Ученые решили «подправить» край таблицы Менделеева в тех местах, где она «штормит» наиболее сильно — в области тяжелых и сверхтяжелых элементов.
С помощью 88-дюймового циклотрона — ускорителя частиц, созданного еще в 1958 году, — специалисты Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли исследовали поведение сверхтяжелых элементов буквально по одному атому за раз.
Периодическая таблица элементов, разработанная Дмитрием Менделеевым в 1869 году, стала одним из величайших достижений науки. Она не только систематизировала известные элементы по их атомному весу и свойствам, но и позволила предсказывать характеристики еще не открытых элементов. Однако у этой, практически идеальной системы есть слабое место — сверхтяжелые элементы с атомным весом свыше 99.
Проблема заключается в том, что в таких массивных атомах электроны движутся по орбитам с околосветовыми скоростями. При таких скоростях начинает действовать теория относительности Эйнштейна: масса электронов увеличивается, их орбиты сжимаются, что искажает химические свойства элемента. Это делает предсказание поведения сверхтяжелых элементов практически невозможным — их нужно изучать напрямую.
Но как исследовать элементы, которые фактически не существуют в природе, потому что распадаются за доли секунды? Например, нобелий (элемент № 102) в своей самой стабильной форме существует всего 58 минут, а большинство его изотопов распадаются за миллисекунды. Традиционные методы химического анализа здесь неэффективны — элемент исчезнет раньше, чем за ним успеют проследить ученые.
Команда из Беркли подошла к решению этой проблемы оригинальным образом. Они обстреливали мишень из тулия и свинца пучком изотопов кальция, создавая атомы нобелия и актиния (элемент № 89). К удивлению исследователей, новообразованные атомы, вылетая из циклотрона со сверхзвуковой скоростью, спонтанно образовали молекулы, реагируя с следовыми количествами воды и азота, присутствующими в системе.
Эти молекулы тут же попадали в масс-спектрометр FIONA, который анализировал их по одной, определяя их массу за миллисекунды — до того, как радиоактивные атомы распадутся. Масштабы работы впечатляют: за 10 дней непрерывного эксперимента ученые получили всего около 2000 молекул (для сравнения, в одной капле воды содержится 1021 молекул). Это может показаться ничтожным количеством, но именно такой «штучный» подход и необходим, чтобы по-настоящему точно изучать химию сверхтяжелых элементов.
Теперь мы можем проверить, правильно ли эти элементы расположены в периодической таблице. Я думаю, мы полностью изменим подход к изучению химии сверхтяжелых элементов.
Фото: hi-tech.mail.ru