Новости химической науки > Потенциал ионизации лоуренсия задает новые вопросы

Благодаря экспериментам японских ученых, которым впервые удалось успешно определить первый потенциал ионизации синтезированного f-элемента лоуренсия, его положение в Периодической системе может стать предметом дискуссий. Энергия потенциала ионизации добавляет дров в огонь активной научной дискуссии по вопросу того, что лоуренсий, как и его близкий родственник лютеций, должны относиться к d-блоку.

Названный в часть Эрнеста Лоуренса (Ernest Lawrence), знаменитого физика-ядерщика, был впервые получен в 1961 году с помощью бомбардировки небольшой мишени из калифорния ядрами атома бора, и в настоящее время занимает место в Периодической системе среди других сверхтяжелых элементов-актиноидов. Известно, что сверхтяжелые трансфермиевые элементы тяжело получать в больших количествах, при этом лоуренсий относится к числу элементов, синтез которых вызывает наибольшее сложности.

Первые потенциалы ионизации элементов. (Рисунок из Nature, 2015, 520, 209; DOI: 10.1038/nature14342)

Как отмечает Юихиро Нагаме (Yuichiro Nagame) из Агентства Атомной Энергии Японии, нет возможности наработать даже пикограммовые количества лоуренсия – в экспериментах получается один атом в несколько секунд, причем время жизни этих атомов крайне невелико – период полураспада лоуренсия составляет 27 секунд.

Такая скорость образования лоуренсия контрастирует со скоростью получения других сверхтяжелых элементов (для фермия удается получать миллионы атомов, с которыми можно экспериментировать), что создает дополнительные сложности для экспериментаторов.

Тем не менее, исследователи из группы Нагаме смогли преодолеть все препятствия, разработав методику поверхностной ионизации. Получая атомы лоуренсия с помощью того же процесса, с помощью которого этот элемент был получен впервые, Нагаме и коллеги улавливали элемент в газовую смесь (гелий плюс пары йодида кадмия), а газ быстро пропускали над нагретой поверхностью тантала, которая давала лоуренсию достаточно энергии для отщепления внешнего электрона. На следующем этапе исследования свежеполученные ионы подавали в анализатор массы, чтобы определить первый потенциал ионизации. Измеренная исследователями величина оказалась равной 4.96 эВ, что хорошо согласуется с теоретически предсказанным значением –4.963 эВ.

Полученный результат подтверждает предположение о том, что лоуренций характеризуется самым низким первым потенциалом ионизации из всех известных f-элементов, а также извлекает из архива химических гипотез когда-то высказывавшееся предположение о том, что слабо связанный валентный электрон лоуренсия расположен на гантелеобразной p-орбитали.

Результаты этой работы могут привести к пересмотру положения лоуренсия в Периодической системе – предполагается, что благодаря значению потенциалов ионизации лоуренсий было бы логичнее поместить в третью группу – под скандием и иттрием.

Как отмечает Себастиан Роте (Sebastian Rothe), независимо от того, какие споры о реорганизации Периодической системы сможет вызвать, новое открытие, оно само собой уже достаточно важно хотя бы как открытие, позволяющее получить новую информацию о свойствах экзотического элемента.

Источник: Nature, 2015, 520, 209 (DOI: 10.1038/nature14342)

метки статьи: #аналитическая химия, #короткоживущие вещества, #природа химической связи