Новый элемент таблицы менделеева 118. Да. Похожая история. Могут ли такие ядра существовать

118-й элемент таблицы Менделеева был получен в Дубне в экспериментах, которые ученые из Объединенного Института Ядерных Исследований (ОИЯИ) провели вместе с американскими коллегами из Национальной Лаборатории Лоуренса Ливермора (Lawrence Livermore National Laboratory)

118 продолжил ряд трансурановых элементов, которые рождались на дубнинском циклотроне при ливерморском участии последние 7 лет. Трансурановые элементы – это элементы, находящиеся в таблице Менделеева за ураном, т.е. с атомным числом больше 92. 118-й, полученный в экспериментах февраля-июня прошлого, 2005 года, стал еще одним обитателем так называемого «острова стабильности». В ядерной физике это понятие подразумевает возможность существования элементов с особенным, так называемым «магическим ядром», которое обеспечивает их изотопам относительную стабильность - они распадаются медленней. Самый тяжелый на сегодняшний день 118 элемент держится одну тысячную долю секунды. До него в этом же ряду элементов российскими учеными и их ливерморскими коллегами были получены 113, 114, 115 и 116 элементы, кстати, 116, родившийся в 2004 году, был следствием распада тогда еще не уловимого 118 элемента.

Магическое ядро обеспечивается магическим числом составляющих его протонов и нейтронов, благодаря чему ядерная оболочка получается максимально заполненной, а элемент–носитель такого ядра – стабильным. К магическим числам - и для протонов, и для нейтронов – относятся 2, 8, 20, 28, 50 и 82. Но и за пределами этого ряда известных химических элементов в 1960 годы была предсказана область – остров стабильности, как уже принято говорить, «в море ядерной нестабильности». Судя по «клеточке» в таблице Менделеева, которую займет 118 элемент, он относится к инертным газам. В Дубне получили его 3 атома. Для этого, как и в прежних экспериментах по поиску трансурановой экзотики, ученые пытались слепить друг с другом более легкие элементы, обстреливая потоком ионов кальция, в ядре которого 20 протонов, мишень тяжелого и дорогого радиоактивного элемента калифорния с 98 протонами. Комментируя успех в интервью New York Times, академик РАН Юрий Оганесян, научный директор Лаборатории Ядерных Реакций имени Г.Флерова ОИЯИ в Дубне, где был получен, в частности, 118-й, отмечает, что открытие трансурановых элементов «значительно расширяет границы существующего материального мира». Статья о 118-м опубликована в октябрьском номере журнала Physical Review C. В связи с этим в прессе всплывает имя бывшего сотрудника американской лаборатории Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) Виктора Нинова (Victor Ninov), который в 1999 сообщил о получении 118, но как выяснилось позже, сфабриковал данные. Судя по многочисленным откликам, научное сообщество в достоверности результатов дубнинско-ливерморской группы не сомневается. «Трансураны делают чистыми руками» - говаривал академик Флеров, впрочем, это образец дубнинского же фольклора, к физике, да и вообще к науке прямого отношения не имеющий.

Как заявлено на сайте международного союза химиков, 8 июня 2016 года предложены названия для последних не имеющих названия четырёх элементов седьмого периода периодической системы. Это элементы с номерами 113, 115, 117 и 118. Окончательные варианты названий для них соответственно: Нихоний, Московий, Теннессин, Оганесон.

Правда у учёных, участвующих в открытии приведённых элементов есть 5 месяцев для того, чтобы передумать, так как решение об окончательном присвоении имён будет принято 8 ноября 2016 года. Но, учитывая опыт предыдущих лет, с большой долей вероятности можно сказать, что приведённые выше варианты названий являются окончательными и меняться уже не будут. В связи с чем, в печати уже появляются плакаты таблицы Менделеева с новыми названиями.

113 элемент - Нихоний (nihonium), символ - Nh.

Элемент назван по одному из вариантов произношения названия страны Япония на японском языке (Nihon - в переводе с японского «Страна восходящего солнца»), так как этот элемент впервые был синтезирован в институте физико-химических исследований RIKEN. Хотя примерно в то же время несколько ядер 113 элемента были получены в Объединённом Институте Ядерных Исследований в городе Дубна совместно с коллегами из США.

