“มีพลวง สารหนู อลูมิเนียม ซีลีเนียม…” เริ่มต้นเพลงของ Tom Lehrerองค์ประกอบ- นับตั้งแต่เขาแต่งมันขึ้นมา มนุษยชาติได้สร้างองค์ประกอบเทียมขึ้นมาหลายอย่างนอกเหนือจากนั้น- ขณะนี้มีองค์ประกอบ 118 องค์ประกอบ และเราเห็นคนถามคำถามง่ายๆ แต่ลึกซึ้งอยู่เป็นระยะๆ ว่า คุณสามารถสร้างโมเลกุลที่มีองค์ประกอบทั้งหมดได้หรือไม่
คำตอบในตอนแรกนั้นน่าเบื่อ: เป็นเรื่องง่ายๆ แต่เหตุผลที่คุณไม่สามารถซับซ้อนและหลากหลายได้ บ้างก็มาจากโครงสร้างทางเคมี บ้างก็มาจากความไม่เสถียร พร้อมด้วยฟิสิกส์พื้นฐานที่คุณไม่ต้องการทำผิดด้าน
โมเลกุลแพนอะตอม
แทนที่จะคิดว่าเหตุใดเราจึงประกอบไม่ได้ ลองจินตนาการว่าเราสามารถประกอบมันโดยใช้เวทมนตร์แล้วดูว่ามันจะแตกสลายได้เร็วแค่ไหน จากโอกาเนสสันไปสู่ไฮโดรเจน เราก็มีโมเลกุลแพนอะตอมที่สวยงามซึ่งเป็นที่ต้องการมานานปรากฏต่อหน้าต่อตาเรา แต่ก่อนที่เราจะได้ชื่นชมมัน เราน่าจะได้เห็นแสงวูบวาบขนาดใหญ่ เปลวไฟ และก๊าซพิษเล็กน้อย บนพื้นจะมีเขม่า สนิม และ-
สาเหตุหลักที่ทำให้โมเลกุลแตกสลายก็คือองค์ประกอบที่หนักกว่าจำนวนมากไม่เสถียรซึ่งเป็นหมายเลข 118 มีครึ่งชีวิต 0.7 มิลลิวินาที หมายเลข 116 ลิเวอร์มอเรียม สามารถคงอยู่ได้นานกว่า 10 เท่า แต่ก็ยังอยู่เหนือการรับรู้ของมนุษย์ในช่วงเวลาหนึ่ง โมเลกุลเหล่านี้จะแตกสลายก่อนที่เราจะรู้ตัว โดยธาตุที่หนักกว่าจะสลายตัวและอาจจะเริ่มเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่กับธาตุกัมมันตภาพรังสีซึ่งมีความเสถียรมากกว่า ปัง แฟลช ฟู่…
ปัญหาเกี่ยวกับเคมี
เนื่องจากเวทมนตร์ไม่มีอยู่จริง วิธีที่ดีในการสร้างโมเลกุลนี้ก็คือการประกอบมันจากส่วนประกอบที่เล็กที่สุด เราเริ่มต้นด้วยไฮโดรเจนที่เบาที่สุดและองค์ประกอบในจักรวาล เราพบมันได้ทุกที่และเป็นมิตรกับองค์ประกอบอื่นๆ มากมาย! ทางเลือกที่ดีที่จะเริ่มต้นด้วย แล้วเราก็พบกับฮีเลียม องค์ประกอบที่เบาเป็นอันดับสองคือก๊าซมีตระกูล ซึ่งเป็นองค์ประกอบประเภทหนึ่งที่ไม่จำเป็นต้องสร้างสารประกอบโมเลกุลเนื่องจากไม่มีปัญหาเรื่องความไม่เสถียร
เป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ เช่นเพื่อให้ฮีเลียมและก๊าซมีตระกูลอื่น ๆ กลายเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบ สารประกอบฮีเลียมที่เสถียรได้ถูกสร้างขึ้นแต่ภายใต้แรงกดดันอันเหลือเชื่อเท่านั้น
กล่าวง่ายๆ ก็คือ องค์ประกอบทางเคมีจะเกิดพันธะกันโดยการแบ่งปันหรือให้อิเล็กตรอนแก่กัน ดังนั้นออร์บิทัลของอิเล็กตรอนจึงอยู่ในโครงสร้างที่เสถียรที่สุด องค์ประกอบบางอย่างหมดหวังที่จะทำเช่นนั้นและมีปฏิกิริยาโต้ตอบมาก อื่นๆ เช่น ก๊าซมีตระกูล ทองคำ หรือแพลทินัม ก็มีไม่มากนัก
ทุกอย่างขึ้นอยู่กับอุณหพลศาสตร์
แล้วการนำองค์ประกอบที่มีความเสถียรทั้งหมดมารวมเข้าด้วยกันล่ะ? หรืออาจจะหลอมรวมเป็นชิ้นเดียวภายใต้ความกดดันแล้วปล่อยให้มันเย็นลง? ใช้งานไม่ได้เหรอ? น่าเสียดายที่บอสคนสุดท้ายของการทดลองสมมุติทางฟิสิกส์ไม่สามารถเอาชนะได้ แน่นอนว่าเรากำลังพูดถึง-
ระบบต่างๆ ในจักรวาลมีแนวโน้มไปสู่ความสมดุลและยังอยู่ในสถานะพลังงานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อีกด้วย ไม่ว่าคุณจะพยายามติดองค์ประกอบเข้าด้วยกันหรือละลายองค์ประกอบเหล่านั้นในถ้วยใส่ตัวอย่างพิเศษ อุณหพลศาสตร์จะชนะ สารประกอบที่เล็กกว่าและเรียบง่ายกว่าจะมีความเสถียรและผลิตได้ง่ายกว่าสารประกอบที่ซับซ้อนกว่า
นี่ไม่ได้หมายความว่าไม่สามารถสร้างสารประกอบที่หลากหลายและซับซ้อนได้ มีตัวอย่างของสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติซึ่งแสดงให้เห็นว่ามีความซับซ้อนเกิดขึ้น ยกตัวอย่างเช่น- ประกอบด้วยธาตุที่แตกต่างกัน 6 ธาตุ ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ออกซิเจน โคบอลต์ และฟอสฟอรัส หรือแร่ธาตุต่างๆสฟาเลอไรต์ซึ่งมีโครงสร้างซิงค์ซัลไฟด์พื้นฐานสามารถรองรับสิ่งสกปรกของธาตุอื่นๆ ได้ โดยมีแคดเมียม ปรอท แมงกานีส แกลเลียม เจอร์เมเนียม และอินเดียมแทนสังกะสี และซีลีเนียมและเทลลูเรียมแทนกำมะถัน
แต่โมเลกุลที่มีธาตุต่างกันหกธาตุหรือแร่ธาตุที่มีศักยภาพในการสร้างสิ่งเจือปนจำนวนมากไม่ได้ทำให้โมเลกุลทั่วอะตอมนี้เป็นสิ่งที่เราต้องการ ธรรมชาติไม่ต้องการให้เราเป็นผู้สมบูรณ์
