Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

112. Коперниций

Коперниций, шестой (и пока последний) из трансфермиевых элементов, полученных в Центре по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца, был впервые синтезирован в феврале 1996 года — исследователям удалось детектировать один-единственный атом элемента, ядро которого содержало 112 протонов — элемента № 112 ( Zeitschrift für Physik A. — 1996. — Vol. 354, no. 3. — P. 229–230 ).

В этом эксперименте исследователи бомбардировали мишень из свинца 208Pb ионами и ядрами цинка 70Zn. При простом слиянии таких ядер должно было бы образоваться ядро, содержащее 112 протонов и 166 нейтронов, суммарно — 278 нуклонов (к нуклонам мы относим элементарные частицы, входящие в состав ядра — протоны и нейтроны) или, говоря проще, нуклид с атомной массой 278. Однако любая реакция слияния атомных ядер экзотермическая, и образующееся ядро характеризуется повышенной энергии, которая «стравливается» за счет испускания ядром нейтрона или нейтронов; в случае элемента № 112 испускался один нейтрон, и образовывался нуклид коперниция 277Cn.

Второй атом элемента № 112 был получен в 2000 году, и в 2004 году японские исследователи из RIKEN, используя методологию коллег из Дармштадта, получили еще два атома этого элемента. Более тяжёлые изотопы коперниция были получены в 2000 и 2004 годах в ОИЯИ в качестве продуктов распада изотопов элемента № 114 — флеровия ( Physical Review C. — 2004. — Vol. 70. — P. 064609 ).

Работа японских физиков-ядерщиков стала подтверждением открытия элемента № 112, и ИЮПАК признал приоритет открытия нового элемента за учёными, работавшими в Дармштадте, которым в 2009 году было предложено подобрать элементу название и химический символ. После переписки между принимавшими участие в реализации проекта двадцатью исследователями из четырёх стран и обсуждения в интернете первооткрыватели решили назвать элемент «коперницием». Первоначально для коперниция первооткрывателями предлагался символ Ср, но в ходе общественного обсуждения стало понятно, что это неудобно, потому что этим символом в органической и металлоорганической химии обозначается циклопентадиенил-анион (С 5Н 5 —), и был принят символ Cn, не предполагающий двусмысленного толкования. Исследователи решил назвать элемент в честь Николая Коперника — польского астронома, математика, и механика эпохи Возрождения, с которым в естествознании связывается начало первой научной революции и переход от геоцентрической системы мира Аристотеля-Птолемея к гелиоцентрической системе мира. Правда, таблицы движения небесных тел Коперника вскоре существенно разошлись с наблюдениями и стали проигрывать в точности птолемеевскому «Альмагесту», выведенному для геоцентрической системы — в новой системе Коперник сохранил круговые орбиты планет и равномерность их движения, грубо говоря, просто поменяв Землю и Солнце местами. Точные гелиоцентрические таблицы движения небесных тел позже вывел Иоганн Кеплер, который открыл истинную форму орбит планет, а также признал и математически выразил неравномерность их движения. Тем не менее, сделанное Коперником впервые за две тысячи лет (первую дошедшую до нас гелиоцентрическую систему в начале III века до н. э. предложил Аристарх Самосский) превращение Земли в рядовую планету было предпосылкой для создания законов механики Галилея и Ньютона.

Коперниций расположен в двенадцатой группе (по старой версии — побочной подгруппе второй группы) Периодической системы — под цинком, кадмием и ртутью. Первые эксперименты по изучению адсорбции нескольких атомов коперниция на охлаждённой поверхности золота показали, что свойства этого элемента подобны свойствам ртути. Предполагается, что в макроколичествах он должен быть жидким, возможно даже более летучим, чем ртуть.

113. Нихоний

В японском языке есть два слова для самоназвания родины — «Нихон» и «Ниппон» (дословно — «место, где восходит Солнце»). Как оказалось, в плане открытия новых элементов, это очень удачно для Страны восходящего Солнца, иначе у ней бы не было шансов появиться в Периодической системе.

В главе про технеций уже было написано, как в 1909 году Масатака Огава назвал в честь своей страны «ниппонием» то, что он ошибочно посчитал элементом № 43. К его чести, он не был единственным человеком, кого так подвёл не содержащийся в земной коре в количествах, достаточных для обнаружения, технеций. Тем не менее, японский национальный характер таков, что ошибка Огавы почти век расценивалась японскими химиками и японской наукой как национальный позор, а мечтой японских ученых было исправить ошибку и все же увидеть Японию в Периодической системе. Впервые японские исследователи сообщили о синтезе элемента № 113 методом холодного слияния в 2004 году, причём сразу заявили, что, если все пойдёт как надо, назовут его в честь Японии. Более убедительные доказательства открытия были предоставлены исследователями из RIKEN в 2012-м году. За это время им удалось не только получить три ядра элемента № 113 278Nh с помощью бомбардировки мишени из висмута 208Bi ядрами цинка 70Zn, но и изучить схему его распада — нихоний претерпевает шесть последовательных α-распадов, в итоге превращаясь в менделевий 254Md ( Journal of the Physical Society of Japan, 2012, 81, 103201, doi: 10.1143/JPSJ.81.103201 ).

Свою заявку на открытие унунтрия подавали также российские и американские физики-ядерщики. В 2004 году в результате совместного эксперимента, целью которого был синтез элемента № 115 с помощью горячего слияния ядер, физики из Объединенного института ядерных исследований в Дубне и Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии фиксировали среди продуктов последующего распада сто пятнадцатого элемента, который сейчас называется московием, другой нуклид нихония — 286Nh. В ходе совместной работы российской и американской исследовательской групп над этим проектом было обнаружено около сотни ядер нихония, к тому же 286Nh оказался более стабильным — время его жизни составляло в среднем 19,6 секунд.

Тем не менее, принимая решение о том, кому принадлежит пальма первенства в открытии элемента № 113, комиссия ИЮПАП/ИЮПАК решила, что главное не количество экспериментов, а их качество — эксперименты японских физиков были признаны более чистыми и информативными. Полученные исследователями из RIKEN легкие изотопы нихония в ходе своего распада превращались в уже хорошо изученные нуклиды, например, 266Bh, в то время как распады тяжелых изотопов нихония, полученного российскими и американскими физиками, протекают с образованием новых, ранее не наблюдавшихся ядер, состав и строение которых еще требуют дополнительных доказательств.