Олег Астапович Профессионал

Какое вещество самое тяжелое?

В самом начале, думается, уместно сделать оговорку и сказать, что в данной статье мы будем говорить о чистых веществах, т. е. таких субстанциях, которые состоят из атомов одного химического элемента. Более того, нам придется обратиться к таблице Менделеева, дабы убедиться, что она… не закончена.

Это действительно так. В передовых научных лабораториях ученым удается получить атомы элементов, которые на момент экспериментов не внесены в периодическую таблицу, хотя возможность их существования самой таблицей предполагается, если не сказать — доказывается. Заполнение таблицы Менделеева идет в сторону увеличения атомной массы получаемых элементов, однако ряд вносимых в нее дополнений и изменений не может быть бесконечным. Причины данного явления мы рассмотрим ниже.

Как известно, атомы могут быть стабильными и нестабильными (вторые, в отличие от первых, имеют малую продолжительность жизни и прекращают свое существование через распад с образованием атомов других элементов или частиц). Стабильность элемента определяется соотношением числа входящих в него протонов и нейтронов (вместе именуемых нуклонами). Из известных на сегодня элементов (в том числе и полученных искусственным путем) 94 встречаются в природе. Каждый элемент в природе может существовать в виде набора изотопов, т. е. атомов, которые отличаются друг от друга числом входящих в них нейтронов (и, следовательно, массовым числом), но содержат одинаковое число протонов (а значит, и электронов), которое определяет положение элемента в периодической таблице и его химические свойства. Различные изотопы одного и того же элемента обладают разной степенью стабильности, определяющей их подверженность распаду.

Из встречающихся в природе элементов самым тяжелым среди твердых при обычных условиях веществ является осмий (Os, плотность — 22,59 г/куб.см), среди газов — радон (Rn, плотность — 0,01 г/куб.см). Однако синтезируемые в лабораторных условиях элементы часто называют сверхтяжелыми. Они существуют лишь тысячные доли секунды, тут же распадаясь, но сам факт того, что найденный элемент существовал и был замечен, служит поводом для объявления о его открытии.

В научных лабораториях применяются различные методы получения сверхтяжелых элементов:

бомбардировка ядра-мишени одного элемента атомами другого (например, калифорния кальцием); в этом случае целью является максимально возможное насыщение ядра-мишени нейтронами; если удается достигнуть в результате такой бомбардировки одного из магических чисел (о них — чуть ниже), то тем самым можно подарить жизнь новому ядру с массой, превышающей массу ядер каждого из задействованных в процессе элементов;
холодное соединение сложных ядер (одно из них при этом разгоняется на специальном ускорителе вплоть до скорости, лишь на порядок уступающей скорости света);
ядерные взрывы и др.

В результате такой работы русскими учеными были получены элементы с порядковыми номерами 113, 114, 115, 116, 118 (последний элемент был получен в 2003, официально признан в 2006 году).

Доказать факт получения нового элемента не так просто, как кажется на первый взгляд. В ряду идущих внутри сложной аппаратуры миллионов распадов и переходов одних элементов в другие доказать существование нового ядра, длящееся доли секунды, сложно в том числе по той причине, что приходится иметь дело с вероятностью появления в ходе испытаний статистической погрешности, способной обусловить «будто бы» фиксацию нового элемента.

Вообще говоря, если принять во внимание такой факт, как стабильность, то сверхтяжелые ядра с увеличением их массы (и номера в таблице Менделеева) должны все в большей и большей степени терять свою стабильность. На что тогда надеются ученые, стремящиеся наверняка не для лишней заполненной ячейки в периодической таблице (или не только для этого) синтезировать очередной не открытый доселе элемент?

Оказывается, ответ прост: рассчитывают они на так называемый структурный барьер. Он свойственен тяжелым ядрам, и суть его сводится к задержке на некоторое время альфа-распада, в результате которого данный элемент перестанет существовать. Предполагать наличие такого барьера стало возможным по результатам многолетних экспериментов. Ключевой здесь является следующая мысль: сверхтяжелые ядра могут быть стабильными.

К слову, а что это за магические числа, о которых мы ранее упоминали? Ответ: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и (предполагается) 184. Эти числа отражают количество нейтронов, чаще всего встречающихся в стабильных ядрах. С последним из них и связаны надежды ученых на синтез сверхтяжелых ядер, которые будут, как ожидается, стабильными. В данном случае принято говорить о достижении «острова стабильности», существование которого ученые предсказывают, но достичь его, а тем более определить его размеры до сих пор никто не смог.

Необходимо заметить, что значительная масса ядер синтезируемых элементов сказывается на их химических свойствах, которые могут из-за этой самой массы отклоняться от прогнозируемых и подкорректировать сформулированный Менделеевым закон о периодичности химических свойств элементов.