Нихоний был получен в результате распада Московия (см. ниже), а также при бомбардировке ядер нептуния (Np-237) ядрами кальция (Ca-48), либо ядер висмута (Bi-209) ядрами цинка (Zn-70). Самый долгоживущий изотоп 113 элемента имеет период полураспада 19,6 секунды и имеет массу 286 а.е.м. (атомных единиц массы).

115 элемент - Московий (Moscovium), символ - Mc.

Московий назван в честь московской области, на территории которой (в городе Дубна) расположен Объединённый институт ядерных исследований, где и был впервые синтезирован элемент в результате бомбардировки ядер Америция (Am-243) ядрами Кальция (Ca). Ранее в честь города Дубна уже был назван 105 элемент - Дубний (Db).

Самый долгоживущий изотоп Московия имеет массу 289 а.е.м. и период полураспада равный всего 156 миллисекундам.

117 элемент - Теннессин (Tennessine), символ - Ts.

Данное название отражает вклад в исследование сверхтяжёлых элементов Национальной лаборатории Ок-Ридж Университета Вандербильта и Университета Теннесси, расположенных в штате Теннесси (США).

Теннессин впервые параллельно был получен в Дубне (Россия) и в Ливерморской национальной лаборатории (США) в результате бомбардировки ядер Берклия-249 ядрами Кальция. Самый долгоживущий изотоп с массой 294 а.е.м. существует всего 78 миллисекунд.

118 элемент - Оганесон (Oganesson), символ - Og.

И вновь пальма первенства в открытии сверхтяжёлого элемента принадлежит Российским учёным из города Дубна, в связи с чем Международный союз теоретической и прикладной химии рекомендовал назвать этот элемент в честь профессора Юрия Цолаковича Оганесяна руководителя лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флёрова в Объединённом Институте Ядерных Исследований.

Оганесон был получен в результате ядерной реакции Калифорния (Cf-249) и Кальция. Самый стабильный изотоп имеет период полураспада равный примерно одной миллисекунде. Относительная атомная масса этого изотопа 294.

Новые элементы

28 ноября собрание Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердило официальные названия 113, 115, 117 и 118 элементов таблицы Менделеева. За ними закрепили наименования, в июне 2016 года - нихоний (Nh), московий (Mc), теннессин (Ts) и оганессон (Og). Об этом сообщает пресс-релиз союза.

Для внесения элемента в таблицу Менделеева необходимо пройти через несколько формальных этапов. Среди них доказательство получения элементов в чистом виде, определение приоритета в открытии, определение названия для элемента его первооткрывателями и признание названия международным сообществом.

IUPAC признал синтез элементов 113,115, 117 и 118 и определил приоритет в их открытии в январе 2016 года. Согласно решению комиссии, приоритет в выборе названия для 113 элемента получил институт RIKEN, а 115, 117 и 118 элементы были открыты совместно российско-американской группой из Объединенного института ядерных исследований в Дубне (ОИЯИ), Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии (LLNL) и Национальной лаборатории Оак-Ридж в Теннесси (ORNL).

До июня 2016 года научные группы предложили названия и IUPAC порекомендовал их для включения в таблицу Менделеева. На протяжении пяти месяцев союз принимал комментарии и апелляции к названиям. Среди них комиссия выделила касавшиеся краткого сокращения для теннессина - Ts. Традиционно это обозначение используется в органической химии для тозильных групп (остатков толуолсульфокислоты). Эксперты отметили, что аналогичный вопрос возникал при наименовании коперниция (112 элемент, Cn) - первооткрыватели предлагали для него аббревиатуру Cp, также «занятую» органиками. Тогда апелляция была принята. Однако для теннессина двухбуквенное обозначение осталось неизменным - комиссия отметила, что обозначения для актиния (Ac) и празеодима (Pr) тоже «заняты» органиками (ацетил, пропил), а контекст использования названия тенессина не позволит спутать его с другими вариантами прочтения.

Интересно, что оганессон стал вторым элементом таблицы Менделеева, прижизненно названным в честь ученого - Юрия Цолаковича Оганесяна , научного руководителя лаборатории ядерных реакций ОИЯИ и соавтора открытий 104-107 элементов периодической системы. Московий получил свое название в честь Московской области, где располагается ОИЯИ. Нихоний стал первым из элементов, название которого связано с Японией.

Необычные окончания в названиях оганессона и тенессина связаны с их положением в таблице Менделеева. Оганессон относится к благородным газам: гелию, неону, аргону, криптону, ксенону и радону. Теннессин - к галогенам: фтору, хлору, брому, иоду и астату, чьи англоязычные названия оканчиваются на -ine (fluorine, chlorine, bromine, iodine, astatine). Возможно, следуя традиции, более правильным русскоязычным названием для элемента могло бы быть «теннесс».

Владимир Королёв

На вопрос 118-й элемент: сделано в России? заданный автором Пользователь удален лучший ответ это Помнится, что Брюсу Уиллису для спасения Земли в известном фильме требовалось собрать всего пять элементов. Когда я еще учился в школе, для получения нормальной оценки по химии элементов нужно было знать 108. А в 1999 году расположенная в Беркли американская лаборатория имени Лоуренса сообщила, что ее ученые синтезировали 118-й элемент и назвали его "унуноктикум". После этого, действуя по американским методикам, такой же эксперимент пытались провести японцы и немцы, но безрезультатно, из-за чего вещество стали называть элементом-невидимкой.
Недавно же американцы вообще публично объявили о научной ошибке и аннулировали свое открытие. Тогда, выступая перед сотрудниками своей лаборатории, ее директор Чарльз Франк сказал, что "эпохальное открытие" элементов номер 118 и 116 - результат научного мошенничества одного члена группы, который впоследствии был изгнан из лаборатории.
Однако то, что не удалось янки, может быть вполне по силам российским ученым. Два года назад в Дубне синтезировали 114-й и 116-й элементы. А еще раньше - 105-й, который, кстати, так и назвали - дубний. В настоящее же время наши соседи готовятся получить 118-й сверхтяжелый элемент Периодической таблицы Менделеева. Эксперимент проводят физики трех российских исследовательских центров: расположенного в Дубне Объединенного института ядерных исследований, ВНИИ экспериментальной физики и димитровградского Государственного национального центра НИИ атомных реакторов.
Собственно, значение события заключается в том, что оно реально доказывает: Периодическая таблица не заканчивается трансурановыми элементами. А по мере того как мы идем ко все более тяжелым элементам, время их жизни резко уменьшается. Если уран, 92-й номер в таблице, живет миллиард лет, то 112-й элемент, который был синтезирован в Германии в 1995 г. , живет 240 микросекунд! Но теория предсказывает, что если пойти еще дальше, ко все более тяжелым элементам, время их жизни начнет опять возрастать. Так, время жизни 116-го элемента уже 50 миллисекунд! По меркам микромира, это просто фантастически долго.
Однако важен не столько даже сам факт синтеза. В какой-то мере все 18 трансурановых элементов - творение рук человеческих. На Земле их нет. Но практические следствия проводимых экспериментов могут оказаться самыми фантастическими. Например, если критическая масса урана составляет около 20 кг, то критическая масса сверхтяжелых элементов может быть всего несколько миллиграммов. Впрочем, все это пока только научная фантастика.. .
А тем временем физики-теоретики уже обсуждают свойства элементов с порядковым номером.. . 119 и 120. Заместитель директора Института физики Национальной академии наук Беларуси Анатолий Афанасьев подтвердил, что подобные структуры вполне могут быть созданы. Однако если их и синтезируют, то, скорее всего, не белорусские ученые. Ибо на столь дорогие эксперименты у них просто нет средств...

Открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева всегда вызывало интерес у широкой публики. Дело даже не столько в научной значимости этих открытий, а в том, что в школе все проходили Периодический закон, и некоторые даже помнят символы, обозначающие элементы. Это понятно, знакомо. Но сейчас за этими открытиями стоят сложные исследования в ядерной физике и радиохимии, о которых многие не имеют представления.

