Когда в научных статьях появились статьи о создании элемента с атомным номером 118 или оганесон, многие восприняли это как завершение эпохи легендарной таблицы Менделеева. И дело тут вовсе не в том, что клеточки кончились или что нет элементов, претендующих на реальное существование и оказавшихся правее.
Оказалось, что элемент обладает весьма странными свойствами, которые не укладываются в общую логику всех подходов к веществу и материалам. Логично спросить - а как изучали свойства, если элемент живёт меньше секунды? Вопрос справедливый. Во многом это результат моделирования на базе реального прототипа. Потому результаты во многом доверительные.
Последний, самый тяжёлый элемент в таблице Менделеева, должен был быть логичным продолжением ряда благородных газов. Но на деле оказалось наоборот. Оганесон - это не газ, не металл, не твёрдое вещество в привычном смысле. Это нечто новое, стоящее на границе между химией и физикой, где привычные законы начинают рассыпаться.
Элемент был впервые синтезирован в 2002 году в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне под руководством Юрия Оганесяна, в честь которого элемент и назван. Его получили при столкновении ядер кальция-48 и калифорния-249.
Из триллионов столкновений удалось зарегистрировать лишь несколько атомов, живших менее миллисекунды. Этого хватило, чтобы доказать: элемент существует. Пусть и только как вспышка в глубинах ускорителя.
По положению в таблице Менделеева оганесон должен быть благородным газом, как ксенон или радон. Но теория и вычисления показывают: при нормальных условиях он может быть твёрдым веществом.
Дело в релятивистских эффектах - скоростях электронов, близких к скорости света. Внутренние электроны оганесона вращаются вокруг ядра так быстро, что их масса заметно увеличивается, а орбитали сплющиваются и сближаются. Это приводит к неожиданным последствиям.
Электронные уровни смешиваются, и атом теряет привычную оболочечную структуру. Химические свойства размываются- нельзя сказать, где заканчиваются валентные электроны. Вместо инертного газа получается почти нейтральное вещество, которое слабо взаимодействует, но не ведёт себя как газ вовсе.
Некоторые расчёты предсказывают, что при комнатной температуре оганесон будет слаботвёрдым конденсированным веществом, возможно, похожим на кристаллический инертный лёд.
В отличие от более лёгких элементов, где электроны располагаются по чётким энергетическим уровням, у оганесона всё смешано. В его атоме настолько мощное электрическое поле, что электронные оболочки становятся туманными - они перестают быть устойчивыми зонами.
Можно сказать, что оганесон не имеет чёткой электронной структуры, он весь состоит из взаимопроникающих вероятностей.
Впервые в истории химии мы сталкиваемся с элементом, который нельзя описать уравнениями Шрёдингера в классическом виде - приходится использовать более сложные релятивистские уравнения Дирака.
Теоретически оганесон может образовывать соединения, но они будут крайне нестабильными. Например, вычисления показывают возможность существования молекул OgF₂ или OgH₂, однако их время жизни - доли наносекунды.
Главное отличие от других благородных газов - поляризуемость. Электронное облако оганесона легко искажается, что делает его более «мягким» и потенциально более реакционноспособным, чем ксенон или радон. Однако проверить это экспериментально почти невозможно — элемент исчезает слишком быстро.
Фактически, всё, что мы знаем о его химии - результат квантовых моделей, а не наблюдений.
Ядро оганесона - это чудо нестабильности. В нём 118 протонов и примерно 176 нейтронов. Такой колоссальный заряд создаёт огромное кулоновское отталкивание, и сильные ядерные силы едва удерживают ядро от распада.
Из-за этого оганесон живёт всего около 0,9 миллисекунды, распадаясь по цепочке альфа-распадов (в основном в элемент 116 — ливерморий). Учёные надеются, что если удастся подобрать другое изотопное сочетание, можно будет продлить жизнь этого элемента хотя бы до секунд. Это открыло бы путь к прямому изучению его химических свойств.
Похоже оганесон - не просто элемент на краю таблицы, который известен нам сегодня. Он символизирует и конец классической химии.
В нём всё нарушено: он тяжёлый, но неплотный, он газ по положению, но твёрдый по поведению, его атом больше похож на квантовую туманность.
Каждый такой сверхтяжёлый элемент помогает понять, почему материя вообще стабильна, какие комбинации частиц возможны, и где проходит граница между существованием и распадом. Кроме того, исследования этих ядер помогают моделировать процессы в недрах нейтронных звёзд, где похожие экстремальные состояния вещества могут возникать естественным образом.
Смотрите ролик про невероятные свойства элемента 126, которые могут у него быть, если он вдруг окажется "относительно стабильным".
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями