Яка речовина найважче?

На самому початку, думається, доречно зробити застереження і сказати, що в даній статті ми будемо говорити про чисті речовинах, тобто таких субстанціях, які складаються з атомів одного хімічного елемента. Більше того, нам доведеться звернутися до таблиці Менделєєва, щоб переконатися, що вона ... не закінчена.

Це дійсно так. У передових наукових лабораторіях вченим вдається отримати атоми елементів, які на момент експериментів не внесені до періодичну таблицю, хоча можливість їх існування самої таблицею передбачається, якщо не сказати - доводиться. Заповнення таблиці Менделєєва йде в бік збільшення атомної маси одержуваних елементів, однак ряд внесених у неї доповнень і змін не може бути нескінченним. Причини даного явища ми розглянемо нижче.

Як відомо, атоми можуть бути стабільними і нестабільними (друга, на відміну від перших, мають малу тривалість життя і припиняють своє існування через розпад з утворенням атомів інших елементів або часток). Стабільність елемента визначається співвідношенням числа входять до нього протонів і нейтронів (разом іменованих нуклонами). З відомих на сьогодні елементів (в тому числі й отриманих штучним шляхом) 94 зустрічаються в природі. Кожен елемент в природі може існувати у вигляді набору ізотопів, тобто атомів, які відрізняються один від одного числом вхідних в них нейтронів (і, отже, масовим числом), але містять однакове число протонів (а значить, і електронів), яке визначає положення елемента в періодичній таблиці і його хімічні властивості. Різні ізотопи одного і того ж елемента мають різний ступінь стабільності, яка визначає їх схильність розпаду.

З зустрічаються в природі елементів найважчим серед твердих при звичайних умовах речовин є осмій (Os, щільність - 22,59 г / куб.см), серед газів - радон (Rn, щільність - 0,01 г / куб.см). Однак синтезовані в лабораторних умовах елементи часто називають надважкими. Вони існують лише тисячні частки секунди, тут же розпадаючись, але сам факт того, що знайдений елемент існував і був помічений, є приводом для оголошення про його відкриття.

У наукових лабораторіях застосовуються різні методи отримання надважких елементів:

бомбардування ядра-мішені одного елемента атомами іншого (наприклад, каліфорнія кальцієм) - у цьому випадку метою є максимально можливе насичення ядра-мішені нейтронамі- якщо вдається досягти в результаті такої бомбардування одного з магічних чисел (про них - трохи нижче), то тим самим можна подарувати життя новій ядру з масою, що перевищує масу ядер кожного з задіяних у процесі елементів;

холодну з'єднання складних ядер (одне з них при цьому розганяється на спеціальному прискорювачі аж до швидкості, лише на порядок поступається швидкості світла) ;

ядерні вибухи та ін.

В результаті такої роботи російськими вченими були отримані елементи з порядковими номерами 113, 114, 115, 116, 118 (останній елемент був отриманий в 2003, офіційно визнаний в 2006 році).

Довести факт отримання нового елемента не так просто, як здається на перший погляд. В ряду йдуть всередині складної апаратури мільйонів розпадів і переходів одних елементів в інші довести існування нового ядра, що триває частки секунди, складно у тому числі з тієї причини, що доводиться мати справу з імовірністю появи в ході випробувань статистичної похибки, здатної зумовити «нібито» фіксацію нового елемента.

Взагалі кажучи, якщо взяти до уваги такий факт, як стабільність, то надважкі ядра зі збільшенням їх маси (і номери в таблиці Менделєєва) повинні все більшою і більшою мірою втрачати свою стабільність. На що тоді сподіваються вчені, які прагнуть напевно не для зайвої заповненої комірки в періодичній таблиці (або не тільки для цього) синтезувати вкотре не відкритий досі елемент?

Виявляється, відповідь проста: розраховують вони на так званий структурний бар'єр. Він властивий важким ядрам, і суть його зводиться до затримки на деякий час альфа-розпаду, в результаті якого даний елемент перестане існувати. Припускати наявність такого бар'єру стало можливим за результатами багаторічних експериментів. Ключовою тут є наступна думка: надважкі ядра можуть бути стабільними.

До слова, а що це за магічні числа, про які ми раніше згадували? Відповідь: 2, 8, 20, 28, 50, 82 і (передбачається) 184. Ці числа відображають кількість нейтронів, найчастіше зустрічаються в стабільних ядрах. З останнім з них і пов'язані надії вчених на синтез надважких ядер, які будуть, як очікується, стабільними. У даному випадку прийнято говорити про досягнення «острова стабільності», існування якого вчені пророкують, але досягти його, а тим більше визначити його розміри досі ніхто не зміг.

Необхідно зауважити, що значна маса ядер синтезованих елементів позначається на їх хімічних властивостях, які можуть через цієї самої маси відхилятися від прогнозованих і підкоригувати сформульований Менделєєвим закон про періодичність хімічних властивостей елементів.

Таким чином, наукові експерименти з отримання все нових елементів зі зростаючою атомною масою дозволяють нам зі здоровим цікавістю спостерігати за цим процесом і відкласти відповідь на винесене у заголовок запитання на трохи більш пізній термін.

Що століття відкриттів нам готує? ..