В настоящее время новые элементы получают только на ускорителях тяжелых ионов. (Ранее их обнаруживали в земных минералах, продуктах ядерных реакторов и ядерных взрывов.) Тяжелыми ионами, ускоренными в циклотронах или линейных ускорителях, бомбардируют мишени из тяжелых элементов, и в результате реакции слияния с испусканием одного или нескольких нейтронов синтезируется новый элемент с порядковым номером (зарядом ядра) - суммой зарядов ядер налетающего иона и ядра мишени. Затем образующиеся ядра претерпевают радиоактивный распад. Для синтеза наиболее устойчивых изотопов выбирают такие комбинации ядер, в которых содержится по возможности большее число нейтронов и составные ядра имеют низкую энергию возбуждения. Выход получаемых тяжелых элементов чрезвычайно мал - отдельные атомы или десятки атомов, иногда за месяцы облучения на ускорителе. Период полураспада - секунды, а иногда и доли миллисекунд. Довольно сложно выделить ядра новых элементов из всей смеси образующихся продуктов ядерных реакций и правильно идентифицировать полученные продукты. Для этого создаются специальные установки, которые в результате регистрируют цепочку распадов с испусканием альфа-частиц и образованием изотопов более легких элементов, иногда цепочка оканчивается спонтанным делением ядра.

В нашей стране начиная с 1950-х годов работы по синтезу новых элементов на ускорителях тяжелых ионов проводились в Дубне под руководством акад. Г. Н. Флёрова (1913–1990) - основателя этого направления. Сейчас эти работы проводятся под научным руководством акад. Ю. Ц. Оганесяна. В мире существует лишь несколько ускорителей и установок, где можно получать трансактиноидные элементы (т. е. элементы с зарядом ядра Z более 103).

Последнее решение IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии ) о признании открытия сразу четырех элементов - под номерами 113, 115, 117 и 118 - привлекло внимание российской общественности еще и потому, что приоритет в трех из них - 115, 117 и 118 - признан за российско-американской коллаборацией, включающей Лабораторию ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова Объединенного института ядерных исследований (Дубна) (ФЛЯР ОИЯИ), Ливерморскую национальную лабораторию им. Э. Лоуренса (LLNL), Окриджскую национальную лабораторию (ORNL) и Университет Вандербильта. Приоритет в открытии элемента 113 признан за группой из японского ускорительного научного центра RIKEN.

Установление приоритета - непростая задача, так как неточности в первых сообщениях об открытии в какой-то мере неизбежны. Вопрос - какие неточности существенны, а какие можно принять и насколько выводы авторов обоснованны. Решение IUPAC основывалось на отчетах объединенной рабочей группы экспертов (Joint Working Party, JWP) [ , ] и разработанных ранее критериях открытия. Согласно существующей практике авторам предоставляется право предложить названия новых элементов.

Элемент 113 предложено назвать нихонием (nihonium, Nh). Nihon - одно из двух названий Японии на японском языке, означающее «Страна восходящего солнца». Это первый элемент, открытый в Азии. Дубнинская группа оспаривала это первенство.

Приоритетные работы были опубликованы ФЛЯР ОИЯИ и RIKEN почти одновременно в 2004 году, группа из Дубны опубликовала работу даже несколько раньше. Для синтеза новых ядер в Японии использовали «холодную» реакцию слияния, бомбардируя изотопом цинка мишень из висмута 70 Zn + 209 Bi, с образованием изотопа 278 113 (время жизни - миллисекунды и десятые доли миллисекунд).

В Дубне применили более выгодную (с точки зрения выхода и периодов полураспада) ядерную реакцию ионов тяжелого изотопа кальция и америция 48 Ca + 243 Am, которая приводит к образованию изотопов 288 115 и 287 115. Эти радионуклиды, испуская альфа-частицы, распадаются сначала соответственно в 284 113 и 283 113 (время жизни - сотни миллисекунд), а затем по цепочке в долгоживущие изотопы элемента 105 (дубния, Db). 268 Db выделяли химически и затем регистрировали спонтанное деление.

Но промежуточные нуклиды в этих цепочках распада на тот момент не были известны, и их независимая физическая идентификация не проводилась. А химическое выделение и идентификацию Db на основе ионного обмена, проведенные в ФЛЯР ОИЯИ, объединенная рабочая группа посчитала неселективными и неубедительными. Также не были приняты во внимание попытки исследовать химические свойства элемента 113 методом газовой хроматографии, хотя этот метод ранее успешно использовался для изучения химии других трансактиноидных элементов. В результате заключили, что заявка Дубны в данном случае не соответствует критериям открытия элементов.

