Привет. Недавно в трамвае один гражданин лет сорока пяти неожиданно спросил меня – сколько в периодической таблице элементов, которые ещё не открыли? И может ли потенциально существовать бесконечное количество химических элементов?
Я наклонился к незнакомцу, поправил ему кепочку, пригладил русый чуб, и спросил: «Вы когда-нибудь задавались вопросом, уважаемый, почему железо — это железо, а золото — это золото? Или почему кислород при комнатной температуре — газ, а ртуть — жидкость? Возникали ли когда-нибудь в глубинах Вашей нетленной души мысли о том, что именно придаёт химическому элементу определённый цвет, плотность и даже электропроводность? Что именно отличает один химический элемент от другого? Как понять, что пришло время прекратить отношения?».
Мой неожиданный собеседник вдруг быстро захлопал глазами и начал лепетать что-то вроде «Простите, моя остановочка». Но было поздно. Моя рука уже крепко сжимала плечо незадачливого почемучки, и я твёрдо решил на этот раз нести свет знаний в массы. Пусть даже и насильственным путём.
И продолжил.
«Вы наверняка знаете, мой юный друг, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Первые две частицы ещё называют нуклонами. Протоны заряжены положительно, и находятся в ядре атома. Электроны заряжены отрицательно. И, если говорить упрощённо, вращаются вокруг ядер. Таким образом любой атом находится в электрическом равновесии, если он не в ионизированном состоянии.
Но для чего нужны нейтроны?
Как следует из их названия, эти частицы не имеют электрического заряда. Задача нейтронов – удерживать протоны вместе, поскольку они имеют одинаковый заряд, и всё время пытаются оттолкнуться от своего коллеги. Если сильно упростить суть этого процесса, удержание протонов вместе происходит с помощью одного из типов фундаментальных взаимодействий – сильного ядерного.
Итак, наверное теперь очевидно, что один химический элемент отличается от другого количеством протонов, содержащихся в его ядре».
Мой собеседник неожиданно раскрыл широко свои глаза, у которых внезапно не оказалось радужных оболочек.
«Вы хотите сказать мне, что единственное, отличающее ртуть от золота, это протон в её ядре? Это немыслимо!». Человек буквально выдохнул эту фразу в морозный воздух, закрыл глаза, и несколько минут сидел неподвижно, раскачиваясь из стороны в сторону.
Я продолжил.
«Нет. Потому что чем больше протонов в ядре атома, тем больше там должно быть нейтронов, чтобы оно оставалось стабильным. А если ядро атома нестабильно, то некоторые нейтроны и/или протоны будут покидать его. Это явление называется радиоактивностью.
Количество протонов, содержащихся в атоме, определяет, какой это элемент. И когда химический элемент теряет часть протонов из своего ядра, тогда его атом становится другим химическим элементом. Этот процесс называется радиоактивным распадом.
Итак, мы разобрались, что определяет принадлежность атомов к тому или иному элементу. И что не все комбинации протонов и нейтронов стабильны.
Поехали дальше».
Трамвай неожиданно замер. И в нём погас свет.
Я подумал: «Конечная». И на секунду ослабил хватку. Мой «клиент» только этого и ждал. Он выскользнул из моих рук и бесшумно исчез.
Добравшись до дома, я накормил почтового птеродактиля, и отставил на болоте ведро варёного турнепса для диплодока, который иногда приходил по ночам и тёрся своим влажным мясистым носом об оконное стекло. А сам взял книги, и сел на крыльце изучать вопрос дальше.
Итак, что я узнал.
Из первых 92 элементов таблицы Менделеева на нашей планете можно встретить 90. От водорода до урана. За исключением двух. Это технеций и прометий. Эти 90 элементов остаются стабильными достаточно долгий период времени, превышающий возраст Земли – 4,6 млрд лет.
А все элементы, имеющие в ядрах более 92 протонов, являются гораздо менее стабильными. И если и существовали на Земле в период её формирования и юности, то уже давным-давно распались.
Поэтому для того, чтобы иметь возможность изучить свойства таких элементов, их приходится синтезировать. Как правило это происходит с использованием ускорителей частиц, в которых лёгкие ядра сталкиваются на огромных скоростях с более тяжёлыми ядрами. И если два таких ядра объединятся, получается ядро химического элемента с большим количеством протонов в ядре, чем в ядрах исходных атомов. То есть рождается более тяжёлый химический элемент.
Именно таким образом учёные пытаются создавать «новые» элементы. Или, другими словами, атомные ядра, содержащие больше протонов, чем остальные элементы таблицы Менделеева. Например, теннессин со 117 протонами в ядре был создан в результате столкновения атомов кальция (с 20 протонами в ядре) с атомами берклия (97 протонов).
Казалось бы – синтезируй сколько угодно. Одна есть одна проблема: как правило, чем больше нуклонов содержится в атомном ядре, тем более нестабильным оно становится. И тем быстрее распадается.
По состоянию на 2024 год самый последний синтезированный элемент имеет имя «оганесон» (Og). Его атомный номер – 118. Период полураспада самого стабильного изотопа этого химического элемента 294Og составляет 1 мс.
И это большая проблема, когда дело касается расширения таблицы Менделеева. Потому что если добавлять к ядру все больше и больше протонов и, следовательно, больше и больше нейтронов, наступит момент, когда комбинация нуклонов станет настолько нестабильной, что атомное ядро вообще не сможет сформироваться. По этой причине перспективы синтеза бесконечного количества новых элементов выглядят не очень радужными.
И всё же надежда есть. Да, большинство конфигураций протонов и нейтронов нестабильны. Но среди всей этой нестабильности возможны комбинации, которые потенциально могут производить очень тяжёлые стабильные элементы с периодом полураспада в минуты или даже сутки. А некоторые оптимисты даже заявляют, что миллионы лет!
Такие относительно стабильные протонные и нейтронные конфигурации учёные называют «островами стабильности».
Хм. То есть бесконечное количество химических элементов, если эти острова стабильности существуют, это реальность?
Теоретики утверждают, что «вокруг» элемента 120, унбинилия, должен существовать остров стабильности. И ещё они предполагают, что второй остров стабильности может существовать «вокруг» элемента под номером 164. Но это в теории.
А пока официально наука считает, что число возможных химических элементов конечно. Потому что при превышении определённого числа нуклонов они не смогут, как уже отмечалось выше, сформировать ядро.
И это хорошо. Потому что для бесконечного числа химических элементов потребуются атомы с числом протонов в ядре, стремящимся к бесконечности. Это означало бы, что могут существовать атомы размером с футбольный мяч. Или планету. Или даже галактику!
Что не соответствует ни одной теоретической модели, и не подтверждено наблюдениями.
Где заканчивается таблица Менделеева, пока непонятно. Ясно лишь одно - она конечна.
Я закрыл книги. Смеркалось. На болотах как обычно кто-то протяжно выл. Возможно тирекс опять наглотался ядовитых лягушек, и испытывает кишечные колики.
Обе Луны безмолвно висели над горизонтом.
Всем добра.
Специально для Вас!
Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543
Читайте ещё: