115-ий елемент

Хоча російські науковці передбачили його існування ще 10 років тому, лише зараз науковий світ визнав це офіційно – внаслідок низки експериментів у німецькому Дармштадті.  Лише через секунду після створення він розпався на інші елементи. Тимчасова назва 115-го елемента "унунпентій", а позначення - Uup. 

Швидше за все, що нововідкритий елемент є металом, що нагадує своїми властивостями бісмут. Нічого певного про його хімічні властивості вчені сказати не можуть, адже їм вдалося отримати лише 50 атомів цього елементу, які, крім того, проіснували лише секунду.

Останній хімічний елемент, що існує стабільно у природі – реній, – вчені відкрили ще 1925 року. Відтоді у таблиці Менделєєва залишились чотири вакантні місця – 43, 61, 85 та 87. Не зважаючи на безліч витраченого часу і зусиль, науковці так і не змогли знайти їх в природі. Як згодом виявилося, стабільних ізотопів цих елементів у природі не існує, тож навіть якщо в якийсь момент вони й існували на Землі, то мусили одразу ж розпастися.

Але в першій половині ХХ століття наука досягла такого прогресу, що вченим стало не обов’язково шукати елементи у природі – вони змогли створювати їх самостійно. Поступувала, зокрема, ядерна фізика, яка пролила світло на будову атомів та дала вченим змогу власноруч моделювати їх внутрішню структуру. У 1937 р. в Університеті Каліфорнії (Берклі) синтезували перший штучно створений елемент, який назвали технецієм (з грецької technetos – «штучний»). Технецій заповнив вакантне місце в таблиці елементів під номером 43. Його отримали з молібдену шляхом бомбардування атомами важкого водню – дейтерію. А через кілька років буквально збулася мрія стародавніх алхіміків: фізики з Гарвардського університету змогли перетворити ртуть у золото! От тільки не посипались, як з рогу достатку, золоті дукати, адже процедура надзвичайно затратна.

Ядра атомів – це сукупність позитивно заряджених протонів і електрично нейтральних нейтронів. Тому заряд ядра атома завжди додатній, і два ядра, як, наприклад, молібдену і дейтерію, при зустрічі відштовхуються. Щоб з’єднати їх докупи й, у такий спосіб, отримати новий елемент, слід було зіштовхнути їх з силою, що перевищує силу відштовхування. Таким чином, процес формування ядра атома нового хімічного елементу по суті нагадує злиття двох крапель. Щоб надати іонам дейтерію достатньої енергії, американські фізики розігнали їх магнітним полем у циклотроні до швидкості, близької до швидкості світла, а тоді опромінили ними пластину з молібдену. Більшість іонів дейтерію пролітали крізь молібденовий щит, як крізь повітря, інші рикошетили в сторони, наче кулі, але деякі таки злилися з ядрами молібдену, утворивши новий хімічний елемент – технецій.  

У такий спосіб повстали усі інші штучні елементи. У процесі їх отримання змінювалися лише вихідні матеріали – «кулі» та «щити». Особливо активно в цьому напрямку працювали американські фізики з Каліфорнійського університету у Берклі під керівництвом видатного вченого Гленна Сіборга (1912-1999). Там, зокрема, отримали перші трансуранові елементи (важчі, ніж уран) - нептуній і плутоній, які заповнили вакантні місця в таблиці Менделєєва під номерами 93 і 94.   

Невдовзі після отримання нептунію і плутонію стало зрозуміло, що наука здатна не тільки заповнювати пусті клітини у періодичній таблиці елементів Д. Менделєєва, але й штучно її розширювати. Проте наскільки далеко?

Коли у 1940 р. команда Сиборга отримала плутоній, що має аж 94 протони у ядрі, фізики й гадки не мали, що можуть існувати ще важчі елементи. Тому й назвати його спочатку пропонували extremium або ultimium, що латиною означає «останній». Однак вже невдовзі на світ з’явилися елементи з ще більшою кількістю протонів у ядрі - америцій, кюрій та берклій. Усі вони надзвичайно радіоактивні, нестабільні та з короткою тривалістю життя.