В то же время все промежуточные продукты распада синтезированного в Японии изотопа 278 113 (всего 3 события за 8 лет работы) были подтверждены, в том числе в специальных экспериментах в новом исследовательском центре по тяжелым ионам Ланжо в Китае. Таким образом, приоритет в открытии элемента 113 был признан за японской группой.

Элемент 115 был синтезирован в Дубне, и в честь региона, где расположен этот международный центр, авторами было предложено название московий (moscovium, Mc). Элемент получали опять же в ядерной реакции 48 Ca + 243 Am с образованием 287 115 и 288 115 (время жизни - десятки и сотни миллисекунд соответственно). Позднее был получен 289 115 и другие изотопы этого элемента. В отличие от первого цикла химических экспериментов, которые дубнинская группа проводила самостоятельно, позднее, в 2007 году, химическое выделение продукта распада - 268 Db осуществлялось уже с привлечением американских специалистов из Ливермора, и была достаточно убедительно доказана принадлежность этого элемента - продукта распада 115-го элемента - к V группе Периодической системы.

Более того, в 2013 году коллаборации из немецкого Центра исследований c тяжелыми ионами в Дармштадте (GSI) удалось повторить дубнинские результаты по получению изотопов элемента 115 в ядерной реакции 48 Ca + 243 Am. Таким образом, приоритет в открытии элемента 115 был признан за российско-американской группой.

Элемент 117 предложено назвать теннеcсин (tennessine, Ts) в честь американского штата Теннесси, где расположена Окриджская национальная лаборатория. Окончание в названии - по аналогии с астатином и другими элементами группы галогенов (на английском языке). Этот элемент также был синтезирован в Дубне, в ядерной реакции 48 Ca + 249 Bk. Роль американских коллег из Окриджа в основном состояла в изготовлении уникальной мишени берклия-249, который получали на высокопоточном реакторе в ORNL. В 2010–2013 годах было зарегистрировано всего 13 цепочек распадов 293 117 и 294 117, причем характеристики (время жизни и энергия альфа-распада) продукта распада 289 115 соответствовали данным, полученным ранее для этого радионуклида в другой ядерной реакции 48 Ca + 243 Am. По этой причине заявка на открытие этого элемента была признана отвечающей установленным критериям.

Элементу 118 авторами предложено название оганесон (oganesson, Og). Он должен являться аналогом радона и других инертных газов, и его открытие завершает седьмой период таблицы Менделеева. Этот элемент предложено назвать в честь Юрия Цолаковича Оганесяна за его пионерский вклад в исследование трансактиноидных элементов и важные ядерно-физические достижения в открытии сверхтяжелых ядер и исследовании «острова ядерной стабильности». В истории существовал только еще один пример, когда имя элемента присваивалось действующему ученому. Элемент 106 был назван в 1997 году сиборгием (Sg) в честь Гленна Сиборга (1912–1999), лауреата Нобелевской премии, автора открытия плутония и целого ряда трансплутониевых элементов.

В 2002–2012 годах в Дубне при облучении мишени 249 Cf ионами 48 Ca было обнаружено несколько событий образования 294 118 (время жизни - порядка 1 миллисекунды), сопровождающихся последовательным распадом 290 Lv (ливермория), 286 Fl (флеровия) и 282 Cn (коперниция). Время жизни и энергии альфа-частиц этих изотопов Fl и Cn были подтверждены американской коллаборацией на циклотроне в Беркли, поэтому объединенная рабочая группа рекомендовала признать открытие.

Следует отметить, что все вновь предложенные названия и символы элементов пока еще не утверждены IUPAC.

Какое значение имеет открытие этих новых элементов?

Вопрос «Сколько хлеба и угля это может дать?» абсолютно некорректен. Пользу от развития определенной ветви фундаментальной науки часто невозможно предсказать, и такого рода аргументы не должны тормозить ее развитие. Попытки заранее расписать доход и политические выгоды от научных открытий смехотворны. Соображения престижа также не должны как-то ограничивать развитие направления, потому что его истинное значение может раскрыться много позже. И наоборот, широко разрекламированные достижения могут не иметь никакого значительного продолжения. Вообще, наука должна руководствоваться своей логикой, а не логикой людей, далеких от нее. Общество должно доверять ученым, и «удовлетворение собственного любопытства за государственный счет» - это нормальное положение в данной области человеческой деятельности. И именно ученые, квалифицированные специалисты должны определять, на что следует тратить деньги, а что может подождать или вообще бесперспективно.

