Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

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.

Работа Назаревича предсказывает, что атомные ядра, в которых протоны и нейтроны будут связаны сильными взаимодействиями, могут существовать до элемента номер 172 — ядро которого будет содержать 172 протона. Сильные взаимодействия смогу стабилизировать такое ядро и не дать ему распасться, но стабилизация будет продолжаться лишь доли секунды. Системы, содержащие более 172 протонов, просто не смогут быть стабилизированы сильными взаимодействиями, то есть на основании предсказаний можно говорить о том, что у Периодической системы все же есть граница.

Расчёты Назаревича дают и ещё один необычный прогноз — по его словам, ядра ряда сверхтяжёлых элементов будут существовать столь короткий промежуток времени, что просто не успеют притянуть к себе хоть какое-то количество электронов и всю свою короткую жизнь буду существовать в виде «голых» комбинаций протонов и нейтронов. Если эти теоретические предсказания когда-то удастся подтвердить эмпирически, учёным придется каким-то образом адаптировать понятие «атом» под новые объекты, которые уже не будут электронейтральными частицами, состоящими из ядра и связанных с ним носителей заряда, противоположного заряду ядра. Правда, удастся ли когда-то получить такие комбинации протонов и нейтронов, а также — могут ли они сформироваться где-то естественным путём, остается загадкой.

Исследователи медленно, но верно углубляются в область сверхтяжёлых ядер, синтезируя элемент за элементом, зачастую не представляя, как будет выглядеть результат синтеза. Сейчас попытки синтезировать элемент № 119 предпринимаются сразу несколькими исследовательскими центрами, но, увы, теория строения атомного ядра в настоящий момент не в силах предсказать оптимальные условия для синтеза новых ядер, поэтому пока в ядерной физике приходится идти путём проб и ошибок до победного исхода — с таким подходом равновероятно, что синтез элемента № 119, открывающего восьмой ряд Периодической системы может произойти и через пару месяцев, и затянуться на долгие годы.

Не менее интересен вопрос о том, могут ли сверхтяжёлые ядра образовываться в космосе. Предполагается, что слияние нейтронных звёзд, процесс, протекающий с колоссальным выбросом энергии, может обеспечить формирование ядер, содержащих большее число протонов, чем самый тяжёлый элемент, полученный в лаборатории — оганессон. Более того, в космическом пространстве около нейтронных звезд концентрация нейтронов высока, и теоретически возникает возможность самопроизвольного синтеза изотопов уже полученных в лабораториях элементов, но более тяжёлых — содержащих большее количество нейтронов. Однако такое может и не происходить — ядра сверхтяжёлых элементов могут успеть распасться еще до того, как в их состав войдут нейтроны и образуются более тяжёлые изотопы того же оганессона. Возможно новые, более точные расчетные модели позволят определит те только, насколько велики шансы образования сверхтяжелых элементов в космических процессах, но и предсказать цепочки распада сверхтяжелых ядер, облегчив физикам-ядерщикам интерпретацию результатов своих экспериментов.