Химия на грани фантастики: самый тяжелый атом попался на горячем – что это значит

Исследователи совершили прорыв в области химии, впервые напрямую зафиксировав, как самый тяжелый на сегодняшний день атом участвует в химической реакции и формирует молекулу. Это открытие открывает новые возможности для изучения сверхтяжелых элементов и может даже привести к пересмотру структуры периодической таблицы.

Некоторые экзотические химические элементы сложно изучать экспериментально, что затрудняет их правильное размещение в таблице Менделеева. Это связано с их высокой нестабильностью и коротким временем жизни.

Коперниций: пример отклонения от нормы

Например, коперниций формально относится к переходным металлам, но ведет себя скорее как благородные газы, которые находятся в другой группе, что указывает на необычные свойства этих элементов.

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

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, что позволило изучить его химические свойства.

Детектор: точная идентификация

Специальный детектор, похожий на масс-спектрометр, идентифицировал получившиеся молекулы с гораздо большей точностью, чем в любых предыдущих экспериментах по химии сверхтяжелых элементов. Это позволило получить новые данные о химических свойствах нобелия.

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.

Самый тяжелый элемент: новый рекорд

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, которые позволят расширить знания о сверхтяжелых элементах и их свойствах.

Технический прорыв: важность эксперимента

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, что ограничивало возможности исследований.

"Возможность изучать отдельные молекулы — это важный шаг вперед", — подчеркнула физик-ядерщик, указывая на огромный потенциал этого подхода для дальнейших исследований.

Эксперимент "открывает двери для множества будущих исследований с разными сверхтяжелыми элементами", согласен профессор Питер Швердтфегер из Университета Мэсси в Новой Зеландии, отмечая важность этого достижения для дальнейшего развития науки.

Неожиданные результаты: пересмотр предположений

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, что заставило пересмотреть некоторые научные предположения.

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, что требует новых подходов к исследованиям.

"Если все пойдет хорошо, мы хотим изучить "тяжеловесов” в конце [таблицы]. С этой методикой у нас нет ограничений [по массе]", — резюмировала Пор, подчеркивая, что это открытие открывает новые горизонты в химии сверхтяжелых элементов и может привести к фундаментальным изменениям в понимании структуры материи.

Интересные факты:

• Сверхтяжелые элементы существуют лишь короткое время и распадаются.
• Самый тяжелый элемент, официально признанный, — оганесон (№ 118).
• Свойства сверхтяжелых элементов зависят от релятивистских эффектов.
• Изучение сверхтяжелых элементов позволяет проверить теорию относительности Эйнштейна.