ bao quanh nhôm, phá vỡ cấu trúc của nó và làm cho nó trở nên mềm nhũn như giấy ướt.[6]
Lưu huỳnh cháy sẽ đổ xuống brom. Brom là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, một tính chất chỉ có duy nhất ở một nguyên tố khác: thủy ngân. Nó cũng là một thứ khá kinh. Ở điểm này, lượng các hợp chất độc hại do ngọn lửa này sinh ra là nhiều không đếm hết nổi. Tuy nhiên, nếu bạn làm thí nghiệm này từ khoảng cách đủ an toàn, bạn có thể sống sót.
Hàng thứ năm có một điểm thú vị: tecneti-99, viên gạch phóng xạ đầu tiên của chúng ta.
Tecneti là nguyên tố có số thứ tự nhỏ nhất không có đồng vị bền. Trong thí nghiệm của chúng ta, liều lượng phóng xạ do một hình lập phương có thể tích 1 lít của kim loại này tạo ra sẽ không đủ để làm chết người ngay, nhưng vẫn đáng kể. Nếu bạn đội nó như một cái mũ cả ngày,hoặc hít phải nó như hít bụi trong không khí thì nó chắc chắn sẽ giết chết bạn.
Không phải mũ để đội
Không kể tecneti thì hàng thứ năm có nhiều điểm giống hàng thứ tư.
Đến hàng thứ sáu! Bất kể bạn cẩn thận tới mức nào, hàng thứ sáu chắc chắn sẽ giết chết bạn!
Phiên bản bảng tuần hoàn này lớn hơn một chút so với bảng tuần hoàn các bạn thường dùng do chúng tôi đã chèn thêm nhóm lantan và nhóm actinide vào hàng 6 và hàng 7. (Các nguyên tố thuộc hai nhóm này thường được tách riêng khỏi bảng chính để tránh cho bảng chính quá dài.)
Hàng thứ sáu của bảng tuần hoàn có vài nguyên tố phóng xạ: prometi, poloni[7], astatin và radon. Astatin thì khá xấu tính.[8]
Chúng ta không biết astatin trông như thế nào, bởi vì, như Lowe đã nói, “chất này thật ra không muốn tồn tại.” Nó phóng xạ mạnh (với chu kỳ bán rã tính bằng giờ) tới mức bất kỳ miếng astatin lớn nào cũng sẽ bị bốc hơi nhanh chóng do chính nhiệt của nó. Các nhà hóa học ngờ rằng nó phải có bề mặt màu đen, nhưng không ai thực sự biết cả.
Không có dữ liệu về quy tắc an toàn nào cho astatin. Nếu có, nó sẽ chỉ là chữ “KHÔNG” được viết đi viết lại một cách nguệch ngoạc nhiều lần bằng máu đã bị cháy thành than.
Khối lập phương của chúng ta, tuy chỉ trong chốc lát, có chứa nhiều astatin hơn tất cả lượng astatin đã được tổng hợp từ xưa tới nay. Tôi nói “trong chốc lát” vì nó ngay lập tức sẽ biến thành một cột khí cực nóng. Chỉ riêng nhiệt lượng được tạo ra sẽ gây bỏng độ ba cho bất kỳ ai đứng gần, và tòa nhà sẽ bị đánh sập. Đám mây khí nóng sẽ bốc thẳng lên trời, trút ra nhiệt và bức xạ.
Vụ nổ vừa đủ lớn để mang lại những rắc rối lớn nhất về thủ tục hành chính cho phòng thí nghiệm của bạn. Nếu vụ nổ nhỏ hơn, bạn có thể che giấu nó. Nếu nó lớn hơn, chẳng còn ai sống sót trong thành phố để bắt ta giải trình về nó cả.
Bụi và những mảnh vỡ được phủ bởi astatin, poloni, và các sản phẩm phóng xạ khác sẽ rơi như mưa từ các đám mây, làm cho khu phố xuôi theo chiều gió sạch bóng người.
Các mức độ bức xạ sẽ vô cùng cao. Vì một cái chớp mắt kéo dài một phần vài trăm milli giây, nên bạn sẽ biết được liều lượng bức xạ gây tử vong trong chớp mắt theo nghĩa đen là như thế nào.
Bạn sẽ chết bởi một thứ gọi là “nhiễm độc phóng xạ cấp tính nghiêm trọng”, tức là sẽ bị nướng chín.
Hàng thứ bảy sẽ còn tồi tệ hơn nhiều.
Các nguyên tố phóng xạ mạnh tạo thành một nhóm kỳ lạ nằm ở cuối bảng tuần hoàn, gọi là các nguyên tố siêu urani. Trong một thời gian dài, nhiều nguyên tố trong số này được gọi bằng những cái tên để giữ chỗ như “unununium”, nhưng dần dần, chúng sẽ được đặt cho những cái tên chính thức.