Другой вопрос, какое научное значение может иметь этот результат об открытии новых элементов. Что он изменяет в наших представлениях о структуре ядра и химических свойствах элементов вообще?

С физической точки зрения эти результаты могут иметь значение для лучшего понимания ядерной структуры и ядерного взаимодействия. С 1960-х годов бурно обсуждался вопрос о существовании так называемых островов стабильности в районе зарядов ядер Z = 114 и 126 как проявление оболочечной структуры ядер. Поэтому получение первых трансактиноидных элементов, которые имели гораздо больший период полураспада, чем предсказывалось старой «капельной» моделью строения ядра, было действительно принципиально важно. Сейчас в оболочечной модели никто не сомневается. Полученные результаты по новым элементам и новым изотопам позволяют уточнить существующие модели ядра и ядерных реакций. Хотя и не ожидается принципиально новых явлений, набор новых данных всегда полезен. Очевидно, что вершины острова стабильности существующими методами не достигнуть: просто нет таких комбинаций в ядерных реакциях - в получаемых изотопах не хватает нейтронов. Ранее много лет проводились попытки обнаружения в природных образцах СТЭ, которые были бы настолько долгоживущими, что могли остаться со времен образования Солнечной системы. Но эти попытки не увенчались успехом. Некогда заявленные результаты не нашли ни экспериментального, ни теоретического подтверждения.

С химической точки зрения ситуация несколько иная. Здесь действительно можно ожидать принципиально новых явлений. Дело в так называемых «релятивистских эффектах». В атомах с большим зарядом ядра электроны приобретают релятивистские скорости, и обычное уравнение Шрёдингера, используемое для описания атомов, уже не работает. В частности, знакомые всем «гантельки» р-электронов в VII-периоде претерпевают изменения, и одна из них превращается в шар. В результате электронная структура атомов меняется. У новых элементов возможно значительное отклонение химических свойств от экстраполированных по Периодической таблице и возникновение необычных химических свойств.

В отношении «релятивистских эффектов» существует много спекуляций, очевидно направленных на поднятие интереса к вопросу. Например, высказывалось предположение, что элемент 104 резерфордий (Rf) - формальный аналог титана, циркония и гафния - может оказаться p-элементом, по химическим свойствам близким к свинцу. Или заявлялось, что элемент 114 флеровий (Fl) - аналог свинца - может оказаться инертным газом. На самом деле при аккуратном рассмотрении выясняется, что, хотя атом Rf и имеет необычную конфигурацию внешней электронной оболочки (ds 2 p), по своим химическим свойствам это типичный d-элемент, аналог гафния. А Fl, обладая повышенной летучестью (как это следует и из любых экстраполяций), в конденсированном состоянии остается типичным металлом. Вообще, абсолютно некорректно любое отклонение от экстраполяции по Периодической системе приписывать «релятивистским эффектам»: оно может быть обусловлено совершенно другими причинами, например межконфигурационным взаимодействием.

Так или иначе, исследование релятивистских эффектов позволяет лучше понять и химические свойства давно известных и повсеместно применяемых элементов. Также это позволяет лучше разобраться в том, каким образом электронное строение атомов и молекул, которое можно рассчитать, определяет их конкретные химические свойства. Это до сих пор является далеко не до конца решенным вопросом. Дальнейшее продвижение по Периодической таблице может привести к образованию совсем новой группы элементов - g-элементов (начиная с элемента 121) с интересными свойствами. Все эти вопросы еще ждут подробного исследования.

Однако приходится отметить, что в последних открытиях исследования химических свойств новых элементов вообще не фигурируют (химически выделялся лишь продукт распада элемента 115 - элемент 105, Db, чтобы подтвердить конец цепочки распада). Но такое исследование трудно было провести ввиду низкого выхода и коротких периодов полураспада полученных изотопов. Тем не менее это возможно, хотя требует нового подхода к постановке химических экспериментов.