Moskow i nihon ujawniają swoje tajemnice w niemieckim laboratorium

Naukowcy przyjrzeli się ostatnio właściwościom chemicznym moskowu i nihonu, dwóch jak dotąd najcięższych pierwiastków syntetycznych. W tym celu udało im się wyprodukować i uchwycić zachowanie zaledwie 18 atomów. Chociaż istnieją one bardzo krótko, to badacze byli w stanie ustalić, że oba pierwiastki wykazują umiarkowaną reaktywność, co stanowi kamień milowy w naszej wiedzy na temat pierwiastków superciężkich. Jednak ich niezwykle krótkie czasy połowicznego rozpadu stanowią duże wyzwanie w badaniu ich potencjału do tworzenia stabilnych związków chemicznych.
Źródło: A. Yakushev

Źródło: A. Yakushev

Odkrywanie pierwiastków transuranowych rozpoczęło się dopiero u początków epoki jądrowej. Chociaż prawdopodobnie powstają one naturalnie w eksplozjach takich jak supernowe i kilonowe, ich krótkie okresy półtrwania oznaczają, że nie występują one na Ziemi w sposób naturalny. Podczas gdy niektóre pierwiastki transuranowe, takie jak pluton i ameryk, mają okresy półtrwania wystarczająco długie, aby można było je realnie wykorzystywać w różnych zastosowaniach, w miarę jak naukowcy zagłębiają się w układ okresowy, coraz krótsze okresy półtrwania sprawiają, że każde kolejne odkrycie jest trudniejsze do zbadania.

Moskow, pierwiastek 115, ulega rozpadowi połowicznemu w czasie krótszym niż sekunda. Siłą rzeczy, aby czegokolwiek się o nim dowiedzieć, trzeba stworzyć go na tyle dużo, aby dało się przeprowadzić na nim jakiś eksperyment. Nihon-286 w porównaniu z moskowem jest stosunkowo stabilny, z okresem półtrwania wynoszącym 9,5 sekundy. Mimo to rozpada się on wciąż zbyt szybko, aby umożliwić dogłębne badania. W rezultacie nasza wiedza na temat tego, jak pierwiastki superciężkie oddziałują z innymi, jest dość ograniczona.

Czytaj także: Nowy pierwiastek na horyzoncie. Unibil może zmienić oblicze chemii

W dążeniu do lepszego zrozumienia tych pierwiastków zespół badaczy z Helmholtz Association of German Research Centres zbadał reaktywność nihonu i moskowu, po wcześniejszym zbadaniu flerowu (pierwiastka 114). Zachowanie tych pierwiastków jest szczególnie intrygujące, ponieważ przy tak dużych jądrach ich elektrony poruszają się z prędkością stanowiącą istotną część prędkości światła. To z kolei wpływa na zachowanie elektronów i wymaga uwzględnienia szczególnej teorii względności, a nie polegania wyłącznie na mechanice klasycznej.

Tradycyjnie układ okresowy grupuje pierwiastki o podobnych właściwościach chemicznych w tych samych kolumnach, umożliwiając prognozy oparte na właściwościach pierwiastków sąsiadujących z badanym pierwiastkiem w pionie. Jednak flerow, umieszczony poniżej ołowiu, odbiega od tego trendu. W przeciwieństwie do ołowiu, który jest wysoce reaktywny i toksyczny, flerow jest mniej reaktywny, uważa się, że topi się poniżej temperatury pokojowej. Na szczęście, ze względów bezpieczeństwa, łagodna natura flerowu ostro kontrastuje z ołowiem.

Pomimo niezwykłego zachowania flerowu, naukowcy zaobserwowali podobieństwa w jego grupie w układzie okresowym. Podobnie jak tal i bizmut wykazują większą reaktywność w porównaniu z ołowiem, nihon i moskow również wykazują zwiększoną reaktywność w porównaniu z flerowem, przy czym efekt ten jest szczególnie wyraźny na dole układu.

W ramach eksperymentu naukowcy wystrzeliwali wiązki jonów wapnia-48 w warstwy ameryku-243 w celu utworzenia moskowu-288, który szybko ulega rozpadowi alfa, tworząc nihon-284. Ze względu na rzadkość atomów i ich krótki okres półtrwania, nie dało się ich badać metodami konwencjonalnej analizy chemicznej. Zamiast tego naukowcy zastosowali gaz obojętny do transportu atomów do detektora kwarcowego. Obserwując, które atomy wiążą się z kwarcem, można było ocenić ich reaktywność.

Czytaj także: Trzeba było czekać osiemdziesiąt lat. Naukowcy odkrywają właściwości niezwykle rzadkiego pierwiastka ziem rzadkich

Dr Alexander Yakushev, główny autor badania wskazuje, że w ciągu siedmiu tygodni badań zespół wykrył 14 atomów nihonu i czterech atomów moskowu. Ta niewielka próbka potwierdziła, że ​​oba pierwiastki są mniej reaktywne niż pierwiastki znajdujące się wyżej w swojej grupie, ponieważ niektóre atomy nie wiązały się silnie z kwarcem i zamiast tego docierały do ​​detektora złota.

Te odkrycia potwierdzają hipotezę, że efekt relatywistyczny związany z chemią ołowiu sprawia, że ​​flerow zachowuje się niemal jak gaz szlachetny, unikając wiązań z innymi pierwiastkami. Chociaż najsilniejszy w przypadku flerowu, efekt ten rozciąga się na nihon i moskow, nadając im jedynie umiarkowaną reaktywność.

Chociaż ich krótki czas trwania sprawia, że ​​praktyczne zastosowanie moskowu, nihonu i flerowu jest mało prawdopodobne, zrozumienie ich właściwości chemicznych może być kamieniem milowym w kierunku przyszłych zastosowań obejmujących bardziej stabilne pierwiastki w podobnych grupach. Na przykład, gdyby stabilność flerowu została wydłużona, mógłby on służyć jako bezpieczniejszy zamiennik ołowiu w akumulatorach.