Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 60)

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 году за открытие Х-лучей, которые мы сейчас называем рентгеновскими лучами.

О химических свойствах рентгения, естественно, ничего неизвестно – все полученные с помощью реакций слияния изотопы этого элемента живут столь недолго, что уже достижением можно считать наблюдение их образования. В Периодической системе рентгений находится в группе монетных металлов – меди, серебра и золота, и рентгений можно назвать «эказолотом». Теоретики, используя весь арсенал квантовой химии, развлекаются, предсказывая его свойства, и сходятся в том, что этот металл должен отличаться крайне низкой реакционной способностью, как золото, правда, одни считают, что он должен быть металлом серебристого цвета, а другие – золотистого. В 2004 году при синтезе элемента №115 было обнаружено, что при его распаде образуется нуклид рентгения ²⁸⁰Rg со средним временем жизни около 3,6 секунды, однако маловероятно, чтобы этот атом смог бы помочь в установлении химических свойств «эказолота», – слишком сложен путь получения даже этого нуклида, стабильного относительно других изотопов рентгения.

112. Коперниций

Коперниций, шестой (и пока последний) из трансфермиевых элементов, полученных в Центре по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца, был впервые синтезирован в феврале 1996 года – исследователям удалось детектировать один-единственный атом элемента, ядро которого содержало 112 протонов – элемента №112 (Zeitschrift für Physik A. – 1996. – Vol. 354, no. 3. – P. 229—230).

В этом эксперименте исследователи бомбардировали мишень из свинца ²⁰⁸Pb ионами и ядрами цинка ⁷⁰Zn. При простом слиянии таких ядер должно было бы образоваться ядро, содержащее 112 протонов и 166 нейтронов, суммарно – 278 нуклонов (к нуклонам мы относим элементарные частицы, входящие в состав ядра, – протоны и нейтроны), или, говоря проще, нуклид с атомной массой 278. Однако любая реакция слияния атомных ядер экзотермическая, и образующееся ядро характеризуется повышенной энергией, которая «стравливается» за счет испускания ядром нейтрона или нейтронов; в случае элемента №112 испускался один нейтрон, и образовывался нуклид коперниция ²⁷⁷Cn.

Второй атом элемента №112 был получен в 2000 году, и в 2004 году японские исследователи из RIKEN, используя методологию коллег из Дармштадта, получили еще два атома этого элемента. Более тяжёлые изотопы коперниция были получены в 2000 и 2004 годах в ОИЯИ в качестве продуктов распада изотопов элемента №114 – флеровия (Physical Review C. – 2004. – Vol. 70. – P. 064609).

Работа японских физиков-ядерщиков стала подтверждением открытия элемента №112, и ИЮПАК признал приоритет открытия нового элемента за учёными, работавшими в Дармштадте, которым в 2009 году было предложено подобрать элементу название и химический символ. После переписки между принимавшими участие в реализации проекта двадцатью исследователями из четырёх стран и обсуждения в интернете первооткрыватели решили назвать элемент «коперницием». Первоначально для коперниция первооткрывателями предлагался символ Ср, но в ходе общественного обсуждения стало понятно, что это неудобно, потому что этим символом в органической и металлоорганической химии обозначается циклопентадиенил-анион (С₅Н₅^–), и был принят символ Cn, не предполагающий двусмысленного толкования. Исследователи решили назвать элемент в честь Николая Коперника – польского астронома, математика и механика эпохи Возрождения, с которым в естествознании связываются начало первой научной революции и переход от геоцентрической системы мира Аристотеля – Птолемея к гелиоцентрической системе мира. Правда, таблицы движения небесных тел Коперника вскоре существенно разошлись с наблюдениями и стали проигрывать в точности птолемеевскому «Альмагесту», выведенному для геоцентрической системы, – в новой системе Коперник сохранил круговые орбиты планет и равномерность их движения, грубо говоря, просто поменяв Землю и Солнце местами. Точные гелиоцентрические таблицы движения небесных тел позже вывел Иоганн Кеплер, который открыл истинную форму орбит планет, а также признал и математически выразил неравномерность их движения. Тем не менее сделанное Коперником впервые за две тысячи лет (первую дошедшую до нас гелиоцентрическую систему в начале III века до н.э. предложил Аристарх Самосский) превращение Земли в рядовую планету было предпосылкой для создания законов механики Галилея и Ньютона.

Коперниций расположен в двенадцатой группе (по старой версии – побочной подгруппе второй группы) Периодической системы – под цинком, кадмием и ртутью. Первые эксперименты по изучению адсорбции нескольких атомов коперниция на охлаждённой поверхности золота показали, что свойства этого элемента подобны свойствам ртути. Предполагается, что в макроколичествах он должен быть жидким, возможно, даже более летучим, чем ртуть.

113. Нихоний

В японском языке есть два слова для самоназвания родины – «нихон» и «ниппон» (дословно – «место, где восходит Солнце»). Как оказалось, в плане открытия новых элементов это очень удачно для Страны восходящего солнца, иначе у нее бы не было шансов появиться в Периодической системе.

В главе про технеций уже было написано, как в 1909 году Масатака Огава назвал в честь своей страны «ниппонием» то, что он ошибочно посчитал элементом №43. К его чести, он не был единственным человеком, кого так подвёл не содержащийся в земной коре в количествах, достаточных для обнаружения, технеций. Тем не менее японский национальный характер таков, что ошибка Огавы почти век расценивалась японскими химиками и японской наукой как национальный позор, а мечтой японских ученых было исправить ошибку и все же увидеть Японию в Периодической системе. Впервые японские исследователи сообщили о синтезе элемента №113 методом холодного слияния в 2004 году, причём сразу заявили, что, если все пойдёт как надо, назовут его в честь Японии. Более убедительные доказательства открытия были предоставлены исследователями из RIKEN в 2012 году. За это время им удалось не только получить три ядра элемента №113 ²⁷⁸Nh с помощью бомбардировки мишени из висмута ²⁰⁸Bi ядрами цинка ⁷⁰Zn, но и изучить схему его распада – нихоний претерпевает шесть последовательных α-распадов, в итоге превращаясь в менделевий ²⁵⁴Md (Journal of the Physical Society of Japan, 2012, 81, 103201, doi: 10.1143/JPSJ.81.103201).