Дармштадтий

Дармштадтий — химический элемент 10-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы восьмой группы) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 110. Обозначается символом Ds (от лат. Darmstadtium). Относится к семейству трансактиноидов, является искусственно синтезированным радиоактивным элементом. В природе не встречается.

История открытия

Дармштадтий был впервые синтезирован 9 ноября 1994 года в Центре исследования тяжёлых ионов (GSI, Gesellschaft für Schwerionenforschung) в Дармштадте, Германия. Группа учёных под руководством Петера Армбрустера и Зигурда Хофмана проводила эксперименты по бомбардировке мишени из изотопа свинца-208 ускоренными ионами никеля-62.

Реакция синтеза проходила на ускорителе тяжёлых ионов UNILAC. В результате слияния ядер образовался изотоп дармштадтия-269 с массовым числом 269, который затем распадался с испусканием альфа-частиц. В ходе эксперимента было зарегистрировано три события, соответствующих образованию нового элемента.

Первоначально элемент получил временное название «унуннилий» (Uun) — от латинских числительных «один-один-ноль» (систематическое название для 110-го элемента). В 2003 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально утвердил название «дармштадтий» в честь города Дармштадта, где расположен GSI.

Изотопы

Известно более 15 изотопов дармштадтия с массовыми числами от 267 до 291. Все они радиоактивны и имеют короткие периоды полураспада.

Наиболее стабильным из известных изотопов является дармштадтий-281, период полураспада которого составляет около 11 секунд. Другие изотопы имеют значительно более короткие времена жизни:

• Ds-279 — около 0,2 секунды;
• Ds-270 — около 0,1 миллисекунды;
• Ds-267 — около 4 микросекунд.

Большинство изотопов дармштадтия распадаются путём альфа-распада, испуская альфа-частицы и превращаясь в изотопы хассия (Hs). Некоторые изотопы могут также испытывать спонтанное деление.

Физические и химические свойства

Из-за крайне малого времени жизни и микроскопических количеств, в которых удаётся получить дармштадтий, его физические и химические свойства изучены только теоретически или на основе единичных экспериментов.

Физические свойства

Предполагается, что дармштадтий является металлом. По аналогии с более лёгкими элементами своей группы (никель, палладий, платина), он должен быть тяжёлым, плотным металлом серебристо-белого цвета. Теоретические расчёты предсказывают для него плотность около 34,8 г/см³, что делает его одним из самых плотных элементов (для сравнения, плотность осмия — 22,6 г/см³, иридия — 22,5 г/см³). Температура плавления оценивается в районе 2000–2500 °C.

Химические свойства

Дармштадтий относится к группе платиновых металлов. Ожидается, что он проявляет степени окисления от +2 до +8, причём наиболее стабильной должна быть степень окисления +6. Из-за релятивистских эффектов, характерных для тяжёлых элементов, его химическое поведение может отличаться от поведения более лёгких аналогов. В частности, предполагается, что дармштадтий может образовывать летучие соединения, подобные гексафториду платины (PtF₆), что используется в экспериментах по разделению изотопов.

Получение

Дармштадтий получают исключительно искусственным путём в реакциях слияния ядер. Наиболее распространённый метод — бомбардировка мишеней из тяжёлых элементов (свинец, висмут) ускоренными ионами более лёгких элементов (никель, железо) на циклотронах или линейных ускорителях.

Пример реакции синтеза дармштадтия-269: ⁶²Ni + ²⁰⁸Pb → ²⁶⁹Ds + n

В ходе реакции один нейтрон испускается, а образовавшееся ядро дармштадтия-269 быстро распадается.

Для получения более тяжёлых изотопов используются мишени из плутония или кюрия, бомбардируемые ионами кальция или титана. Такие реакции проводятся в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) и в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США).

Применение

В настоящее время дармштадтий не имеет практического применения. Это связано с несколькими факторами:

• чрезвычайно короткое время жизни изотопов;
• микроскопические количества, получаемые в экспериментах (единицы атомов);
• высокая стоимость и сложность синтеза.

Все исследования дармштадтия носят фундаментальный характер и направлены на изучение свойств сверхтяжёлых элементов, проверку теоретических моделей ядерной физики и химии. Получение дармштадтия позволяет уточнять границы стабильности атомных ядер и исследовать так называемый «остров стабильности» — гипотетическую область сверхтяжёлых элементов с относительно большими периодами полураспада.

Интересные факты

• Дармштадтий стал третьим элементом, синтезированным в GSI, после бория (107) и хассия (108). Позднее там же были получены рентгений (111) и коперниций (112).
• Символ элемента Ds был выбран не сразу. Первоначально предлагался вариант Da, но он был отклонён, чтобы избежать путаницы с далтонием (гипотетическим элементом, названным в честь Джона Дальтона).
• Дармштадтий является одним из самых дорогих элементов в мире, поскольку его синтез требует работы мощных ускорителей и сложного оборудования. Стоимость получения одного атома оценивается в миллионы долларов.
• В 2001 году группа учёных из ОИЯИ (Дубна) сообщила о синтезе изотопа дармштадтия-267 в реакции слияния ядер плутония-242 и кальция-48. Этот эксперимент подтвердил существование элемента и позволил уточнить его свойства.

Источники

• Hofmann, S. et al. (1995). "Production and decay of 269110". Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei. 350 (4): 277–280.
• Oganessian, Yu. Ts. et al. (2001). "Synthesis of superheavy nuclei in the ⁴⁸Ca + ²⁴²Pu reaction". Physical Review C. 64 (5): 054606.
• IUPAC (2003). "Names and symbols of transfermium elements (IUPAC Recommendations 2003)". Pure and Applied Chemistry. 75 (10): 1601–1610.
• Thoennessen, M. (2016). The Discovery of Isotopes: A Complete Compilation. Springer.