Nhưng cũng không cần làm vội, bởi vì phần lớn các nguyên tố này đều rất không bền đến mức chúng chỉ có thể được tạo ra trong các máy gia tốc hạt và chỉ tồn tại trong vòng một vài phút. Nếu ban đầu bạn có 100.000 nguyên tử Livermori (nguyên tố 116), bạn sẽ chỉ còn một nguyên tử chỉ sau một giây và nguyên tử đó cũng sẽ biến mất sau một vài trăm milli giây sau đó.
Thật không may cho dự án của chúng ta là các nguyên tố siêu urani không biến mất trong yên lặng. Chúng phân rã phóng xạ. Và hầu hết trong số chúng phân hủy thành những thứ cũng phân rã. Một khối lập phương của một nguyên tố bất kỳ có số hiệu lớn nhất trong số đó cũng sẽ phân hủy trong một vài giây, giải phóng một lượng lớn năng lượng.
Kết quả không phải là giống như một vụ nổ hạt nhân – mà nó thực sự là một vụ nổ hạt nhân. Tuy nhiên, quá trình xảy ra không giống như trong một quả bom nguyên tử, nó không phải là phản ứng dây chuyền mà chỉ là một phản ứng. Tất cả sẽ xảy ra cùng một lúc.
Lượng năng lượng như thác lũ này ngay lập tức biến bạn – và những nguyên tố còn lại trong bảng tuần hoàn – thành plasma. Vụ nổ tương đương với một vụ nổ hạt nhân cỡ trung bình nhưng bụi phóng xạ được giải phóng sẽ khủng khiếp hơn rất nhiều – một món salad hổ lốn gồm tất cả các nguyên tố trong bảng tuần hoàn đang chuyển hóa thành những thứ còn lại còn có thể chuyển hóa được một cách chóng mặt.
Một đám mây hình nấm sẽ hình thành phía trên thành phố. Đỉnh của cây nấm sẽ vươn tới tận tầng bình lưu nhờ chính nhiệt lượng của nó. Nếu bạn ở trong một khu vực đông dân cư, thương vong tức thời từ vụ nổ sẽ vô cùng lớn, nhưng ô nhiễm lâu dài từ bụi phóng xạ còn tồi tệ hơn nhiều.
Bụi phóng xạ này sẽ không phải là loại bụi hạt nhân bình thường[9] – mà sẽ giống như một quả bom nguyên tử phát nổ không ngừng. Các mảnh vỡ lan tràn khắp thế giới, gây ra lượng phóng xạ gấp hàng nghìn lần thảm họa Chernobyl. Toàn bộ khu vực bị tàn phá, công việc dọn dẹp sẽ phải kéo dài hàng thế kỷ sau đó.
Thú sưu tập rõ là vui, nhưng chắc bạn sẽ không muốn thu thập tất cả các nguyên tố hóa học đâu!
❀ ❀ ❀
[1] Tương tự, thang đo cường độ gió F (Fujita) đã được thay thế bằng thang EF (Fujita mở rộng). Đôi khi, một đơn vị đo trở nên lỗi thời bởi vì xài nó rất kinh khủng – chẳng hạn, “kip” (1.000 pound lực), “kcfs” (hàng nghìn foot khối mỗi giây), và “độ Rankine” (độ F trên độ không tuyệt đối). (Tôi đã phải đọc các bài báo kỹ thuật sử dụng các đơn vị này.) Những khi khác, bạn có thể nhận thấy rằng các nhà khoa học chỉ muốn có thứ gì đó để “chỉnh” mọi người.
[2] Trong phim Star Wars, con tàu Death Star bắn một chùm tia phá hủy toàn bộ Alderaan chỉ trong một phần tí teo của giây. (ND)
[3] Một khẩu súng vạn năng, không thể bị phá hủy nhưng ta có thể nắm giữ mà không lo cánh tay bị xé nát. Đừng lo lắng, chuyện đó sau này sẽ xảy ra ngay!
[4] …trừ phi Kyp Durron sử dụng Thần lực để lôi nó lên.
[5] Nguyên văn: Tickling the dragon’s tail.
[6] Khi kéo tay ra, hãy để ý đến những triệu chứng của bệnh giảm áp suất do các bọt nitơ trong mạch máu ở tay.
[7] Hy vọng thế.
[8] Qua nhiều thập kỷ, trọng lực sẽ tăng lên nhanh hơn mức bạn nghĩ đôi chút, vì vật chất trên Trái đất sẽ bị nén lại dưới khối lượng của chính nó. Lực nén bên trong các hành tinh thì gần như tỷ lệ thuận với bình phương diện tích bề mặt, vậy nên nhân Trái đất sẽ bị nén lại chặt hơn. Tham khảo tại đây.
[9] Mặc dù một số nguyên tố phóng xạ như urani khá nặng, chúng bị ép ra khỏi các lớp phía dưới vì các nguyên tử của chúng không tương thích với các mạng nguyên tử của phần đá ở độ sâu này. Để tìm hiểu thêm, xem bài viết này.
