Хорошего понемножку

Будем посмотреть

Previous Entry Поделиться Next Entry
Какое вещество самое тяжелое?
algre

В самом начале, думается, уместно сделать оговорку и сказать, что в данной статье мы будем говорить о чистых веществах, т.е. таких субстанциях, которые состоят из атомов одного химического элемента. Более того, нам придется обратиться к таблице Менделеева, дабы убедиться, что она… не закончена.

Это действительно так. В передовых научных лабораториях ученым удается получить атомы элементов, которые на момент экспериментов не внесены в периодическую таблицу, хотя возможность их существования самой таблицей предполагается, если не сказать – доказывается. Заполнение таблицы Менделеева идет в сторону увеличения атомной массы получаемых элементов, однако ряд вносимых в нее дополнений и изменений не может быть бесконечным. Причины данного явления мы рассмотрим ниже.

Как известно, атомы могут быть стабильными и нестабильными (вторые, в отличие от первых, имеют малую продолжительность жизни и прекращают свое существование через распад с образованием атомов других элементов или частиц). Стабильность элемента определяется соотношением числа входящих в него протонов и нейтронов (вместе именуемых нуклонами). Из известных на сегодня элементов (в том числе и полученных искусственным путем) 94 встречаются в природе. Каждый элемент в природе может существовать в виде набора изотопов, т.е. атомов, которые отличаются друг от друга числом входящих в них нейтронов (и, следовательно, массовым числом), но содержат одинаковое число протонов (а значит, и электронов), которое определяет положение элемента в периодической таблице и его химические свойства. Различные изотопы одного и того же элемента обладают разной степенью стабильности, определяющей их подверженность распаду.

Из встречающихся в природе элементов самым тяжелым среди твердых при обычных условиях веществ является осмий (Os, плотность – 22,59 г/куб.см), среди газов – радон (Rn, плотность – 0,01 г/куб.см). Однако синтезируемые в лабораторных условиях элементы часто называют сверхтяжелыми. Они существуют лишь тысячные доли секунды, тут же распадаясь, но сам факт того, что найденный элемент существовал и был замечен, служит поводом для объявления о его открытии.

В научных лабораториях применяются различные методы получения сверхтяжелых элементов:

  бомбардировка ядра-мишени одного элемента атомами другого (например, калифорния кальцием); в этом случае целью является максимально возможное насыщение ядра-мишени нейтронами; если удается достигнуть в результате такой бомбардировки одного из магических чисел (о них – чуть ниже), то тем самым можно подарить жизнь новому ядру с массой, превышающей массу ядер каждого из задействованных в процессе элементов;
  холодное соединение сложных ядер (одно из них при этом разгоняется на специальном ускорителе вплоть до скорости, лишь на порядок уступающей скорости света);
  ядерные взрывы и др.

В результате такой работы русскими учеными были получены элементы с порядковыми номерами 113, 114, 115, 116, 118 (последний элемент был получен в 2003, официально признан в 2006 году).

Доказать факт получения нового элемента не так просто, как кажется на первый взгляд. В ряду идущих внутри сложной аппаратуры миллионов распадов и переходов одних элементов в другие доказать существование нового ядра, длящееся доли секунды, сложно в том числе по той причине, что приходится иметь дело с вероятностью появления в ходе испытаний статистической погрешности, способной обусловить «будто бы» фиксацию нового элемента.

Вообще говоря, если принять во внимание такой факт, как стабильность, то сверхтяжелые ядра с увеличением их массы (и номера в таблице Менделеева) должны все в большей и большей степени терять свою стабильность. На что тогда надеются ученые, стремящиеся наверняка не для лишней заполненной ячейки в периодической таблице (или не только для этого) синтезировать очередной не открытый доселе элемент?

Оказывается, ответ прост: рассчитывают они на так называемый структурный барьер. Он свойственен тяжелым ядрам, и суть его сводится к задержке на некоторое время альфа-распада, в результате которого данный элемент перестанет существовать. Предполагать наличие такого барьера стало возможным по результатам многолетних экспериментов. Ключевой здесь является следующая мысль: сверхтяжелые ядра могут быть стабильными.

К слову, а что это за магические числа, о которых мы ранее упоминали? Ответ: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и (предполагается) 184. Эти числа отражают количество нейтронов, чаще всего встречающихся в стабильных ядрах. С последним из них и связаны надежды ученых на синтез сверхтяжелых ядер, которые будут, как ожидается, стабильными. В данном случае принято говорить о достижении «острова стабильности», существование которого ученые предсказывают, но достичь его, а тем более определить его размеры до сих пор никто не смог.

Необходимо заметить, что значительная масса ядер синтезируемых элементов сказывается на их химических свойствах, которые могут из-за этой самой массы отклоняться от прогнозируемых и подкорректировать сформулированный Менделеевым закон о периодичности химических свойств элементов.

Таким образом, научные эксперименты по получению все новых элементов с растущей атомной массой позволяют нам со здоровым любопытством наблюдать за этим процессом и отложить ответ на вынесенный в заголовок вопрос на чуть более поздний срок.

Что век открытий нам готовит?..

 

Олег Астапович

 

Оригинал записи и комментарии на LiveInternet.ru


?

Log in

No account? Create an account