Есть ли конец периодической таблицы Менделеева?

В следующем году исполнится 150 лет со дня открытия периодической таблицы, созданной Дмитрием Менделеевым. Соответственно, Организация Объединенных Наций провозгласила 2019 год Международным годом периодической таблицы химических элементов (IYPT 2019).

В 150 лет таблица все еще растет. В 2016 году к ней были добавлены четыре новых элемента: нихоний, московий, теннессин и оганесон. Их атомные числа — количество протонов в ядре, определяющее их химические свойства и место в периодической таблице, — 113, 115, 117 и 118 соответственно.

Для подтверждения этих последних четырех элементов потребовалось десятилетие и всемирное усилие исследователей. И теперь ученые задаются вопросом: как далеко может зайти таблица?

Все элементы с более чем 104 протонами обозначены как «сверхтяжелые» и являются частью обширной, совершенно неизвестной области, которую ученые пытаются раскрыть. Прогнозируется, что атомы с до 172 протонами могут физически образовывать ядро, связанное ядерной силой. Эта сила препятствует ее распаду, но только на несколько долей секунды.

Эти лабораторные ядра очень неустойчивы и спонтанно распадаются вскоре после их образования. Для тех элементов, кто тяжелее, чем oganesson, это может быть настолько быстро, что будет мешать им иметь достаточно времени для привлечения и захвата электрона для образования атома. Они проведут всю свою жизнь как конгрегации протонов и нейтронов.

Если это так, это вызов тому, как ученые сегодня определяют и понимают «атомы». Они больше не могут быть описаны как центральное ядро ​​с электронами, вращающимися вокруг него подобно планетам, вращающимся вокруг Солнца. Что касается того, могут ли эти ядра образоваться вообще, это все еще загадка.

Ученые медленно, но верно двигаются в направлении описка, синтезируя элемент за элементом, не зная, как они будут выглядеть, или когда наступит конец. Поиск элемента 119 продолжается в нескольких лабораториях, в основном в Объединенном институте ядерных исследований в России, в GSI в Германии и RIKEN в Японии.

«Ядерная теория не обладает способностью надежно прогнозировать оптимальные условия, необходимые для их синтеза, поэтому вы должны делать догадки и эксперименты по слиянию, пока не найдете что-то. Таким образом, вы можете работать годами», — сказал Назаревич.

Если элемент 119 будет подтвержден, он добавит восьмой период к периодической таблице.  Витольд Назаревич говорит, что открытие может быть не слишком далеким: «Вскоре. Может быть, или через два-три года. Мы не знаем точно, сейчас эксперименты продолжаются».

Остается еще один интересный вопрос. Могут ли сверхтяжелые ядра находиться в космосе? Считается, что они могут быть созданы при слияниях нейтронных звезд, — это звездное столкновение настолько мощное, что оно буквально встряхивает саму ткань Вселенной.

В таких звездных средах, где нейтроны находятся в изобилии, ядро ​​может сливаться со все большим количеством нейтронов, чтобы образовать более тяжелый изотоп. Он имел бы такое же число протонов и, следовательно, был бы одним и тем же элементом, но тяжелее. Проблема здесь в том, что тяжелые ядра настолько неустойчивы, что они исчезают задолго до добавления большего количества нейтронов и образования этих сверхтяжелых ядер.

Все это мешает процессу их производства в звездах. Надежда состоит в том, что благодаря передовым симуляторам ученые смогут «увидеть» эти неуловимые ядра через наблюдаемые закономерности синтезированных элементов.

Witold Nazarewicz, The limits of nuclear mass and charge, Nature Physics (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0163-3