- 19,532
- 40
- 8 Ноя 2022
Исследователи «поймали» молекулы, которые почти невозможно увидеть и измерить.
Один из величайших триумфов науки — периодическая таблица Менделеева. Она позволяла предсказывать массу, плотность и химические свойства элементов ещё до того, как они были открыты. Но на самых тяжёлых её этажах, где атомы буквально распирает от огромного числа протонов, эта предсказательная сила начинает давать сбои. Особенно это касается сверхтяжёлых элементов с числом протонов свыше 103 — их химия остаётся загадкой даже для самых продвинутых лабораторий.
Проблема в том, что эксперименты с такими элементами невероятно сложны. Ученым приходилось довольствоваться догадками, так как точно определить, какие молекулы они получают в ходе экспериментов, было невозможно. Но теперь ситуация начала меняться. Исследователи из Лаборатории Беркли Министерства энергетики США, Калифорнийского университета и Университета Алабамы Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , позволяющий не только получать молекулы с тяжёлыми элементами, но и напрямую их обнаруживать. Впервые в истории на практике удалось зафиксировать молекулу, содержащую нобелий — элемент с атомным номером 102. До сих пор ни одна молекула с элементами тяжелее фермия (99) не была зафиксирована напрямую.
Эксперимент проходил на 88-дюймовом циклотроне в Беркли. План был прост: разогнанные изотопы кальция сталкивались с мишенью из таллия и свинца, образуя поток частиц, среди которых искомые актиниды. Специальная система отбирала только нужные атомы — нобелий и актиний — и направляла их в газовую ловушку. Там, на сверхзвуковой скорости, атомы вступали в реакцию с газом, образуя молекулы, которые затем анализировались с помощью высокоточного спектрометра FIONA.
Но учёных ждала неожиданность: ещё до того, как они успели добавить реактивный газ, в ловушке начали формироваться молекулы нобелия. Причиной стали следовые количества воды и азота, присутствующие в системе. Атомы нобелия спонтанно вступали с ними в реакцию, что поставило под сомнение устоявшееся представление о «чистоте» экспериментов. Оказалось, что даже в идеальных условиях сверхтяжёлые атомы легко соединяются с молекулами, формируя химические связи. Это открытие может объяснить противоречивые результаты прошлых экспериментов с элементами 113, 114 и 115.
Авторы работы утверждают, что это начало новой эпохи в изучении химии сверхтяжёлых элементов. FIONA оказалась неожиданно полезной для химических исследований, хотя изначально её создавали исключительно для измерения масс. Установка позволила за 10 дней собрать почти 2000 молекул — по меркам тяжёлой химии это впечатляющий результат. При этом речь идёт о наблюдении реакций на уровне отдельных атомов, живущих доли секунды. Предыдущие методы были не столь чувствительны и не позволяли точно определить, какие именно молекулы образуются.
Благодаря высокой чувствительности и скорости анализа, новый подход позволит изучать всё более массивные и нестабильные элементы, чья химия может радикально отличаться от привычных трендов таблицы Менделеева. Всё дело в так называемых релятивистских эффектах: огромное количество протонов в ядре ускоряет внутренние электроны, что меняет их поведение и, как следствие, химические свойства элемента. Именно поэтому сверхтяжёлые элементы могут находиться не совсем на «своих» местах в таблице.
Практическая значимость этих исследований тоже огромна. Один из перспективных направлений — улучшение понимания химии актиния-225, редкого изотопа, показавшего эффективность в лечении метастатического рака. Сегодня он доступен в микроскопических количествах, и его использование в медицине затруднено. Лучше зная его химию, можно будет проще синтезировать нужные соединения и повысить доступность терапии.
Новый метод не только помогает уточнить расположение элементов в таблице, но и даёт инструмент для работы с самыми тяжёлыми и редкими атомами во Вселенной.
Один из величайших триумфов науки — периодическая таблица Менделеева. Она позволяла предсказывать массу, плотность и химические свойства элементов ещё до того, как они были открыты. Но на самых тяжёлых её этажах, где атомы буквально распирает от огромного числа протонов, эта предсказательная сила начинает давать сбои. Особенно это касается сверхтяжёлых элементов с числом протонов свыше 103 — их химия остаётся загадкой даже для самых продвинутых лабораторий.
Проблема в том, что эксперименты с такими элементами невероятно сложны. Ученым приходилось довольствоваться догадками, так как точно определить, какие молекулы они получают в ходе экспериментов, было невозможно. Но теперь ситуация начала меняться. Исследователи из Лаборатории Беркли Министерства энергетики США, Калифорнийского университета и Университета Алабамы Для просмотра ссылки Войди
Эксперимент проходил на 88-дюймовом циклотроне в Беркли. План был прост: разогнанные изотопы кальция сталкивались с мишенью из таллия и свинца, образуя поток частиц, среди которых искомые актиниды. Специальная система отбирала только нужные атомы — нобелий и актиний — и направляла их в газовую ловушку. Там, на сверхзвуковой скорости, атомы вступали в реакцию с газом, образуя молекулы, которые затем анализировались с помощью высокоточного спектрометра FIONA.
Но учёных ждала неожиданность: ещё до того, как они успели добавить реактивный газ, в ловушке начали формироваться молекулы нобелия. Причиной стали следовые количества воды и азота, присутствующие в системе. Атомы нобелия спонтанно вступали с ними в реакцию, что поставило под сомнение устоявшееся представление о «чистоте» экспериментов. Оказалось, что даже в идеальных условиях сверхтяжёлые атомы легко соединяются с молекулами, формируя химические связи. Это открытие может объяснить противоречивые результаты прошлых экспериментов с элементами 113, 114 и 115.
Авторы работы утверждают, что это начало новой эпохи в изучении химии сверхтяжёлых элементов. FIONA оказалась неожиданно полезной для химических исследований, хотя изначально её создавали исключительно для измерения масс. Установка позволила за 10 дней собрать почти 2000 молекул — по меркам тяжёлой химии это впечатляющий результат. При этом речь идёт о наблюдении реакций на уровне отдельных атомов, живущих доли секунды. Предыдущие методы были не столь чувствительны и не позволяли точно определить, какие именно молекулы образуются.
Благодаря высокой чувствительности и скорости анализа, новый подход позволит изучать всё более массивные и нестабильные элементы, чья химия может радикально отличаться от привычных трендов таблицы Менделеева. Всё дело в так называемых релятивистских эффектах: огромное количество протонов в ядре ускоряет внутренние электроны, что меняет их поведение и, как следствие, химические свойства элемента. Именно поэтому сверхтяжёлые элементы могут находиться не совсем на «своих» местах в таблице.
Практическая значимость этих исследований тоже огромна. Один из перспективных направлений — улучшение понимания химии актиния-225, редкого изотопа, показавшего эффективность в лечении метастатического рака. Сегодня он доступен в микроскопических количествах, и его использование в медицине затруднено. Лучше зная его химию, можно будет проще синтезировать нужные соединения и повысить доступность терапии.
Новый метод не только помогает уточнить расположение элементов в таблице, но и даёт инструмент для работы с самыми тяжёлыми и редкими атомами во Вселенной.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
