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

Как только приоритет в синтезе элемента № 106 был отдан исследователям из Национальной лаборатории имени Лоуренса, они предложили назвать его сиборгием (Sg). ИЮПАК не оценил идею, сказав, что нет такой традиции называть элементы в честь людей прижизненно. Подключившееся к разбирательствам Американское химическое общество сказало, что в правилах ИЮПАК нет официального запрета на то, чтобы называть элементы в честь живых людей, и напомнило, что механизм названия элемента № 100 фермием был запущен ещё при жизни Энрико Ферми. Комиссия по номенклатуре ИЮПАК вняла доводам американцев, и в начале декабря 1997 года закрепило за элементом № 106 название сиборгий, сделав Глену Сиборгу и команде Беркли Рождественский (а может новогодний) подарок.

В канун 1998 года в почтовые службы разных стран мира люди стали приносить поздравительные открытки, в которых вместо почтового адреса стояло четыре пары букв: Sg, Bk, Cf, Am. Возможно, часть этих открыток затерялась, но большая их часть всё же была исправно доставлена — таким образом люди, знакомые с химией, поздравляли Сиборга с тем, что он прижизненно «прописался» в Периодической системе. Адрес расшифровывался так: Сиборгу — Беркли — Калифорния — Америка. Остальные элементы, которыми был зашифрован адрес — берклий, калифорний и америций, как было описано выше, получены при непосредственном участии Глена Сиборга.

Что же представляет сиборгий? Он является близким аналогом молибдена и вольфрама. Известно, что он проявляет степень окисления +6, образуя очень летучий гексафторид (SgF6), а также умеренно летучий гексахлорид (SgCl6) и оксихлориды SgO2Cl2 и SgOCl4 — соединения, аналогичные соединениям других элементов группы хрома.

Единственной другой степенью окисления сиборгия, кроме +6, является нулевая степень окисления. В 2014 году было показано, что сиборгий, аналогично своим трем более легким соседям по группе, образующим гексакарбонильные комплексы, даёт летучий гексакарбонилсиборгий(0) Sg(CO)6, который также летуч, как и его аналоги (Science, 2014: Vol. 345, Issue 6203, Р. 1491–1493).

107. Борий

Может возникнуть вполне резонный вопрос — зачем тратить столько времени, сил и ресурсов на синтез трансфермиевых элементов? Их сложно синтезировать, но, как показывает практика, их получение представляет собой более простой процесс, чем изучение их химических свойств. Получают их в таких количествах, что можно не думать не об их практическом применении, но и даже нельзя полноценно применять термин «период полураспада», который является статистической величиной и может применяться к сотням и больше тысяч атомов, с определённой натяжкой — к сотням и никогда к десяткам (чтобы осознать что такое статистическая величина, представьте — если вы будете кидать монету тысячу раз, то около пятисот раз выпадет «орёл» и около пятисот раз «решка», но если вы кинете ту же монету десять раз, вряд ли она упадет вверх «орлом» ровно пять раз). Тем не менее, синтез новых элементов и изучение их свойств, это не просто «химическое коллекционирование» и заполнение пустых клеток — эксперименты по синтезу сверхтяжёлых элементов позволяют проверить и уточнить теоретические выкладки, и элемент № 107 сыграл в изучении Периодического закона особую роль.

Особенность элемента № 107 — бория в том, что это первый искусственный химический элемент, полученный с помощью холодного слияния ядер. Суть холодного слияния в том, что эта методология сталкивает мишени и ядра атомов с относительно низкой энергией возбуждения (всего лишь с меньшей энергией, чем 20 МэВ). Понижение энергии столкновения нужно, чтобы дочернее ядро — продукт слияния не обладало избытком энергии и не разрушалось бы сразу после образования, не давая возможности себя обнаружить. Естественно, что холодное слияние протекает не при комнатной температуре (для слияния атомных ядер нужна энергия, эквивалентная температурам в десяток миллионов градусов), и его не нужно путать с псевдонаучной концепцией «холодного ядерного синтеза», анонсированного в 1989 году в сообщении Мартина Флейшмана и Стенли Понса об электрохимически индуцированном превращении дейтерия в тритий или гелий в условиях электролиза на палладиевом электроде или так называемой «биологической трансмутации».

О синтезе элемента № 107 впервые сообщила в 1976 году группа Юрия Цолаковича Оганесяна — исследователи изучали спонтанное деление продуктов реакции слияния ядер висмута 209Bi и хрома 54Cr. Как показали дальнейшие исследования изотопов элементов 107, 105 и 104, в реакции 209Bi+54Cr действительно рождаются ядра 261Bh и 262Bh, но многие выводы, сделанные в 1976 году группой из ОИЯИ, оказались ошибочными. Первый успешный синтез бория с помощью холодного слияния было осуществлено в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца в немецком городе Дармштадте — исследователи сталкивали те же ядра, что и учёные из Дубны, но при меньших энергиях, в результате чего было получено несколько изотопов элемента № 107, в том числе и 270Bh с периодом полураспада в 61 секунду.

В сентябре 1992 года учёные Дармштадта и Дубны, изучавшие элемент № 107 совместно договорились, что его следует назвать «нильсборий» в честь датского физика Нильса Бора. В 1993 году рабочая группа по трансфермиевым элементам ИЮПАК признала приоритет немецкой группы, а в 1994 году в своей рекомендации предложил название «борий», так как названия химических элементов не было принято образовывать из имени и фамилии учёного. Это предложение было окончательно утверждено в 1997 году (Pure and Applied Chemistry. — 1997. — Т. 69, № 12. — С. 2471–2473.).

В Периодической системе борий находится в седьмой (по старой номенклатуре — побочной подгруппе седьмой группы) с марганцем, технецием и рением. Однако, применение принципов специальной теории относительности к расчетам, предсказывающим свойства тяжёлых атомов, таких как борий, позволяло говорить о том, что они будут обладать аномальным поведением, отличаясь свойствами от типичных представителей своей группы. Расчёты расчётами, а эксперименты с резерфордием и дубнием действительно позволяли говорить, что свойства этих элементов благодаря релятивистским эффектам несколько отличаются от свойств, которые можно предсказать на основании Периодического закона. Пошли разговоры о том, что создатели трансфермиевых элементов вышли на тот рубеж, где прекращается действие Периодического закона и его графического отображения — Периодической системы.

Однако открытие сиборгия и бория показало, что списывать со счетов Периодический закон рано — да, релятивистские эффекты влияют на свойства элементов, но таким образом, что не меняют свойства элементов кардинальным образом, внося лишь незначительные коррективы, придавая трансфермиевым элементам специфические свойства. Так, изучение свойств оксихлорида бория BhO3Cl и других его соединений показало, что экспериментально определённые свойства бория хорошо согласуются со свойствами «экарения», предсказанными без квантовой механики, а исключительно методами Дмитрия Ивановича Менделеева (Nature, 2000. 407, Р. 63–65). Комментарий новостной службы издательского дома Science к статье о свойствах этого элемента был озаглавлен «Boring Bohrium Behaves as Expected» — «Скучный борий ведёт себя ожидаемо», подчёркивая дополнительно, что борий не демонстрирует никаких экзотических свойств, которые можно было бы приписать релятивистским эффектам.