Таким образом, научные эксперименты по получению все новых элементов с растущей атомной массой позволяют нам со здоровым любопытством наблюдать за этим процессом и отложить ответ на вынесенный в заголовок вопрос на чуть более поздний срок.

Что век открытий нам готовит?..

Обновлено 18.12.2007
Статья размещена на сайте 26.08.2007

Комментарии (16):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Самые чижолые вещества открыли английский учёный Ллойд Стим и русский учёный Дмитрий Манцев, в итоге эти вещества рванули с нездешней силой и уничтожили первое Паровую Цитадель, а второе остров, где располагалась лоборотория инженера Гарина. Да, к слову ещё профессора Бураго надо помянуть - он носил такое вещество в табакерке в жилетном кармане, и разведки всего мира следили, чтоб он не дай Бог эту табакерку не уронил - а то бы она проломила нафиг земную кору...

  • со школы не люблю ни химию, ни физику...статью так и не дочитала, поэтому оценка минимальная

    Оценка статьи: 1

    • Если мне тема не интересна (особенно когда такие чувства имеют, как в Вашем случае, историю), то я не считаю себя обязанным читать статьи на эту тему. Более того, оценивать их считаю явно лишним, не говоря уже о том, насколько это неэтично.

      Оценка статьи: 5

      • Светлана Дяченко Читатель 18 декабря 2007 в 10:18 отредактирован 20 мая 2018 в 18:40

        Полностью поддерживаю Вас, Олег! Если человеку неинтересно, то и другим нечего настроение портить.

        Оценка статьи: 1

        • во-первых я никому не собиралась портить настроение...во-вторых у каждого человека свое мнение, и я его высказала, и никому его не навязывею...а в-третьих если вы предпочитаете сладкую лесть, а не горькую правду , то ВАША СТАТЬЯ ПРОСТО СУПЕР!!!...
          поймите, что не может все всем нравиться... название статьи меня заинтересовало, я и зашла почитать ее...

          Оценка статьи: 1

  • Проверяйте факты!

    Допущена ошибка в перечислении магических чисел: вместо 85 следует писать 82. См., например, Д.В.Сивухин "Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Том 2", стр. 24. Надеюсь ,что это была просто опечатка в Вашей статье

    Оценка статьи: 1

    • а закономерность не подскажете или там слишком сложно?

      • Попробую объянить попроще с помощью того же Сивухина. Существование магических чисел объясняется оболочечной моделью ядра. Энергия присоединения последнего нуклона (равная его энергии отделения) при образовании магического ядра аномально велика. То есть "оторвать" от него нуклон и тем самым образовать другой элемент или изотоп энергетически невыгодно. Вот они и существуют такие магические ядра. Магические свойства ядер проявляются и в большой распространенности таких элементов в природе. Для ядер, содержащих магическое число протонов, также характерна сферическая симметрия распределения зарядов. Надеюсь, у меня получилось приблизительно объяснить

        Оценка статьи: 1

        • Надеюсь, у меня получилось приблизительно объяснить
          не-а, не получилось.. меня интересовала не природа магических чисел, а сама закономерность (формула)..
          да и не особо это важно, просто увидев последовательность, сразу стало интересно правило, по которому она выводится

  • А по-моему, написано вполне доступным языком.
    Хотя кое-где по-обывательски все-таки смешаны некоторые понятия (например, вес и масса, вещество и хим.элемент), да и понятие "тяжелый" непростое. Например, тяжелое ядро элемента вовсе не означает, что само вещество будет тяжелым (газ), и наоборот. У вещества ведь есть и плотность. И даже она может быть разной для одного вещества.

  • Дааа.......
    Не зря говорится, что краткость - сестра таланта...
    Надо бы отсечь всё лишнее...
    А так - нормально. Если кому-то сама тема интересна - прочитает.
    4

    Оценка статьи: 4

  • Статья хорошая, но вы, Олег, так многословны. За тему надо браться сразу, без всяких реверансов и оговорок

    Оценка статьи: 4

  • Моя пять!
    Очень интересная тема! Хотя, конечно, это не лёгкое чтиво...

    Оценка статьи: 5

  • "В самом начале, думается, уместно сделать оговорку и сказать, что в данной статье мы будем говорить о чистых веществах, т.е. таких субстанциях, которые состоят из атомов одного химического элемента. Таким образом, можно заметить, что нам придется обратиться к таблице Менделеева, дабы убедиться, что она… не закончена".

    Олег, черным выделено то, что можно смело выкинуть из текста. Если Вы это сделаете, то не только облегчите читателю труд постигать Ваши идеи, но и заметите, что логические связи между предложениями довольно сомнительны.

  • Читается тяжеловато. Тема такая тяжёлая