Вокруг имени Дмитрия Ивановича Менделеева ходит много мифов. Например, о том, что он внес важный вклад в изготовление водки своей докторской диссертацией о связи спирта и воды, которую российский химик защитил в 1865 году в Технологическом институте в Санкт-Петербурге. Или о том, что блестящая идея навести порядок в тогдашнем хаосе химических элементов пришла ему во сне в 1869 году. Однако обе эти любопытные истории не имеют надежных доказательств.
Точно известно, что 148 лет назад, 28 октября 1869 года, он обнародовал периодическую систему химических элементов, которая, наконец, упорядочила известные тогда 63 элемента, путем их размещения в форме таблицы по возрастанию числа протонов.
Этим Менделеев также положил конец 50-летнему поиску взаимосвязи между массой атомов и свойствами элементов: в его периодической системе, грубо говоря, щелочные металлы сгруппированы слева, инертные газы — справа, между ними — переходные металлы, неметаллы и другие ряды.
Редкая законченность
Но, несмотря на ее фундаментальное значение, периодическая система и сегодня имеет не окончательный вид. Отсюда следует, что наряду с 118 известными нам на сегодняшний день элементами существует еще множество других. Их поиском занимаются в маленьком российском городе на Волге, расположенном примерно в 120 километрах к северу от Москвы, который называется Дубна.
В это время года город украшен пестрыми листьями деревьев, которые возвышаются над маленькими односемейными домами. До тех пор, пока не войдешь на скрытую за высоким забором территорию Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ), трудно предположить, что находишься в научном городе мирового значения.
Там, где несколько десятилетий назад еще царили леса и заросли, с 1956 года открылся центр физики элементарных частиц. Из 18 элементов, которые с тех пор были открыты по всему миру, десять были обнаружены в этом институте.
Так Дубна поспособствовала тому, что все строчки периодической системы на данный момент заполнены: в начале 2016 года были официально признаны четыре новых элемента в периодической системе, благодаря чему был закончен ее седьмой ряд. В ноябре прошлого года они, наконец, получили свои официальные названия: элементу с порядковым номером 113 дали название нихоний (Nh) в честь Японии (японский Нихон), номеру 115 — московий (M) в честь Москвы, номеру 117 — теннессин (Ts) в честь американского штата Теннеси, а номеру 118 — оганесон (Og) в честь его сооткрывателя и руководителя лаборатории ядерных реакций в ОИЯИ в Дубне, Юрия Оганесяна.
Со 118 протонами оганесон в настоящее время является элементом с самым большим порядковым номером. Синтез тяжелых атомных ядер такого типа в ОИЯИ происходит с помощью столкновения частиц. Элемент оганесон был получен с помощью столкновения ядер изотопа кальция Ca-48 с радиоактивным металлом калифорнием Cf-249.
Предельная точность
Как подчеркивает Андрей Попако, научный сотрудник ОИЯИ, при этом должно быть задействовано предельно точно рассчитанное значение энергии: если энергии недостаточно, то ядра атомов хотя и сблизятся, но разлетятся друг от друга. Если при столкновении энергии слишком много, появятся новые фрагменты, но не новые ядра атомов. «Чтобы создать новые атомы, погрешность точности задания энергии ионов не должна превышать один процент», — говорит Попако. Но никаких особенно высоких энергий не требуется, «по этой причине нам не нужен настолько большой адронный коллайдер, как у ЦЕРН».
Темпы производства сверхтяжелых элементов соответственно ограниченные: в настоящее время генерируется один атом оганесона в месяц. При этом речь идет не только о фундаментальных исследованиях, у элементов есть и коммерческая цена. Радиоактивный элемент калифорний Cf-252 продается примерно за 27 миллионов долларов (примерно 23 миллиона евро) за грамм. Он используется, например, в нефтяной промышленности для анализа пористости и проницаемости нефтесодержащих пластов.
Чтобы проникнуть в восьмой ряд периодической системы, исследователи под руководством Попако планируют начать с титана, однако он до сих пор ведет себя химически крайне агрессивно в ускорителе. Возможно, исследователям придется искать другой исходный материал для синтеза новых элементов.
Александр Владимирович Карпов, ведущий научный сотрудник теоретического отделения лаборатории ядерных реакций в ОИЯИ, считает, что восьмой период в системе никогда не будет заполнен, речь идет о более 50 элементах, из которых пока еще не открыт ни один. Его совет: «Пользуйтесь периодической системой элементов пока она заполнена так, как сейчас».
