Ученым удалось заставить сверхтяжелые элементы вступить в химические реакции
Исследователи впервые напрямую зафиксировали, как самый тяжелый на сегодняшний день атом участвует в химической реакции и формирует молекулу. Это открытие выводит химию сверхтяжелых элементов — чрезвычайно массивных и радиоактивных — на новый уровень и может даже привести к пересмотру структуры периодической таблицы.
Некоторые экзотические химические элементы сложно изучать экспериментально, что затрудняет их правильное размещение в таблице Менделеева. Например, коперниций формально относится к переходным металлам, но ведет себя скорее как благородные газы, которые находятся в другой группе.
Эта проблема может касаться и самых тяжелых элементов в таблице — радиоактивных актиноидов, говорит Дженнифер Пор из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Для их изучения провели химическую реакцию с участием нобелия — самого тяжелого актиноида под № 102. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Nature.
Нобелий получали, сталкивая в ускорителе пучок высокоэнергетических атомов кальция с мишенью из свинца. Образовавшийся элемент вступал в реакцию с молекулами азота и воды в воздухе. Специальный детектор, похожий на масс-спектрометр, идентифицировал получившиеся молекулы с гораздо большей точностью, чем в любых предыдущих экспериментах по химии сверхтяжелых элементов.
Эксперимент повторили, заменив свинец на тулий. Это привело к созданию актиноида актиния (элемент № 89). Сравнивая, насколько легко вода связывается с актинием и нобелием, исследователи подтвердили, что эти элементы ведут себя достаточно схоже, чтобы находиться в одном ряду периодической таблицы.
Нобелий не только правильно расположен в таблице, но и стал самым тяжелым элементом, для которого ученые напрямую наблюдали образование новой молекулы (статус самого тяжелого из полученных элементов по-прежнему сохраняется за оганесоном с № 118). Методика, использованная для создания и точной идентификации молекул с нобелием, может привести к новым открытиям.
Эксперимент стал настоящим техническим прорывом в химии сверхтяжелых элементов, уверена София Хайнц из Центра исследования тяжелых ионов имени Гельмгольца (Германия). Ранее ученые уже синтезировали молекулы с элементами тяжелее нобелия, но не могли их напрямую идентифицировать.
«Возможность изучать отдельные молекулы — это важный шаг вперед», — подчеркнула физик-ядерщик. Эксперимент «открывает двери для множества будущих исследований с разными сверхтяжелыми элементами», согласен профессор Питер Швердтфегер из Университета Мэсси в Новой Зеландии.
Уже сейчас результаты работы оказывают влияние на науку. Пор и ее команда предполагали, что для реакции актиния и нобелия потребуется добавлять дополнительные молекулы. Однако неожиданно сверхтяжелые элементы вступили в реакцию с уже присутствовавшими веществами.
Следующим этапом Пор называет изучение химии еще более тяжелых элементов, таких как дубний (№ 105). Для этого команде, возможно, придется ускорить процесс, поскольку чем тяжелее элемент, тем скорее он распадается.
«Если все пойдет хорошо, мы хотим изучить “тяжеловесов” в конце [таблицы]. С этой методикой у нас нет ограничений [по массе]», — резюмировала Пор.
И в отличие от нобелия, некоторым из этих элементов, возможно, придется подыскивать новое место в периодической таблице.
Физики изобрели перспективный способ создания новых сверхтяжелых элементов
В криогенном ускорителе воспроизвели первые химические реакции во Вселенной
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram