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

первый элемент в Периодической системе, химические свойства которого не изучены экспериментально – пока еще не удалось получить достаточно устойчивых изотопов, чтобы провести такое исследование. Теоретические предсказания позволяют полагать, что нуклид 271Mt (он будет содержать «магическое число» нейтронов – 162), который можно получить слиянием урана с хлором или берклия с магнием, будет жить достаточно долго, чтобы изучить химические свойства мейтнерия, однако, несмотря на то что эксперименты по синтезу такого нуклида проводятся, он пока ещё не получен. Что же касается теоретических предсказаний свойств элемента №109 в соответствии с Периодическим законом (и квантово-химическими расчётами), ожидается, что мейтнерий должен быть благородным металлом, проявляющим степени окисления +6, +3 и +1, причём в водном растворе наиболее стабильными будут ионы, содержащие мейтнерий в степени окисления +3.

110. Дармштадтий

От рождения до разрушения первого синтезированного нуклида дармштадтия – 269Ds – прошло 270 микросекунд. Такая кратковечность, естественно, стала причиной споров о том, кто же на самом деле получил этот элемент первым. В 1987-м заявку на его открытие подавал Объединённый институт ядерных исследований в Дубне, в 1991 году – Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли, но в обеих заявках было недостаточно твёрдой аргументации. В итоге дармштадтий стал четвёртым элементом, полученным в дармштадтском Центре по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца (GSI). До этого там были получены и выделены борий, хассий и мейтнерий.

Дармштадтий получил свое название в честь города Дармштадта, в котором расположен Центр по изучению тяжёлых ионов. В качестве варианта названия рассматривалось еще и такое, как «виксхаусий» – по северному муниципальному району Дармштадта Виксхаузену, в котором расположен Центр, но здравый смысл восторжествовал, и элемент был назван в честь всего города (представьте названия «воробьёвогорий» или «китайгородий» вместо «московия», о котором пойдёт речь далее).

В ноябре 1994 года в GSI международная исследовательская группа, руководителями которой были Сигурд Хофманн, Петер Амбрустер и Готтфрид Мюнценберг, бомбардировала мишень из свинца 208Pb ионами никеля 62Ni. Несмотря на то что в свинцовую мишень попадало несколько триллионов ионов никеля ежесекундно, образовалось только три атома дармштадтия 269Ds, который распадался, последовательно образуя ядра хассия, сиборгия и резерфордия. Для того чтобы получить такие элементы, как дармштадтий, необходимо разгонять частиц, бомбардирующие мишень (в данном случае – ионы никеля) до скорости, составляющей около 10% скорости света, придавая им достаточно энергии для преодоления электростатического отталкивания ядер, позволяющих им осуществить слияние.

Для разгона ионов никеля до нужной скорости исследователи из Дармштадта ускоряли их на «универсальном линейном ускорителе» UNILAC – 120-метровой камере, снабжённой электромагнитами, придававшими частицам всё большую и большую скорость. Большая часть столкновений не привела к желаемому результату, но несколько случайных слияний (обычно сопровождаемых утратой нейтронов) произошли, и получились ядра дармштадтия, который самопроизвольно распадался с испусканием α-частиц (ядер атома гелия) с образованием более стабильных продуктов.

Поскольку через ускоритель ежесекундно проносятся триллионы частиц, сложности возникают не только в слиянии атомных ядер, но и в отделении продуктов слияния от общего потока частиц. Для этого применяется технология, известная как «сепаратор тяжёлых ионов – продуктов реакции» (Separator for Heavy Ion reactor Products, SHIP). Устройство SHIP работает как фильтр, в котором электрические и магнитные поля позволяют отделять продукты со строго определённым зарядом ядра (для получения дармштадтия это был заряд 110), в то время как «ненужные» атомы и ионы меняют направление движения так, что пролетают мимо детектора.

О химических свойствах дармштадтия на настоящий момент не известно ничего. Несмотря на то что самый стабильный нуклид этого элемента – 281Ds – живёт в среднем 11 секунд, что достаточно для проведения химических исследований, препятствием является слишком медленная скорость синтеза этого нуклида, в результате чего просто не удается получить достаточно материала для обоснования статистически значимых результатов эксперимента. Ожидается, что свойства дармштадтия будут похожи на свойства платины, но это ещё нужно доказать.

Любопытно, что любой из нас, посещая Дармштадт, сможет увидеть Дармштадтий воочию и даже посетить его – в 2008 году мэрия Дармштадта назвала «Дармштадтием» центр для конференций, конгрессов и просто концертов (так, на декабрь 2018 года в Дармштадтии было запланировано «Лебединое озеро» в исполнении артистов Русского национального балета).

111. Рентгений

В 2004 году элемент №111, временный символ которого состоял из трех букв «u» – Uuu (Unununium, унунуний – «сто одиннадцатый» на латыни), был назван совместной рабочей группой ИЮПАК и ИЮПАП «рентгением» (Rg).

Сам рентгений был синтезирован в декабре 1994 года в Центре по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца. У первой статьи о синтезе элемента №111 тринадцать авторов, среди которых, кроме представителей команды Дармштадта, трое российских учёных из дубнинского ОИЯИ, два словака, болгарин и финн – противостояние и «трансфермиевые войны» сменились сотрудничеством (Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei, 1995, Volume 350, Issue 4, Р. 281–282).

Эксперимент, в ходе которого был получен рентгений, заключался в бомбардировке мишени из висмута 209Bi ионами никеля 64Ni, ядра никеля сталкивались с мишенью в режиме упомянутого выше холодного слияния, чтобы не допустить накопления дочерним ядром – продуктом слияния, большой энергии, приводящей к его нестабильности.

Успешные, то есть приводящие к слиянию ядер, столкновения протекали нечасто. Причина этого в том, что ядро атома занимает крайне малый объём по отношению к размерам самого атома, границы которого определяются границами его электронной плотности, то есть, если утрировать, фраза «мишень из висмута обстреливали ионами никеля» в большинстве случаев может звучать как «пустоту бомбардировали пустотой». Тем не менее, несмотря на ничтожно малую вероятность «правильного» столкновения ядер, в 1994 году удалось наблюдать три успешных столкновения, в результате которых образовалось три атома элемента №111 с массой 272. Эти атомы были крайне нестабильными и за половину миллисекунды распадались, образуя последовательно мейтнерий, борий, дубний и лоуренсий. В ходе последующих экспериментов, проведённых в 2000 году, было получено ещё три атома элемента №111, цепочку распада которых удалось отследить ещё дальше – до элемента №101, менделевия.

Около десяти лет элемент существовал под обозначением Uuu – для присвоения элементу имени требовалось независимое подтверждение. В 2003 году исследователи, работавшие на линейном ускорителе в японском Институте физико-химических исследований (RIKEN), получили 14 атомов элемента №111 с массой 272, после чего открытие нового элемента было признано, и первооткрыватели предложили назвать его рентгением в честь немецкого физика, первого в истории лауреата Нобелевской премии по физике, получившего её в 1901