Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

Тем не менее, считать, что нобелий назван в честь Нобелевских премий, в корне неверно. По правде говоря, элемент № 102 вообще не должен был носить название «нобелий». Впервые он был получен в 1956 году в Объединённом Институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне группой академика АН СССР Георгия Николаевича Флёрова с помощью бомбардировки урана 238U ядрами неона. Советские физики-ядерщики назвали элемент «жолиотий» (Jl) в честь умершей в марте 1956 года Ирен Жолио Кюри — дочери Пьера и Мари Кюри и лауреата Нобелевской премии по химии 1935 года, вручённой «…за выполненный синтез новых радиоактивных элементов…». Увы, сообщение советской исследовательской группы о синтезе элемента № 102 было просто проигнорировано научной общественностью во всём мире. Только в 1997 ИЮПАК официально признал приоритет ОИЯИ в синтезе элемента № 102, утвердив при этом название нобелий.

Спустя два года после получения в Дубне жолиотия нобелий был получен на линейном ускорителе тяжёлых ионов в Университете Калифорнии Беркли в группе Альберта Гиорсо и Глена Сиборга. Исследователи из Калифорнии выбрали другую стратегию синтеза — бомбардировку кюрия ядрами углерода 12С. Причинам не верить в синтез элемента № 102 получившим уже около десятка трансурановых элементов Гиорсо и Сиборгу (последний в 1951 году уже успел стать Нобелевским лауреатом) у международной учёной общественности не было, однако не Гиорсо с Сиборгом назвали элемент нобелием — элемент № 102 был известен под этим названием около года.

Дело в том, что в 1957 году ученые Нобелевского института физики в Стокгольме тоже сообщили о синтезе элемента № 102 с периодом полураспада в десяток минут. Шведские физики-ядерщики пошли фактически тем же путём, что год прошли Сиборг с Гиорсо — бомбардировку кюрия ядрами углерода 13С. Неудивительно, что шведы хотели назвать элемент в честь своего института — нобелием, однако что-то пошло не так, и эксперимент шведов не только ни разу не был воспроизведён, но и нуклид элемента № 102, о получении которого они заявили, до сих пор не был синтезирован ни одной из исследовательских групп. Тем не менее, Сиборг с Гиорсо оставили название «нобелий». Как уже было написано выше, это был своеобразный способ уважить шведов, которые действительно получили элемент № 100, о котором исследователи из Беркли молчали несколько лет по соображениям секретности, поскольку обнаружили его как побочный эффект испытания термоядерного боеприпаса. И, хотя де-факто элемент № 102 назван нобелием в честь института, где он на самом деле не был получен, у большей части людей его название ассоциируется с Альфрадом Нобелем, точнее нобелевскими премиями. Возможно, оно и к лучшему, так как по мне название «жолиотий» менее яркое, чем «нобелий».

Хотя к настоящему времени получено около десятка изотопов нобелия, о нём, как и о многих других короткоживущих искусственно синтезированных элементах, известно мало. Теоретически, он должен представлять собой металл с серебристым блеском, но он никогда не был получен в количестве, достаточном для проверки или опровержения этого предсказания. Известно, что в растворе он проявляет степени окисления +2 и +3, причём +2 несколько более устойчива. Измеренное значение стандартного электродного потенциала нобелия (+2.61 В) позволяет говорить, что в свободном виде этот элемент должен проявлять активность, сравнимую с активностью натрия. Как и всем трансфермиевым элементам, нобелию не найдено практическое применение, и вряд ли когда он будет применяться.

103. Лоуренсий

С названием элемента № 103 возникала коллизия не только о названии — до сих пор химики дискутируют о том, где конкретно в Периодической системе он должен располагаться. Формально лоуренсий замыкает ряд актиноидов. Этот элемент был впервые синтезирован 14 февраля 1961 года в Радиационной лаборатории им. Лоуренса при Калифорнийском университете исследовательской группой Альберта Гиорсо — исследователи бомбардировали мишень из трех миллиграмм изотопной смеси кюрия ядрами бора 10B и 11B. Американские ядерные химики предложили название лоуренсий (Lr) в честь изобретателя циклотрона и лауреата Нобелевской премии по физике Эрнестом Орландо Лоуренса.

В 1965 году в ходе независимых исследований советские физики из ОИЯИ в Дубне под руководством Флёрова получили другие изотопы элемента № 103, бомбардируя мишень из америция ядрами кислорода 18О. Учёные из Дубны предложили назвать его резерфордием (Rf) в честь Эрнста Резерфорда, лауреата Нобелевской премии по химии, отца ядерной физики (до 1997 года элементы 102–106 по-разному назывались и по-разному обозначались в Периодических системах разных стран, и по виду Периодической системы можно было определить, на какую из стран — США или СССР ориентируется в политике и экономике то или иное государство). В конечном итоге решением ИЮПАК от 1992 года приоритет в синтезе элемента № 103 и право названия элемента было отдано команде из Беркли.

Начиная с 1969 года химические свойства лоуренсия начали активно изучаться (активно настолько, насколько это позволяло малые количества элемента). Оказалось, что в газовой фазе элемент образует хлорид LrCl3, в водных растворах также стремится принять степень окисления +3. Казалось бы, такого рода эксперименты должны однозначно определить место лоуренсия в Периодической системе, но не тут-то было.

Как это не удивительно, до настоящего времени химики и физики не пришли к единому мнению о том, какое положение должно быть у начинающего ряд лантаноидов лантана (La) и завершающего этот ряд лютеция (Lu), а также начального и конечного элементов в ряду актиноидов — актиния (Ac) и лоуренсия (Lr) соответственно. Теоретические исследования, проводимые разными группами специалистов по квантовой химии, различаются результатами. По одним данным у всех четырех элементов заполняется f-электронный подуровень, то есть их нужно отнести к f-элементам. Другие версии столь же убедительно позволяют считать их d— или p-элементами.

Казалось бы, в чем проблема? Расставлять электроны по ячейкам и изображать электронную конфигурацию элемента учат на уроках химии в школе. Однако правило Клечковского — эмпирическое правило, описывающее энергетическое распределение электронных подуровней в многоэлектронных атомах, без проблем выполняется для только для относительно легких химических элементов. Механически же использовать его для предсказания электронной конфигурации лантаноидов и актиноидов, как, впрочем, и других элементов, начиная с шестого ряда Периодической системы, затруднительно. Дело в том, что увеличение заряда ядра заставляет электроны атома двигаться быстрее, а это, в соответствии с законами специальной теории относительности, увеличивает их массу, что в итоге влияет на распределение электронов по уровням и подуровням. Это — релятивистский эффект в квантовой химии, и не принимать его во внимание при моделировании электронного распределения лантаноидов и актиноидов невозможно.

В 1982 году Уильям Йенсен с помощью квантовохимических методов без релятивистских поправок рассчитал, что у лютеция нет свободных f-орбиталей. Используя полученную с помощью своих расчетов информацию об электронной плотности, а также на основании периодических изменений атомного радиуса, температуры плавления и электроотрицательности, он предложил поместить этот элемент в третью группу в клетку, расположенную под скандием и иттрием. Он же предлагал разместить лоуренсий под лютецием, опираясь, правда, уже не на электронное строение, а на близость свойств лютеция и лоуренсия (J. Chem. Educ., 1982, 59 (8), p 634). По версии Йенсена, блоки f-элементов должны были содержать по 14 элементов и содержать элементы от лантана до иттербия и от актиния до нобелия.