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

два десятка миллиграммов радиоактивного препарата на борт. К счастью, все решилось относительно быстро, и посылка была доставлена в ОИЯИ до того, как берклий успел значительно распасться.

Для синтеза 117-го элемента мишень из изотопа 97-го элемента, берклия-249, полученного в Ок-Риджской национальной лаборатории (США), обстреливали ионами кальция-48 на ускорителе У-400 лаборатории ядерных реакций ОИЯИ.

В результате было зафиксировано шесть ядер нового элемента – пять 293Ts и одно 294Ts (Physical Review Letters, Vol. 104 (2010) P. 142502). В июне 2012 года эксперимент был повторён. Было зафиксировано пять ядер 293Ts, а в декабре 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 117-го элемента.

Уже через неделю после заявления ИЮПАК о подтверждении синтеза элемента № 117, 7 января 2016 года, британский химик и блогер Кэт Дэй разместила в интернете петицию, в которой предлагает назвать этот элемент «октарином» (octarine, Oc) в честь «восьмого цвета радуги» из романов о Плоском мире британского писателя Терри Пратчетта, скончавшегося в марте 2015 года. По Пратчетту, октарин видят только волшебники (и еще кошки), тем не менее он вполне реален и указывает на присутствие магии. Тем не менее ИЮПАК, не веря в магию, назвал элемент №117 «теннессин» (Ts) в знак признания вклада штата Теннесси, в том числе Национальной лаборатории Ок-Ридж, Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле, в изучение сверхтяжёлых элементов.

118. Оганесон

Замыкающий в настоящее время Периодическую систему элемент №118 – оганессон – назван в честь академика РАН Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова в ОИЯИ. Оганесян присоединился к исследовательской группе Флёрова в 1958 году и с тех пор стал одним из ведущих специалистов мирового масштаба в области синтеза новых химических элементов. В 1970 году он первым опробовал технику холодного слияния ядер, которая привела к открытию элементов №107–113. В 1990–2000-х годах с помощью методики горячего слияния Оганесяну с коллегами удалось заполнить седьмой ряд Периодической системы, в том числе и получив элемент своего имени.

Впервые о синтезе элемента №118 сообщили физики из Беркли в 1999 году. Они планировали назвать его в честь своего любимого шефа Альберта Гиорсо «гиорсием» (Gh). Однако мечтам не дано было сбыться – синтез унуноктия по заявленной методике не удалось воспроизвести в нескольких центрах ядерных исследований – российском, немецком и американском, из-за чего это первое заявление было признано ошибочным (Physical Review Letters, 2002, 89, 3, 039901, doi: 10.1103/PhysRevLett.83.1104).

Внутреннее расследование, проведённое в Национальной лаборатории имени Лоуренса, показало, что речь идет не об ошибочной интерпретации, а о фальсификации результатов, которые были проделаны одним человеком – болгарским исследователем Виктором Ниновым. Внутренний комитет лаборатории пришел к выводу, что Нинов был единственным человеком в проекте, который переводил исходные данные эксперимента в удобочитаемый для человека формат и использовал эту возможность для ввода ложных данных (Nature. 2002. 420 (6917): 728–729). Повторный анализ исходных данных не показывал событий, которые первоначально сообщал анализ Нинова. Для всех руководителей совместных проектов (и даже просто для «шефов» небольших исследовательских групп) отсюда мораль: людям, конечно, лучше доверять, но черновые результаты исследований стоит просматривать, особенно в том случае, если подчинённые сообщают вам об экстраординарных результатах, которые они получили под вашим чутким руководством.

В конце концов №118 получили ученые из ОИЯИ и Ливерморской национальной лаборатории. При получении этого элемента мишенью для луча из ядер кальция 48Са стал калифорний 249Cf (Physical Review C», 2006, 74, 4, 044602). При этом калифорний не был использован специально – он образовывался в результате β-распада берклия, применявшегося для получения московия, и эксперимент по получению элемента №117 позволил поймать сразу двух «зайцев». Среднее время жизни элемента №118 составляло 0,2 секунды, он последовательно распадался с образованием ливермория, флеровия и коперниция.

28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил название «оганесон». Название с суффиксом «-он» обусловлено тем, что элемент №118 входит в группу Периодической системы, заполненную инертными газами, названия которых (за исключением гелия) оканчиваются на «-он». Таким образом, оганесон стал вторым после сиборгия химическим элементом, названным в честь живущего человека. В 2017 году Армения выпустила почтовую марку с изображением Юрия Цолаковича Оганесяна тиражом 40 000 экземпляров. На ней представлены символы сверхтяжелых элементов: оганесона, названного в честь самого ученого, и продуктов распада оганесона, благодаря которым удалось доказать получение этого элемента.

Формально оганесон можно считать самым тяжелым инертным газом. Именно формально: получено достаточно данных в пользу того, что характер заполнения электронной оболочки сверхтяжелых элементов совершенно не таков, как у легких. Дело в том, что из-за большого заряда тяжелых атомных ядер электроны в сверхтяжелых элементах разгоняются до такой скорости, при которой пренебрегать теорией относительности уже нельзя. Конечно же, время жизни оганесона слишком мало, и определить экспериментально, будет ли элемент №118 проявлять свойства инертного газа, невозможно. Тем не менее исследователи из Новой Зеландии и США провели квантово-химические расчеты, результаты которых позволяют считать оганесон уникальным атомом (Phys. Rev. Lett., 2018, 120, 053001): результаты расчётов предсказывают, что распределение электронов, вращающихся вокруг столь большого ядра, в большей степени теряет свою оболочечную структуру, размываясь в «электронный газ».

Исследователи отмечают, что для оганесона проявление релятивистских эффектов очень существенно – они обусловливают так называемое спин-орбитальное сочетание, то есть взаимосвязь спинового состояния электрона и характеристик его перемещения по орбиталям. При значительном спин-орбитальном сочетании заселенность электронов по уровням со строго определенными энергетическими характеристиками размывается, и электроны, находящиеся около ядра, распределяются практически равномерно, образуя облако электронного газа, или Ферми-газа.

Эффект размывания электронных оболочек постепенно увеличивается вместе с ростом заряда ядра. Согласно расчетам оганесон существенно отличается от инертных газов, расположенных в той же группе Периодической системы. Состояние электронов в его атоме должно быть очень близким к предельной их делокализации – Ферми-газу. В таком «размазанном» состоянии электроны легко поляризуются, а значит, атомы оганесона будут связываться друг с другом прочными вандерваальсовыми взаимодействиями, и, наиболее вероятно, при комнатной температуре это будет не газ, а твердое вещество. Кроме того, коль скоро внешняя оболочка оганесона – неустойчивый октет, элемент №118 будет гораздо реакционноспособнее по сравнению с его соседями – инертными газами.

Вместо эпилога

Незадолго до стопятидесятилетия, которое отмечалось в 2019 году, седьмой ряд Периодической системы оказался полностью заполнен, и она стала выглядеть завершённой. Тем не менее точку ставить рано, и сейчас исследователи пытаются выяснить, есть ли границы у Периодической системы и сколько