В ходе исследования, проведённого в немецкой лаборатории, учёные совершили прорыв в изучении химических свойств московия и нихония – двух тяжелейших синтетических элементов периодической таблицы. Несмотря на то, что исследователям удалось синтезировать и проанализировать поведение всего 18 атомов, полученные результаты имеют колоссальное значение для современной науки.
Эксперименты показали, что оба элемента демонстрируют умеренную реактивность, что является важнейшим открытием в области сверхтяжелых элементов. Однако их крайне короткий период полураспада существенно осложняет исследование их потенциала для формирования стабильных химических соединений.
Читайте: Новое открытие в ядерной физике – Изотоп олово-100 восхищает учёных
Релятивистские эффекты и химия сверхтяжелых элементов
История изучения трансурановых элементов берёт своё начало с зарождения ядерной эпохи. Хотя предполагается, что эти элементы могут возникать естественным путём при таких космических явлениях, как вспышки сверхновых, их короткий период полураспада исключает возможность их природного существования на Земле.
В то время как некоторые трансурановые элементы, как плутоний и америций, обладают достаточно длительным периодом полураспада для практического применения, по мере продвижения учёных вглубь периодической таблицы всё более короткие периоды полураспада делают каждое последующее открытие сложнее для исследования.
Московий, элемент 115, имеет период полураспада менее секунды, что создаёт серьёзные препятствия для его изучения. Нихоний-286 относительно стабилен по сравнению с московием, демонстрируя период полураспада 9,5 секунд. Тем не менее, даже этого времени недостаточно для проведения углублённых исследований.
Это существенно ограничивает наши знания о взаимодействии сверхтяжёлых элементов с другими веществами. Поэтому группа учёных из немецких научно-исследовательских центров провела комплексное изучение реактивности нихония и московия, продолжая свои предыдущие работы по флеровию (элемент 114).
Особый интерес представляет поведение этих элементов, поскольку при таких массивных ядрах их электроны движутся со скоростью, составляющей значительную долю скорости света. Это явление влияет на поведение электронов и требует применения специальной теории относительности, выходя за рамки классической механики.
Традиционно периодическая таблица группирует элементы со схожими химическими свойствами в вертикальные столбцы, что позволяет прогнозировать свойства элементов на основе их положения. Однако флеровий, расположенный под свинцом, нарушает эту закономерность.
В отличие от высокореактивного и токсичного свинца, флеровий проявляет низкую реактивность и предположительно имеет точку плавления ниже комнатной температуры, что, к счастью, делает его менее опасным.
Несмотря на необычное поведение флеровия, учёные обнаружили определённые закономерности в его группе периодической таблицы. Подобно таллию и висмуту, демонстрирующим повышенную реактивность по сравнению со свинцом, нихоний и московий также проявляют увеличенную реактивность по сравнению с флеровием, причём этот эффект особенно заметен в нижней части таблицы.
В ходе эксперимента учёные бомбардировали мишени из америция-243 ионами кальция-48 для получения московия-288, который быстро распадается путём альфа-распада с образованием нихония-284. Из-за редкости атомов и их короткого периода полураспада традиционные методы химического анализа оказались неприменимы.
Вместо этого исследователи использовали инертный газ для транспортировки атомов к кварцевому детектору, что позволило оценить их реактивность по способности связываться с кварцем. Доктор Александр Якушев, ведущий автор исследования, отмечает, что за семь недель экспериментов команде удалось зафиксировать 14 атомов нихония и 4 атома московия.
Даже такая небольшая выборка подтвердила, что оба элемента менее реактивны, чем элементы, расположенные выше в их группе, поскольку некоторые атомы не образовывали прочных связей с кварцем.
Полученные результаты подтверждают гипотезу о том, что релятивистский эффект, связанный с химией свинца, придаёт флеровию свойства, близкие к благородным газам, препятствуя образованию связей с другими элементами. Хотя этот эффект наиболее выражен у флеровия, он распространяется также на нихоний и московий, обуславливая их умеренную реактивность.
Несмотря на то, что короткое время жизни делает практическое применение московия, нихония и флеровия маловероятным, понимание их химических свойств может стать ключом к будущему использованию более стабильных элементов со схожими характеристиками. Например, при условии увеличения стабильности, флеровий мог бы служить более безопасной альтернативой свинцу в аккумуляторах.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU