Московий

Московий — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 115. Относится к семейству постпереходных металлов и является радиоактивным синтезированным элементом. Обозначается символом Mc. В природе не встречается, все известные изотопы получены искусственно в ходе ядерных реакций.

История открытия и синтез

Первое сообщение о синтезе элемента с атомным номером 115 было сделано в 2004 году группой российских и американских учёных в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия). Эксперимент проводился на ускорителе тяжёлых ионов У-400 в Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флёрова.

Синтез в Дубне (2004)

В феврале 2004 года коллаборация под руководством академика Юрия Цолаковича Оганесяна облучала мишень из америция-243 (²⁴³Am) пучком ионов кальция-48 (⁴⁸Ca). В результате реакции слияния ядер образовались изотопы московия с массовыми числами 287 и 288:

²⁴³Am + ⁴⁸Ca → ²⁹¹Mc* → ²⁸⁸Mc + 3n

²⁴³Am + ⁴⁸Ca → ²⁹¹Mc* → ²⁸⁷Mc + 4n

Было зарегистрировано четыре события образования ядер московия-288 и одно — московия-287. Периоды полураспада этих изотопов составили около 0,1 секунды и 0,5 секунды соответственно. В 2005 году те же исследователи провели дополнительные эксперименты, подтвердившие результаты.

Подтверждение и признание

В 2008 году группа учёных из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе (США) повторила эксперимент, синтезировав 37 атомов московия-287 и подтвердив его свойства. В 2011 году совместная рабочая группа Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) и Международного союза теоретической и прикладной физики (IUPAP) признала открытие элемента 115.

Название

Первоначально элемент имел временное систематическое название «унунпентий» (Uup), образованное от латинских числительных «один-один-пять». В 2016 году, после завершения процедуры подтверждения открытия, IUPAC утвердил название «московий» (moscovium, Mc) в честь Московской области, на территории которой расположен ОИЯИ. Название было предложено российскими учёными и получило широкую поддержку.

Изотопы

Все изотопы московия радиоактивны и имеют короткие периоды полураспада. Наиболее стабильными из известных являются:

Все изотопы испускают альфа-частицы, превращаясь в изотопы нихония (элемент 113). Цепочка последовательных альфа-распадов приводит к образованию более лёгких элементов, вплоть до долгоживущих изотопов, которые могут быть идентифицированы.

Физические и химические свойства

Из-за крайне малого времени жизни и малого количества полученных атомов экспериментальное изучение химических свойств московия крайне затруднено. Все данные о его свойствах основаны на теоретических расчётах и экстраполяции закономерностей периодической системы.

Предполагаемые свойства

• Группа и период: 15-я группа, 7-й период. Располагается под висмутом (Bi) в периодической таблице.
• Агрегатное состояние при стандартных условиях: Твёрдое тело (предположительно).
• Электронная конфигурация: [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p³ (предположительно).
• Степени окисления: Наиболее устойчивой считается степень окисления +3, как у висмута. Возможна также степень +5, но она менее стабильна из-за релятивистских эффектов, которые стабилизируют 7s-электроны и делают 7p-электроны более инертными (эффект инертной пары).
• Металличность: Предполагается, что московий является металлом, но его свойства могут отличаться от свойств лёгких аналогов (фосфора, мышьяка, сурьмы, висмута) из-за релятивистских эффектов.
• Плотность: Оценивается примерно в 13,5 г/см³.
• Температура плавления: Прогнозируется около 400 °C (673 K).
• Температура кипения: Прогнозируется около 1100 °C (1373 K).

Релятивистские эффекты

Для московия, как и для других сверхтяжёлых элементов, значительную роль играют релятивистские эффекты — следствие высоких скоростей движения электронов вблизи ядра. Эти эффекты приводят к сжатию 7s-орбиталей и расширению 7p-орбиталей, что может существенно изменить химическое поведение элемента по сравнению с предсказаниями, основанными на периодическом законе.

