Конечно ли число химических элементов?

""

В таблице Менделеева изначально содержалось меньшее количество химических элементов, чем известно человечеству сейчас: часть из них были найдены позднее в природе, часть — синтезированы учеными. Вопрос: сколько еще элементов в принципе можно открыть? Какие существуют фундаментальные и экспериментальные ограничения для их поиска или создания?

Александр Макаров
ведущий научный сотрудник лаборатории гетероциклических соединений Новосибирского института органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН доктор химических наук Александр Юрьевич Макаров

Пробелов в таблице Менделеева больше нет. Номер элемента в таблице равен заряду ядра его атомов, потому он не может быть дробным или меньше единицы. Значит, расширять таблицу Менделеева можно только в сторону увеличения заряда атомных ядер. Проблема в том, что все элементы тяжелее свинца неустойчивы, радиоактивны, и период полураспада быстро снижается с ростом заряда ядра. Если 92-й элемент, уран, живет до 4,5 миллиарда лет, то 101-й, менделевий, — в лучшем случае два месяца, а № 115, московий, и более тяжелые — доли секунды. Хотя даже для таких короткоживущих элементов некоторые химические свойства можно установить методом газовой экспресс-хроматографии.

Физиками были предсказаны острова стабильности — особые комбинации количества протонов и нейтронов, при которых ядра оказываются относительно долгоживущими. К примеру, должен иметь повышенную устойчивость изотоп флеровий-298 с 114 протонами и 184 нейтронами. Однако получить изотоп со столь большим количеством нейтронов проблематично.

Синтезируют сверхтяжелые элементы, облучая мишени из тяжелых элементов ядрами более легких, а в ядрах последних нейтронов относительно мало. До недавних пор самым популярным «снарядом» был кальций-48, имеющий уникально большое для легкого элемента отношение числа нейтронов к количеству протонов, однако из него уже выжали едва ли не всё, что можно.

Самый тяжелый элемент для мишени — калифорний, № 98. Из кальция и калифорния в Дубне получили элемент № 118, оганесон, — самый тяжелый на сегодняшний день. В 2019 году там же запустили новый циклотрон ДЦ-280, на котором планируют синтезировать элементы 119 и 120 при помощи ионов титана-50. Работы по синтезу новых элементов ведутся также в США, Германии, Японии.

Насколько тяжелые ядра могут вообще существовать, каковы фундаментальные ограничения их заряда и массы — вопрос скорее к специалистам по ядерной физике. Насколько мне известно, эти пределы точно не установлены. У самых тяжелых элементов самые долгоживущие изотопы — самые тяжелые. Вполне может быть, что еще более тяжелые их изотопы более устойчивы. Нельзя исключить: они настолько долгоживущие, что могут быть обнаружены в природе. Были такие сообщения об элементах №№ 108, 114, 116, 122, 124, 126, 127, но ни одно из них не подтвердилось. В метеоритах находили треки частиц, могущих быть ядрами сверхтяжелых элементов до № 130.

Фото с сайта НИОХ СО РАН и из открытых источников