Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Единственной другой степенью окисления сиборгия, кроме +6, является нулевая степень окисления. В 2014 году было показано, что сиборгий, аналогично своим трем более легким соседям по группе, образующим гексакарбонильные комплексы, даёт летучий гексакарбонилсиборгий(0) Sg(CO) 6, который также летуч, как и его аналоги ( Science, 2014: Vol. 345, Issue 6203, Р. 1491–1493 ).

107. Борий

Может возникнуть вполне резонный вопрос — зачем тратить столько времени, сил и ресурсов на синтез трансфермиевых элементов? Их сложно синтезировать, но, как показывает практика, их получение представляет собой более простой процесс, чем изучение их химических свойств. Получают их в таких количествах, что можно не думать не об их практическом применении, но и даже нельзя полноценно применять термин «период полураспада», который является статистической величиной и может применяться к сотням и больше тысяч атомов, с определённой натяжкой — к сотням и никогда к десяткам (чтобы осознать что такое статистическая величина, представьте — если вы будете кидать монету тысячу раз, то около пятисот раз выпадет «орёл» и около пятисот раз «решка», но если вы кинете ту же монету десять раз, вряд ли она упадет вверх «орлом» ровно пять раз). Тем не менее, синтез новых элементов и изучение их свойств, это не просто «химическое коллекционирование» и заполнение пустых клеток — эксперименты по синтезу сверхтяжёлых элементов позволяют проверить и уточнить теоретические выкладки, и элемент № 107 сыграл в изучении Периодического закона особую роль.

Особенность элемента № 107 — бория в том, что это первый искусственный химический элемент, полученный с помощью холодного слияния ядер. Суть холодного слияния в том, что эта методология сталкивает мишени и ядра атомов с относительно низкой энергией возбуждения (всего лишь с меньшей энергией, чем 20 МэВ). Понижение энергии столкновения нужно, чтобы дочернее ядро — продукт слияния не обладало избытком энергии и не разрушалось бы сразу после образования, не давая возможности себя обнаружить. Естественно, что холодное слияние протекает не при комнатной температуре (для слияния атомных ядер нужна энергия, эквивалентная температурам в десяток миллионов градусов), и его не нужно путать с псевдонаучной концепцией «холодного ядерного синтеза», анонсированного в 1989 году в сообщении Мартина Флейшмана и Стенли Понса об электрохимически индуцированном превращении дейтерия в тритий или гелий в условиях электролиза на палладиевом электроде или так называемой «биологической трансмутации».

О синтезе элемента № 107 впервые сообщила в 1976 году группа Юрия Цолаковича Оганесяна — исследователи изучали спонтанное деление продуктов реакции слияния ядер висмута 209Bi и хрома 54Cr. Как показали дальнейшие исследования изотопов элементов 107, 105 и 104, в реакции 209Bi+ 54Cr действительно рождаются ядра 261Bh и 262Bh, но многие выводы, сделанные в 1976 году группой из ОИЯИ, оказались ошибочными. Первый успешный синтез бория с помощью холодного слияния было осуществлено в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца в немецком городе Дармштадте — исследователи сталкивали те же ядра, что и учёные из Дубны, но при меньших энергиях, в результате чего было получено несколько изотопов элемента № 107, в том числе и 270Bh с периодом полураспада в 61 секунду.

В сентябре 1992 года учёные Дармштадта и Дубны, изучавшие элемент № 107 совместно договорились, что его следует назвать «нильсборий» в честь датского физика Нильса Бора. В 1993 году рабочая группа по трансфермиевым элементам ИЮПАК признала приоритет немецкой группы, а в 1994 году в своей рекомендации предложил название «борий», так как названия химических элементов не было принято образовывать из имени и фамилии учёного. Это предложение было окончательно утверждено в 1997 году ( Pure and Applied Chemistry. — 1997. — Т. 69, № 12. — С. 2471–2473. ).

В Периодической системе борий находится в седьмой (по старой номенклатуре — побочной подгруппе седьмой группы) с марганцем, технецием и рением. Однако, применение принципов специальной теории относительности к расчетам, предсказывающим свойства тяжёлых атомов, таких как борий, позволяло говорить о том, что они будут обладать аномальным поведением, отличаясь свойствами от типичных представителей своей группы. Расчёты расчётами, а эксперименты с резерфордием и дубнием действительно позволяли говорить, что свойства этих элементов благодаря релятивистским эффектам несколько отличаются от свойств, которые можно предсказать на основании Периодического закона. Пошли разговоры о том, что создатели трансфермиевых элементов вышли на тот рубеж, где прекращается действие Периодического закона и его графического отображения — Периодической системы.

Однако открытие сиборгия и бория показало, что списывать со счетов Периодический закон рано — да, релятивистские эффекты влияют на свойства элементов, но таким образом, что не меняют свойства элементов кардинальным образом, внося лишь незначительные коррективы, придавая трансфермиевым элементам специфические свойства. Так, изучение свойств оксихлорида бория BhO 3Cl и других его соединений показало, что экспериментально определённые свойства бория хорошо согласуются со свойствами «экарения», предсказанными без квантовой механики, а исключительно методами Дмитрия Ивановича Менделеева ( Nature, 2000. 407, Р. 63–65 ). Комментарий новостной службы издательского дома Science к статье о свойствах этого элемента был озаглавлен « Boring Bohrium Behaves as Expected » — «Скучный борий ведёт себя ожидаемо», подчёркивая дополнительно, что борий не демонстрирует никаких экзотических свойств, которые можно было бы приписать релятивистским эффектам.

108. Хассий

В 1984 году произошло много событий: первый выход женщины-космонавта в открытый космос — это сделала Светлана Савицкая с борта орбитальной космической станции «Салют-7», в продажу поступил первый Apple Macintosh , а кинотеатры США порадовали зрителей премьерой фильма «Терминатор». Для химии же и Периодической системы этот год стал известен тем, что в 1984 году учёные дармштадтского Центра по изучению тяжёлых ионов впервые синтезировали элемент № 108, ныне известный как хассий (Hs); период полураспада самого стабильного нуклида хассия — 277Hs составляет около 12 минут.

Правда история элемента № 108 началась немного ранее, как у многих элементов — с ошибочного открытия. Впервые сообщения об открытии элемента № 108 появились в 1970 году и были совершенно неожиданными на фоне накапливаемой физиками-ядерщиками информации о том, что увеличение порядкового номера и атомной массы атома приводит к понижению его стабильности. Экспедиция группы советских учёных в пустынном районе вблизи полуострова Челекен у Каспийского моря под руководством Виктора Викторовича Чердынцева, специалиста в области геохимии изотопов, ядерной геофизики и радиогеологии, человека, впервые обосновавшего происхождение тяжёлых химических элементов в массивных звёздах, наблюдала необычные треки распада на образцах минерала молибденита. На основании этих наблюдений был сделан вывод об обнаружении элемента 108 с атомной массой 267 в природе, информация об этом открытии попала в научно-популярные (но не научные) журналы и даже обсуждалась на заседаниях геохимических и физических институтов АН СССР. Конечно, научная достоверность заключения была оспорена как недостаточно доказанная, но, говоря современным языком, свой медийный отклик заключение получило, в очередной раз доказав, что от ошибок в своей области знания не застрахован даже специалист — главное уметь их признавать и исправлять, а не упорствовать.