Тоді ж з’явилася теорія, згідно з якою атомне ядро слід розглядати не як «краплю», утворену з хаотично перемішаних нуклонів, а як «цибулину», в якій протони і нейтрони викладені шар за шаром (так звана оболонкова модель ядра Марії Гелперт-Маєр та Ганса Єнсена, за яку у 1963 р. вони отримали Нобелівську премію з фізики). З цієї теорії випливає, що найстабільнішими є ті ізотопи, в яких шари повністю заповнені. Фізики кажуть про такі ядра, що вони мають «магічне» число нуклонів. Таким є, зокрема, гелій, оксисен, кальцій, цинк і свинець. Свинець, до речі, подвійно «магічний», адже має не тільки «магічне» число протонів, але й «магічне» число нейтронів. З шарової моделі атомного ядра випливало, що наступним подвійно магічним елементом повинен бути №114.

Проте чи він існує? Чи нагадує він своїми властивостями свинець? Ще у 60-х роках минулого століття це питання захопило фізиків. Вчені уявляли, що десь в самому кінці таблиці Менделєєва, посеред моря нетривких елементів, що живуть крихти секунди, повинен існувати стабільний «острів» - надважкий, стійкий елемент, який після отримання можна було б використовувати у практичних цілях.

На жаль, «острова» так і не знайшли. Штучних елементів все прибувало, але чим важчі вони були, тим коротше жили. Нарешті коли у вересні 1998 р. в Дубні під Москвою фізики отримали атом 114-го елемента, він одразу ж розпався та не виправдав покладених на нього надій.

Але, попри всі невдачі, фізики не розчарувалися. Скоріше, навпаки. По-перше, вони відмовилися від хибної думки, наче саме 114-ий елемент – «магічний» (нині вважають, що таким може бути або 120-ий або 126-ий, але у цьому немає стовідсоткової певності). По-друге, час життя нових елементів повністю відповідає теоретичній моделі. А модель ця стверджує, що для довшої тривалості життя їм просто бракує нейтронів, які є своєрідним «клеєм» для атомного ядра. Проблема в тому, що на сьогодні невідомо, як штучно збільшити кількість нейтронів. Усі спроби моделювання їх числа за допомогою ядерного синтезу зазнали невдачі.

Через кілька років після елементу №114 фізики у Дубні повідомили про одержання ще цілого ряду елементів – 115, 116, 117 та 118. Усі вони також були бідні на нейтрони та дуже короткотривалі. На них таблиця Менделєєва на сьогоднішній день закінчується.  

У науці діє принцип, що факт відкриття вважається недоведений, поки його не повторять в незалежних лабораторіях.  Існування 114 та 116 елементів офіційно підтвердив Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії, який надав їм  офіційні назви «флеровій» (на честь російського фізика Г. Флерова) та «ліверморій» (від імені Ліверморської національної лабораторії у Каліфорнії).

Тепер же вчені офіційно підтвердили відкриття елемента №115, яке відбулось у Дармштадському інституті важких іонів у Німеччині. Щоб його отримати, група вчених під керівництвом Дірка Рудольфа елемента бомбардувала іонами кальцію тонку плівку з америцію. Зареєструвати новий елемент вдалося шляхом вимірюванням енергій фотонів, які з'являлися в результаті його альфа-розпаду.

"Експеримент був дуже вдалим і є найважливішим дослідженням у цій галузі за останні роки" , - прокоментував результати Рудольф, не уточнивши, які саме дані відрізняють нову роботу від попередніх наукових досягнень. Результати дослідження опублікували в журналі Physical Review Letters.

Офіційної назви елемент поки не має. Тимчасово його називають унунпентієм та позначають Uup. Маючи в своєму ядрі 290 нуклонів, він у 290 разів важчий, ніж найлегший в природі елемент – водень, що складається лише з одного нуклону.  

Яка користь з того, що сучасні фізики бавляться в алхіміків та винаходять щоразу важчі елементи? На це питання поки важко відповісти. Слід мати на увазі, що елементи в кінці таблиці Менделєєва через велику масу і дуже високу радіоактивність можуть мати неочікувані властивості. 

В романі Болеслава Пруса «Лялька» професор Ґайст заявляє про відкриття металу, легшого за повітря. А в іншому літературному шедеврі – «Війні світів» Герберта Веллса – марсіани за допомогою невідомого елемента знищують землян. Хтозна, які дива приховує світ хімічних елементів.