„Атом по атом“: науката достигна до края на Менделеевата таблица
Изследователите са „ уловили “ молекули, които е съвсем невероятно да се видят и измерят.
Един от най-големите триумфи на науката е периодическата таблица на Менделеев. Тя разрешава да се предвиждат масата, плътността и химичните свойства на детайлите още преди те да бъдат открити. Но на най-тежките етажи, където атомите безусловно се раздират от големия брой протони, тази предсказваща мощ стартира да се проваля. Това важи изключително за свръхтежките детайли с повече от 103 протона – техният химичен състав остава мистерия даже за най-модерните лаборатории.
Проблемът е, че опитите с такива детайли са извънредно сложни. Учените трябваше да се задоволят с догадки, защото беше невероятно да се дефинира какви тъкмо молекули се получават по време на опитите. Сега обаче обстановката стартира да се трансформира. Изследователи от лабораторията „ Бъркли “ към Министерството на енергетиката на Съединени американски щати, Калифорнийския университет и Университета на Алабама са създали нов способ, който разрешава освен да се получават молекули с тежки детайли, само че и непосредствено да се откриват. За първи път в историята на процедура е допустимо да се фиксира молекула, съдържаща нобелиум – детайл с атомен номер 102. Досега не е откривана непосредствено молекула с детайли, по-тежки от фермия (99).
Експериментът се организира на 88-инчовия циклотрон в Бъркли. Планът беше елементарен: ускорени калциеви изотопи се сблъскват с цел от талий и олово, с цел да образуват поток от частици, измежду които и мечтаните актиниди. Специална система избираше единствено подобаващите атоми – нобелий и актиний – и ги насочва към газов капан. Там, при свръхзвукова скорост, атомите реагират с газа, с цел да образуват молекули, които по-късно се проучват благодарение на високоточния спектрометър на FIONA.
Но учените бяха сюрпризирани: още преди да съумеят да прибавят реактивния газ, в клопката започнаха да се образуват молекули на нобелий. Причината за това са следите от вода и азот, присъстващи в системата. Атомите на нобелия непринудено реагирали с тях, което сложило под въпрос откритото мнение за „ чистотата “ на опитите. Оказа се, че даже при идеални условия свръхтежките атоми елементарно се комбинират с молекулите и образуват химични връзки. Това изобретение може да изясни спорните резултати от предходни опити с детайлите 113, 114 и 115.
Авторите на публикацията настояват, че това е началото на нова епоха в проучването на химията на свръхтежките детайли. FIONA се оказа ненадейно потребен за химическите проучвания, макар че в началото беше основан само за измерването на маси. Съоръжението е съумяло да събере съвсем 2000 молекули за 10 дни – впечатляващ резултат за стандартите на тежката химия. В същото време става дума за наблюдаване на реакции на равнище обособени атоми, които живеят за елементи от секундата. Предишните способи не бяха толкоз чувствителни и не позволяваха да се дефинира тъкмо кои молекули се образуват.
Благодарение на високата сензитивност и бързината на разбора новият метод ще даде опция да се учат все по-масивни и нестабилни детайли, чийто химичен състав може радикално да се разграничава от нормалните трендове в Менделеевата таблица. Става въпрос за така наречен релативистки резултати: големият брой протони в ядрото форсира вътрешните електрони, което трансформира държанието им и като разследване – химичните свойства на детайла. Ето за какво свръхтежките детайли може да не са напълно на „ своите “ места в таблицата.
Практическото значение на това проучване също е голямо. Една от обещаващите насоки е да се усъвършенства разбирането на химията на актиний-225 – необичаен изотоп, който сподели резултатност при лекуването на метастатичния рак. Днес той е разполагаем в микроскопични количества и потреблението му в медицината е мъчно. Познавайки по-добре неговата химия, ще бъде по-лесно да се синтезират подобаващите съединения и да се усили достъпността на терапиите.
Новият способ освен оказва помощ за изясняване на подредбата на детайлите в таблицата, само че и дава инструмент за работа с най-тежките и най-редките атоми във Вселената.