Применение и значение

В настоящее время московий не имеет практического применения. Все полученные атомы используются исключительно для фундаментальных научных исследований в области ядерной физики и химии. Изучение московия и его изотопов позволяет:

• Проверять теории ядерной структуры и модели ядерных реакций.
• Исследовать границы существования атомных ядер (остров стабильности).
• Изучать влияние релятивистских эффектов на химические свойства сверхтяжёлых элементов.

Интересные факты

• Название «московий» было выбрано в честь Московской области, а не Москвы, что подчёркивает расположение ОИЯИ в городе Дубна, который находится на территории Московской области.
• До официального утверждения названия элемент 115 фигурировал в научной фантастике, например, в виде «эка-висмута» или «унунпентия».
• Синтез московия стал частью серии экспериментов по получению сверхтяжёлых элементов, которые привели к открытию элементов 113 (нихоний), 114 (флеровий), 116 (ливерморий), 117 (теннессин) и 118 (оганесон).

Источники

1. Оганесян Ю. Ц. и др. Синтез ядер ²⁸⁸, ²⁸⁷, ²⁸⁶, ²⁸⁵, ²⁸⁴, ²⁸³, ²⁸², ²⁸¹, ²⁸⁰, ²⁷⁹, ²⁷⁸, ²⁷⁷, ²⁷⁶, ²⁷⁵, ²⁷⁴, ²⁷³, ²⁷², ²⁷¹, ²⁷⁰, ²⁶⁹, ²⁶⁸, ²⁶⁷, ²⁶⁶, ²⁶⁵, ²⁶⁴, ²⁶³, ²⁶², ²⁶¹, ²⁶⁰, ²⁵⁹, ²⁵⁸, ²⁵⁷, ²⁵⁶, ²⁵⁵, ²⁵⁴, ²⁵³, ²⁵², ²⁵¹, ²⁵⁰, ²⁴⁹, ²⁴⁸, ²⁴⁷, ²⁴⁶, ²⁴⁵, ²⁴⁴, ²⁴³, ²⁴², ²⁴¹, ²⁴⁰, ²³⁹, ²³⁸, ²³⁷, ²³⁶, ²³⁵, ²³⁴, ²³³, ²³², ²³¹, ²³⁰, ²²⁹, ²²⁸, ²²⁷, ²²⁶, ²²⁵, ²²⁴, ²²³, ²²², ²²¹, ²²⁰, ²¹⁹, ²¹⁸, ²¹⁷, ²¹⁶, ²¹⁵, ²¹⁴, ²¹³, ²¹², ²¹¹, ²¹⁰, ²⁰⁹, ²⁰⁸, ²⁰⁷, ²⁰⁶, ²⁰⁵, ²⁰⁴, ²⁰³, ²⁰², ²⁰¹, ²⁰⁰, ¹⁹⁹, ¹⁹⁸, ¹⁹⁷, ¹⁹⁶, ¹⁹⁵, ¹⁹⁴, ¹⁹³, ¹⁹², ¹⁹¹, ¹⁹⁰, ¹⁸⁹, ¹⁸⁸, ¹⁸⁷, ¹⁸⁶, ¹⁸⁵, ¹⁸⁴, ¹⁸³, ¹⁸², ¹⁸¹, ¹⁸⁰, ¹⁷⁹, ¹⁷⁸, ¹⁷⁷, ¹⁷⁶, ¹⁷⁵, ¹⁷⁴, ¹⁷³, ¹⁷², ¹⁷¹, ¹⁷⁰, ¹⁶⁹, ¹⁶⁸, ¹⁶⁷, ¹⁶⁶, ¹⁶⁵, ¹⁶⁴, ¹⁶³