Химики и физики из США впервые получили молекулярные частицы, содержащие нобелий. Они получили ионы нобелия в ускорителе, а затем изучили образовавшиеся частицы с помощью масс-спектрометрии. Оказалось, что нобелий образовал комплексы с водой и азотом, которые в следовых количествах присутствовали в установке.
Нобелий — элемент семейства актинидов с атомным номером 102. Его независимо друг от друга синтезировали несколько научных групп в середине XX века на ускорителях заряженных частиц. В природе нобелий не встречается, а его самый долгоживущий изотоп с массовым числом 259 имеет период полураспада 58 минут. Напрямую соединения нобелия ученые до сих пор ни разу не детектировали. Это осложняется тем, что получить нобелий можно только на ускорителе и количеством всего несколько атомов в секунду.
Но недавно это удалось группе физиков и химиков под руководством Дженнифер Пор (Jennifer L. Pore) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Синтез нобелия ученые провели на 88-дюймовом циклотроне, а масс-спектры химики регистрировали с помощью спектрометра FIONA.
Чтобы получить ионы нобелия, ученые облучили мишень из свинца 208Pb потоком из атомов кальция 48Ca. Полученные ионы 254No вместе с другими образовавшимися частицами из циклотрона поступали в газонаполненный сепаратор. В нем в магнитном поле тяжелые ионы нобелия отделились от легких фоновых ионов. Полученный пучок затем попал в газовую ловушку, наполненную гелием, в которой ионы нобелия восстановились до заряда +2. Далее, полученный пучок частиц охлаждался и попадал в ионную ловушку, а из нее — в масс-спектрометр.
Изначально в тексте мы ошибочно написали, что ученые синтезировали ионы нобелия, содержащие изотоп с массовым числом 259. На самом деле, авторы исследования получили ионы, содержащие нобелий-254. Редакция приносит извинения за допущенную неточность.
Как отмечает Дженнифер Пор в интервью порталу Chemistry World, изначально ученые предполагали, что для получения химических соединений нобелия им придется специально ввести молекулы воды и азота в установку. Но оказалось, что следовых количеств этих молекул в газовой ловушке достаточно для образования соединений. Так, масс-спектры пучка ионов показали, что в нем содержатся комплексы нобелия с водой и азотом. Причем в некоторых из них присутствовали оба лиганда.
Так ученые впервые детектировали химические соединения нобелия. Кроме того, они провели такой же эксперимент с ионами актиния, и оказалось, что нобелий и актиний образуют схожие комплексы, но в разных количествах. Как предполагают авторы статьи, это связано с тем, что нобелий образует более прочные связи с молекулами воды.
Соединения других, более стабильных актинидов можно получить в чистом виде. Например, недавно мы писали о синтезе беркелоцена — сэндвичевого комплекса актинида берклия. А в 2021 году химики получили и охарактеризовали первое металлоорганическое соединение еще одного актинида — калифорния.