Периодичната таблица на Менделеев е един от най-великите инструменти на човешкото познание. Благодарение на нея учените предсказват химичните свойства на елементите, включително и на онези, които още не са открити.
Но при свръхтежките елементи, разположени в долните редове на таблицата, тази прогностична сила започва да се пропуква. Тези елементи са толкова нестабилни, че класическите модели не могат да опишат поведението им. Особено трудни за изучаване се оказват елементите с атомен номер над 103.
До този момент науката разполагаше само с догадки относно техните химически свойства. Експериментите бяха затруднени от факта, че реакциите с такива елементи са изключително редки и краткотрайни. Но нов пробив, постигнат от изследователи в лабораторията „Бъркли“ (САЩ), Калифорнийския университет и Университета на Алабама, променя тази картина.
Историческо първо наблюдение: молекула с нобелий
За първи път учените успяха да засекат молекула, съдържаща нобелий – елемент с атомен номер 102. Това е първият случай в историята, в който молекула с толкова тежък елемент е директно открита. Преди това най-тежкият елемент, чиято молекула е била изолирана, беше фермий (№99).
Откритието е резултат от прецизен експеримент, проведен на 88-инчовия циклотрон в Бъркли. Калциеви изотопи бяха ускорени и сблъскани с мишени от талий и олово, като при удара се образуваха актиниди, включително нобелий. Чрез специален газов капан и ултрачувствителния спектрометър FIONA, учените проследиха реакциите на отделните атоми с присъстващите молекули.
Изненада в лабораторията: нобелий реагира без допълнителни газове
Неочакван обрат настъпи, когато дори преди добавянето на реактивен газ, атомите на нобелия започнаха да образуват молекули. Оказа се, че минимални следи от вода и азот в системата са достатъчни, за да провокират химическа реакция. Това наблюдение опровергава досегашното убеждение, че свръхтежките елементи трудно се свързват и показва, че дори при почти стерилни условия те могат да образуват стабилни молекули.
Този резултат може да обясни защо предишни експерименти с елементите 113, 114 и 115 са давали противоречиви резултати – възможно е и те спонтанно да са участвали в химични реакции, които не са били разпознати поради липса на чувствителна апаратура.
FIONA – от измервател на маси до революционен инструмент за химията
Първоначално създаден да измерва масата на отделни атоми, уредът FIONA се е превърнал в мощен инструмент за анализ на химични реакции на ниво единични молекули. За едва 10 дни в лабораторията са регистрирани близо 2000 молекули – впечатляващ резултат, като се има предвид, че става въпрос за елементи, които живеят само части от секундата.
Менделеевата таблица под въпрос: релативистки ефекти при свръхтежките
Колкото по-голям е атомният номер, толкова по-силно електроните в обвивката се влияят от релативистки ефекти – явления, предсказани от теорията на относителността, при които вътрешните електрони се движат с високи скорости, променяйки химичното поведение на елемента. Това означава, че някои свръхтежки елементи може да проявяват свойства, които не съответстват на мястото им в Менделеевата таблица. Новият метод ще позволи тези ефекти да бъдат изследвани в реални молекулни реакции.
Поглед към бъдещето: медицина и нови материали
Изследването има и сериозно практическо значение. Особен интерес представлява актиний-225 – изотоп с доказана ефективност срещу метастатичен рак. Неговото производство и използване са ограничени от изключително ниската му наличност. Познаването на неговата химия би помогнало за по-лесен синтез на нужните съединения и за разработването на по-достъпни терапевтични средства.
С този нов метод науката вече разполага с работещ инструмент за изучаване на най-редките и най-нестабилни елементи във Вселената. Предстои нова глава в историята на периодичната таблица – тази, в която загадките от нейните долни редове ще започнат да се разкриват една по една.
Източник: Kaldata.com