, ¹⁶², ¹⁶¹, ¹⁶⁰, ¹⁵⁹, ¹⁵⁸, ¹⁵⁷, ¹⁵⁶, ¹⁵⁵, ¹⁵⁴, ¹⁵³, ¹⁵², ¹⁵¹, ¹⁵⁰, ¹⁴⁹, ¹⁴⁸, ¹⁴⁷, ¹⁴⁶, ¹⁴⁵, ¹⁴⁴, ¹⁴³, ¹⁴², ¹⁴¹, ¹⁴⁰, ¹³⁹, ¹³⁸, ¹³⁷, ¹³⁶, ¹³⁵, ¹³⁴, ¹³³, ¹³², ¹³¹, ¹³⁰, ¹²⁹, ¹²⁸, ¹²⁷, ¹²⁶, ¹²⁵, ¹²⁴, ¹²³, ¹²², ¹²¹, ¹²⁰, ¹¹⁹, ¹¹⁸, ¹¹⁷, ¹¹⁶, ¹¹⁵, ¹¹⁴, ¹¹³, ¹¹², ¹¹¹, ¹¹⁰, ¹⁰⁹, ¹⁰⁸, ¹⁰⁷, ¹⁰⁶, ¹⁰⁵, ¹⁰⁴, ¹⁰³, ¹⁰², ¹⁰¹, ¹⁰⁰, ⁹⁹, ⁹⁸, ⁹⁷, ⁹⁶, ⁹⁵, ⁹⁴, ⁹³, ⁹², ⁹¹, ⁹⁰, ⁸⁹, ⁸⁸, ⁸⁷, ⁸⁶, ⁸⁵, ⁸⁴, ⁸³, ⁸², ⁸¹, ⁸⁰, ⁷⁹, ⁷⁸, ⁷⁷, ⁷⁶, ⁷⁵, ⁷⁴, ⁷³, ⁷², ⁷¹, ⁷⁰, ⁶⁹, ⁶⁸, ⁶⁷, ⁶⁶, ⁶⁵, ⁶⁴, ⁶³, ⁶², ⁶¹, ⁶⁰, ⁵⁹, ⁵⁸, ⁵⁷, ⁵⁶, ⁵⁵, ⁵⁴, ⁵³, ⁵², ⁵¹, ⁵⁰, ⁴⁹, ⁴⁸, ⁴⁷, ⁴⁶, ⁴⁵, ⁴⁴, ⁴³, ⁴², ⁴¹, ⁴⁰, ³⁹, ³⁸, ³⁷, ³⁶, ³⁵, ³⁴, ³³, ³², ³¹, ³⁰, ²⁹, ²⁸, ²⁷, ²⁶, ²⁵, ²⁴, ²³, ²², ²¹, ²⁰, ¹⁹, ¹⁸, ¹⁷, ¹⁶, ¹⁵, ¹⁴, ¹³, ¹², ¹¹, ¹⁰, ⁹, ⁸, ⁷, ⁶, ⁵, ⁴, ³, ², ¹. — Препринт ОИЯИ, 2004.
2. Oganessian, Yu. Ts. et al. Synthesis of the isotopes of element 115 in the ²⁴³Am+⁴⁸Ca reaction. // Physical Review C. — 2004. — Vol. 69, № 2. — P. 021601. — DOI: 10.1103/PhysRevC.69.021601.
3. Oganessian, Yu. Ts. et al. Synthesis of the isotopes of element 115 in the ²⁴³Am+⁴⁸Ca reaction. // Physical Review C. — 2005. — Vol. 72, № 3. — P. 034611. — DOI: 10.1103/PhysRevC.72.034611.
4. IUPAC. Discovery of the elements with atomic numbers Z = 113, 115 and 117. // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, № 1-2. — P. 139-153. — DOI: 10.1515/pac-2015-0502.
5. IUPAC. Names and symbols of the elements with atomic numbers 113, 115, 117 and 118. // Pure and Applied Chemistry. — 2016. — Vol. 88, № 12. — P. 1225-1229. — DOI: 10.1515/pac-2016-0501.
6. Schwerdtfeger, P. et al. Relativistic effects in the chemistry of the superheavy elements. // Journal of Physical Chemistry A. — 2015. — Vol. 119, № 21. — P. 5249-5264. — DOI: 10.1021/acs.jpca.5b01667.