13 апреля 2015

Японские учёные оспорили место химического элемента № 103 в таблице Менделеева

Схема синтеза элементов с атомными номерами 102-106

Физики-экспериментаторы продолжают споры о положении в таблице химических элементов синтезированного искусственным образом в Дубне и Беркли атома химического элемента №103. Исследование свойств этого элемента затруднено из-за его небольшого времени жизни. Об этом рассказывает Nature News.

Споры возобновились после эксперимента ученых из Японского агентства по атомной энергии. Недавно они получили изотоп лоуренсий-256 (с 103 протонами и 153 нейтронами), обстреливая атомами бора мишень из изотопов тоже искусственного элемента калифорния. Период полураспада лоуренсия составил 27 секунд, а установка позволяла получать один атом за несколько секунд.

Этот атом ученые затем направляли в среду с йодистым кадмием и осаждали на металлической подложке, нагретой до 2,7 тысячи кельвинов. Это позволило высвободить один свободный электрон на внешней оболочке лоуренсия и измерить его первый ионизационный потенциал — минимальную энергию, необходимую для отрыва внешнего электрона от свободного атома и превращения его в простейший положительно заряженный ион.

Полученное значение этой величины оказалось равным 4,96 электронвольта, что напоминает поведение внешнего электрона у таких химических элементов, как натрий и калий (из s-блока). Такое значение первого ионизационного потенциала у лоуренсия ранее теоретически предсказывали авторы из Тель-Авивского университета в Израиле. Такие расчеты часто используют эффекты специальной теории относительности.

Химическая таблица элементов организована таким образом, что атомы с родственной формой электронных облаков (наиболее вероятных областей локализации электронов в соответствии с квантовой механикой) занимают близкие позиции. Например, существуют s, p, d и f-блоки, для которых электронные облака имеют свои геометрии. Так, s-облако принимает форму сферы, а p — гантели. Схожесть формы внешних электронных облаков элементов отражает схожесть химических свойств их атомов.

В соответствии с этим многие ученые полагают, что лоуренсий более похож на скандий и иттрий и поэтому должен быть помещен в d-блок таблицы — туда же, где и эти элементы. Однако большинство таблиц элементов (в том числе и Менделеева) помещают лоуренсий в последнюю ячейку двух рядов 30-и элементов (f-блок), называемых лантаноидами и актиноидами.

Это уже не первый случай неопределённости с химическими свойства сверхтяжёлых элементов. Химический элемент с атомнем номером 112, открытый в середине 1990-х годов независимо друг от друга учеными из Дубны (Россия) и Дармштадта (Германия) и получивший в 2009 году название "коперниций", по своему месту в таблице Менделеева должен быть химическим аналогом ртути. Однако опыты, проведенные в Дубне в 2003 году, неожиданно показали, что 112-й элемент является химическим аналогом не ртути, а инертного газа радона. То есть свойства сверхтяжелых элементов отклоняются от таблицы Менделеева. Ученые трактовали это как "первое яркое подтверждение влияния релятивистских эффектов на свойства сверхтяжелых элементов". Однако более точные эксперименты, проведенные в Дубне в 2006 году, показали, что 112-й элемент является все-таки аналогом ртути.

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC), занимающийся вопросами официального регулирования химической номенклатуры, собирается рассмотреть подробно вопрос положения лоуренсия (а также лютеция) в ходе своего заседания, которое должно состояться летом 2015 года.

Напомним, о синтезе химического элемента №103 впервые объявили в 1961 году сотрудники национальной лаборатории в Беркли, которые предложили для данного элемента название "лоуренсий" (в честь изобретателья циклотрона Э.Лоуренса). Однако экперименты, проведённые в СССР и в Европе, не подтвердили достоверность этих экспериментов. Фактически реальный синтез  элемента №103 был проведён сотрудниками Г. Н. Флёрова в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне в 1965-1967 гг., которые предложили для этого элемента название "резерфордий" в честь Э.Резерфорда. Американцы в журнале “The Physical Review” (август 1971 г.) были вынуждены признать, что “элемент номер 103 впервые был синтезирован в Дубне”. Тем не менее в 1997 году IUPAC утвердил за этим элементом название "лоуренсий".