Где пределы Периодической системы?

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2018, №8)

Незадолго до своего 150-летия, которое мы будем отмечать в 2019 году, Периодическая система пополнилась четырьмя химическими элементами. В 2016 году элементы с номерами 113, 115, 117 и 118 получили официальную прописку в Системе — это нихоний, московий, тенессин и оганессон. С ними седьмой ряд Периодической системы заполнился, и она стала выглядеть завершенной. Тем не менее точку ставить рано. Сейчас исследователи пытаются понять, есть ли границы у Периодической системы и сколько химических элементов может еще существовать. Ответы на эти вопросы предлагает профессор Витек Назаревич из Университета Мичигана («Nature Physics», 2018, doi: 10.1038/s41567-018-0163-3).



pic_2018_08_17.jpg

Устойчивые изотопы показаны черными квадратами, ядра, о существовании которых известно экспериментально, показаны серым. Вверху более детально показана территория сверхтяжелых ядер (Z> 104 и N> 160) 


К сверхтяжелым относят элементы с атомным номером больше 104. Несмотря на то что некоторые из них уже получены, все они — часть обширных неведомых земель, которые пытаются покорить и химики, и специалисты по атомной и ядерной физике. Согласно расчетам Назаревича, элементов в таблице может быть 172, то есть до этого элемента (в его ядре будет 172 протона) протоны и нейтроны в ядре свяжут сильные взаимодействия, которые стабилизируют ядро и не дадут ему распасться, но стабилизация продлится лишь доли секунды. Системы, содержащие более 172 протонов, просто не смогут быть стабилизированы сильными взаимодействиями. Получается, что у Периодической системы все же есть граница.

Расчеты Назаревича дают и еще один необычный прогноз. По его мнению, ядра некоторых сверхтяжелых элементов проживут столь короткий промежуток времени, что просто не успеют притянуть к себе электроны, поэтому будут существовать в виде «голых» комбинаций протонов и нейтронов. Если эти теоретические предсказания когда-нибудь удастся подтвердить эмпирически, ученым придется как-то адаптировать понятие «атом» под новые объекты — ведь они уже не будут электронейтральными частицами, состоящими из ядра и связанных с ним отрицательных электронов. Правда, остается загадкой, удастся ли получить такие комбинации протонов и нейтронов и могут ли они образоваться естественным путем.

Исследователи медленно, но верно углубляются в область сверхтяжелых ядер, синтезируя элемент за элементом, однако не всегда представляют себе, как будет выглядеть результат синтеза. Сейчас попытки получить элемент № 119 предпринимают сразу несколько исследовательских центров. Увы, теория строения атомного ядра не в силах предсказать оптимальные условия для синтеза новых ядер, и пока приходится идти путем проб и ошибок. Возможно, элемент № 119, открывающий восьмой ряд Периодической системы, будет получен через пару месяцев, а может быть, процесс затянется на годы.

Не менее интересен вопрос о том, могут ли сверхтяжелые ядра образовываться в космосе. Предполагается, что при слиянии нейтронных звезд (которое протекает с колоссальным выбросом энергии) могут формироваться ядра, содержащие большее число протонов, чем самый тяжелый элемент, полученный в лаборатории, — оганессон. Более того, в космическом пространстве около нейтронных звезд концентрация нейтронов высока, и теоретически возможен самопроизвольный синтез изотопов уже полученных в лабораториях элементов, с бо́льшим количеством нейтронов. Однако ядра сверхтяжелых элементов могут распадаться еще до того, как в их состав войдут нейтроны и образуются более тяжелые изотопы того же оганессона.

Возможно, новые, более точные расчетные модели позволят определить, насколько велики шансы образования сверхтяжелых элементов в космических процессах, и предскажут, как распадаются сверхтяжелые ядра, облегчив физикам-ядерщикам интерпретацию экспериментальных результатов.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 8/2018) на с. 17.

Разные разности

12.09.2018 18:00:00

Сотрудники геологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова провели исследования арктического кратера на полуострове Ямал, выяснили причину его образования и открыли новое геологическое явление, ранее известное только для ледяных планет и планетоидов.

>>
07.09.2018 10:00:00

Сотрудник кафедры зоологии позвоночных МГУ имени М.В. Ломоносова в ходе международной экспедиции нашёл и описал новый вид тонконогих чесночниц. Вид назвали Leptobrachium tenasserimense.

>>
04.09.2018 10:00:00

...возможно, на Марсе есть подледное озеро жидкой воды шириной 20 км...


...редактирование геномов с помощью CRISPR-Cas9 может вызывать обширные делеции и геномные перестройки, затрагивающие многие тысячи нуклеотидов и потенциально патогенные...


...гугл-очки с функцией распознавания эмоций по выражению лица снижают проявления аутизма у детей...


>>
31.08.2018 10:00:00

Однозначно ответить на вопрос, какая сила позволяет паукам летать на своей расправленной паутине, никто не может почти двести лет. Похоже на электрическое явление, но никто пока что не собрался изучить связь паука с электричеством. Этот промах исправили Эрика Морли и Дэниэл Роберт из Бристольского университета.

>>
29.08.2018 13:00:00

Ответ на вопрос, заданный в заголовке, искали орнитологи во главе с Мартином Найфеллером из Базельского университета. Правда, не для всех птиц, а для тех, что уничтожают вредителей садов и огородов.

>>