Читать книгу "Таблица Менделеева. Элементы уже близко - Аркадий Искандерович Курамшин"

продолжается с привлечением разных моделей квантово-химических расчетов. К сожалению, разные допущения, которые неизбежны при применении отличающихся друг от друга расчетных методов, могут значительно влиять на их результаты и объяснения, базирующиеся на этих результатах, поэтому поиск идеальной квантово-химической модели, описывающей поведение и положение лантаноидов и актиноидов в Периодической системе, продолжается до сих пор (Physical Chemistry Chemical Physics. 2018. DOI: 10.1039/c8cp01056k).

104. Резерфордий

В 1960-е годы дискуссии о положении элемента №103 в Периодической системе ещё не велись, методы квантовой химии стали применяться к объектам, содержащим такое большое количество электронов, позже, поэтому в то время лоуренсий-резерфордий (в номенклатуре США и СССР) соответственно однозначно был последним из актиноидов, завершая очередной блок Периодической системы. Конечно же, и у советских, и у американских специалистов по трансфермиевым элементам тут же возникло желание смело идти туда, где не ступала нога человека, и началась гонка за элементом №104 – соперничество СССР и США шло по всем направлениям. Методология обеих групп была одинаковой – мишени из тяжёлых (зачастую не просто тяжелых и радиоактивных, но и короткоживущих атомов) обстреливали ионами или ядрами более лёгких атомов. Легкие «ядерные пули» нужно было направлять в мишень с такой энергией, чтобы они смогли преодолеть возникающие между ядрами силы электростатического отталкивания и сблизиться настолько, чтобы «заработали» ультракороткодействующие сильные внутриядерные взаимодействия и два ядра слились бы в одно, более тяжёлое. При одинаковой методологии советских и американских физиков мишени и ядра, летящие в них, различались.

Впервые элемент №104 был синтезирован в 1964 году учёными ОИЯИ под руководством академика Флёрова. В качестве мишени дубнинские ученые выбрали плутоний 242Pu, который бомбардировали ядрами неона 22Ne. Продукты слияния ядер немедленно хлорировали, и хлориды направляли к детекторам. Новый элемент был получен, хотя самые первые эксперименты не позволяли определить ни массу полученных ядер элемента №104, ни период его полураспада.

Три года спустя исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, не будучи в состоянии воспроизвести эксперимент советских коллег-конкурентов, поставили свой эксперимент – они бомбардировали ядра калифорния 249Cf ядрами углерода 12С и были уверены, что получили элемент №104 с атомной массой 257, который при α-распаде превращался в нобелий 253No, эти результаты были подтверждены в 1973 году другой американской группой. Элемент №104 также был получен в 1985 году физиками из Дармштадта, облучавшими более лёгкую мишень более тяжёлыми «снарядами» – на фольгу из свинца 208Pb направляли ядра титана 50Ti.

Так как какое-то время обе группы были на 100% уверены в своём первенстве, каждая из них назвала элемент по-своему: американские физики выбрали название «резерфордий» (Rf) в честь Эрнеста Резерфорда, советские – «курчатовий» (Ku) – в честь Игоря Васильевича Курчатова, советского физика, «отца» советской атомной бомбы, создателя первой в мире атомной электростанции (Обнинская АЭС, запуск 26 июня 1954 года), трижды Героя Социалистического Труда и академика АН СССР.

В 1992 году рабочая группа ИЮПАК по трансфермиевым элементам оценила заявки об открытии элемента 104 из Дубны и Беркли, сделав в результате вывод о том, что обе группы привели достаточные доказательства его синтеза и честь открытия должна быть разделена между ними. Физики из США обиделись и ответили на выводы комиссии, что она придаёт слишком большое значение результатам группы Объединённого института ядерных исследований. В частности, они указали, что за 20 лет советские учёные несколько раз изменяли детали их заявлений о свойствах резерфордия, что, впрочем, наши физики-ядерщики и не отрицали. В ИЮПАК ответили, что это не имеет значения и что они учли все возражения, приведённые американской группой, и заявили, что не находят причин для пересмотра их заключения о приоритете открытия. В конце концов, дискуссия была завершена только в 1997 году, когда ИЮПАК рекомендовал использовать название, предложенное американцами.

Несколько изотопов резерфордия характеризуются периодами полураспада порядка несколько секунд, что позволяет исследовать их химические свойства до разрушения. Периоды полураспада 261Rf, 263Rf и 267Rf составляют минуту, 10 и 30 минут соответственно, но эксперименты обычно проводят с 261Rf – этот нуклид хоть и отличается небольшим временем жизни, его проще получить. Резерфордий является тем трансфермиевым элементом, о химических свойствах которого еще можно рассуждать (да, в химической литературе можно найти информацию о химических свойствах и более тяжелых элементов, полученную с помощью обобщения и расширения экспериментов, проведенных для десятков или даже единиц атомов, но насколько точно можно переносить полученную таким образом информацию на процессы, в которых участвует количество частиц, превышающее миллиарды, – именно с этого момента можно говорить о статистической значимости результатов, – не совсем понятно).

Для резерфордия известно, что его химические свойства более похожи на свойства циркония и гафния, а не актиноидов, проявляющих в своих соединениях степень окисления +3. Это, в свою очередь, позволяет сделать вывод о том, что резерфордий относится к той же группе Периодической системы, где находятся Zr и Hf, и его нельзя считать «суперактиноидом». Формула хлорида резерфордия RfCl4, это вещество возгоняется при 220 °C, подобно тетрахлориду циркония, проявляя при этом летучесть большую, чем тетрахлорид гафния, и гораздо большую, чем тетрахлориды актиноидов. Все это говорит о том, что и у самого края известной на настоящий момент Периодической системы правила периодической изменчивости свойств элементов продолжают работать.

105. Дубний

Соперничество групп Георгия Николаевича Флёрова из ОИЯИ и Альберта Гиорсо из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (бывшей Радиационной лаборатории Калифорнийского университета Беркли) продолжалось. Такие были времена: в нашей стране лозунг «Догоним и перегоним Америку!» применялся во всем – в космической гонке, в соперничестве на зимних и летних олимпиадах, ну и в том, кто быстрее будет продвигаться в заполнении пустых ячеек Периодической системы (я перечислил те примеры соперничества, которые в любом случае двигали человечество вперёд, однако основное соревнование двух сверхдержав называлось «гонка вооружений»).

В апреле 1968 года исследователи из группы Г.Н. Флёрова бомбардировали мишень из америция 243Am ядрами неона 22Ne и заявили, что получили изотопы элемента №105 с атомными массами 260 (период полураспада 1,5 секунды) и 261 (период полураспада 1,8 секунды). В 1970 году учёные из Дубны представили еще больше данных, подтверждающих свое открытие, и предложили назвать элемент нильсборием (Ns) в честь датского физика Нильса Бора, лауреата Нобелевской премии по физике 1922 года «…за заслуги в изучении строения атома…». В 1970 году Гиорсо с коллегами также получили нуклид элемента №105 с атомной