У оганессона нет орбиталей?

Курамшин А.И.
(«ХиЖ», 2017, №12)

pic_2017_12_12-2.jpg

Смоделированная локализация электронов без релятивистских поправок (слева) и с учетом релятивистских поправок (справа) в атомах ксенона, радона и оганессона. Согласно расчетам, в оганессоне электроны не распределены по орбиталям, а образуют более или менее равномерно распределенное облако.

Элемент № 118, оганессон, назван в честь Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова ОИЯИ в Дубне. Это второй человек после Глена Сиборга, именем которого еще при его жизни назвали химический элемент. Суффикс «он» в названии оганессона объясняется его положением в Периодической системе — формально его можно считать самым тяжелым инертным газом. Именно формально: получено достаточно данных в пользу того, что характер заполнения электронной оболочки сверхтяжелых элементов совершенно не таков, как у легких. Дело в том, что из-за большого заряда тяжелых атомных ядер электроны в сверхтяжелых элементах разгоняются до такой скорости, при которой пренебрегать теорией относительности уже нельзя. Конечно же время жизни оганессона слишком мало, и определить экспериментально, будет ли элемент № 118 проявлять свойства инертного газа, невозможно. Тем не менее исследователи из Новой Зеландии и США провели квантово-химические расчеты, результаты которых позволяют считать оганессон уникальным атомом.

Любой школьник (иногда и школьный учитель химии) скажет, что оганессон обладает электронной оболочкой инертного газа, а значит, строение его внешнего слоя можно записать как 7s27p6. Тем не менее, химики-теоретики Петер Швердтфегер , Пол Жерабек (Университет Мэсси, Новая Зеландия), Бастиан Шутрумпф и Витольд Назаревич (Университет Мичигана) предсказывают, что распределение электронов, вращающихся вокруг столь большого ядра, в большей степени теряет свою оболочечную структуру, размываясь в «электронный газ».

Некоторые искусственные радиоактивные трансфермиевые элементы химики получили в количествах, достаточных для химических экспериментов. Элементы разделили с помощью хроматографии и определили валентные состояния для отдельно взятых атомов. Например, оказалось, что свойства резерфордия и дубния (элементы № 104 и № 105) отличаются от тех, которые можно было бы спрогнозировать по их положению в Периодической системе, а вот для элемента № 106 (сиборгия) никаких отклонений от предсказаний, сделанных с помощью Периодического закона, не было («Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences», 2002, 3, 113—120; doi: 10.14494/jnrs2000.3.113). Отклонения вызваны изменением энергий электронов, развивающих околосветовые скорости под воздействием ядра со значительным положительным зарядом, говоря проще — релятивистских эффектов.

Исследователи отмечают, что для оганессона проявление релятивистских эффектов очень существенно — они обусловливают так называемое спин-орбитальное сочетание, то есть взаимосвязь спинового состояния электрона и характеристик его перемещения по орбиталям. При значительном спин-орбитальном сочетании заселенность электронов по уровням со строго определенными энергетическими характеристиками размывается, и электроны, находящиеся около ядра, распределяются практически равномерно, образуя облако электронного газа, или Ферми-газа.

Эффект размывания электронных оболочек постепенно увеличивается вместе с ростом заряда ядра. Согласно расчетам, оганессон существенно отличается от инертных газов, расположенных в той же группе Периодической системы. Состояние электронов в его атоме должно быть очень близким к предельной их делокализации — Ферми-газу. В таком «размазанном» состоянии электроны легко поляризуются, а значит, атомы оганессона будут связываться друг с другом прочными вандерваальсовыми взаимодействиями, и, наиболее вероятно, при комнатной температуре это будет не газ, а твердое вещество. Кроме того, коль скоро внешняя оболочка оганессона — не устойчивый октет, элемент № 118 будет гораздо реакционноспособнее по сравнению с его соседями — инертными газами.

.

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.

>>