Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Внутреннее расследование, проведённое в Национальной лаборатории имени Лоуренса, показало, что речь не идёт об ошибочной интерпретации, а о фальсификации результатов, которые были проделаны одним человеком — болгарским исследователем Виктором Ниновым. Внутренний комитет лаборатории пришел к выводу, что Нинов был единственным человеком в проекте, который переводил исходные данные эксперимента в удобочитаемый для человека формат и использовал эту возможность для ввода ложных данных (Nature. 2002. 420 (6917): 728–729). Повторный анализ исходных данных не показывал событий, которые первоначально сообщал анализ Нинова. Для всех руководителей совместных проектов (и даже просто для «шефов» небольших исследовательских групп) отсюда мораль — людям, конечно лучше доверять, но черновые результаты исследований стоит просматривать, особенно в том случае, если подчинённые сообщают вам об экстраординарных результатах, которые они получили под вашим чутким руководством.

В конце концов № 118 получили ученые из ОИЯИ и Ливерморской национальной лаборатории. При получении этого элемента мишенью для луча из ядер кальция ⁴⁸Са стал калифорний ²⁴⁹Cf (Physical Review C», 2006, 74, 4, 044602). При этом калифорний не был использован специально — он образовывался в результате β-распада берклия, применявшегося для получения московия, и эксперимент по получению элемента № 117 позволил поймать сразу двух «зайцев». Среднее время жизни элемента № 118 составляло 0.2 секунды, он последовательно распадался с образованием ливермория, флеровия и коперниция.

28 ноября 2016 года ИЮПАК утвердил название «оганесон». Название с суффиксом «-он» обусловлено тем, что элемент № 118 входит в группу Периодической системы, заполненную инертными газами, названия которых (за исключением гелия) оканчиваются на «-он». Таким образом, оганесон стал вторым после сиборгия химическим элементом, названным в честь живущего человека. В 2017 году Армения выпустила почтовую марку с изображением Юрия Цолаковича Оганесяна тиражом 40 000 экземпляров. На ней представлены символы сверхтяжелых элементов: оганесона, названного в честь самого ученого, и продуктов распада оганесона, благодаря которым удалось доказать получение этого элемента.

Формально оганесон 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 (Phys. Rev. Lett., 2018, 120, 053001) — результаты расчётов предсказывают, что распределение электронов, вращающихся вокруг столь большого ядра, в большей степени теряет свою оболочечную структуру, размываясь в «электронный газ».

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.

2.0. Вместо эпилога

Незадолго до стопятидесятилетия, которое мы будем отмечать в 2019 году седьмой ряд Периодической системы оказался полностью заполнен, и она стала выглядеть завершённой. Тем не менее, точку ставить рано, и сейчас исследователи пытаются выяснить, есть ли границы у Периодической системы, и сколько химических элементов может еще существовать. Свои ответы на эти вопросы предлагает профессор Университета Мичигана Витек Назаревич.