Оганессон

Оганессон — химический элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы, или VIIIА), седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 118. Относится к благородным газам. Обозначается символом Og (от лат. Oganesson). Является самым тяжёлым из всех синтезированных на данный момент химических элементов. Все изотопы оганессона крайне нестабильны и радиоактивны; наиболее долгоживущий из известных изотопов, ²⁹⁴Og, имеет период полураспада около 0,69 миллисекунды (по другим данным — до 1,2 мс).

История открытия

Предпосылки и теоретические работы

Возможность существования элемента с атомным номером 118 впервые была предсказана ещё в 1960-х годах в рамках теории «острова стабильности», разработанной советским физиком-теоретиком Георгием Николаевичем Флёровым. Согласно этой теории, у сверхтяжёлых элементов с определённым числом протонов и нейтронов (так называемые «магические числа») должны наблюдаться повышенные периоды полураспада по сравнению с соседними элементами. Для элемента 118 предполагалось «магическое» число нейтронов — 184, что делало его потенциально стабильным.

Синтез в ОИЯИ

Первое успешное получение оганессона было осуществлено в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) в 2002—2005 годах. Работа велась под руководством академика Юрия Цолаковича Оганесяна на циклотроне У-400. В ходе экспериментов мишень из калифорния-249 бомбардировалась ионами кальция-48, ускоренными до энергии около 250 МэВ. В результате ядерной реакции синтеза образовалось несколько атомов нового элемента с массовым числом 294:

²⁴⁹Cf + ⁴⁸Ca → ²⁹⁴Og + 3n

Первое сообщение об открытии было опубликовано в 2006 году. Впоследствии результаты были подтверждены независимыми экспериментами в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) и в Институте физико-химических исследований (RIKEN, Япония).

Название

Первоначально элемент был известен под временным систематическим названием «унуноктий» (Uuo) — от латинских числительных «один-один-восемь». В 2015 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально признал открытие элемента и передал право на его название учёным из ОИЯИ. В 2016 году элемент был назван оганессон в честь Юрия Оганесяна — за его выдающийся вклад в синтез сверхтяжёлых элементов. Это второй случай в истории, когда химический элемент был назван в честь ещё живого учёного (первым был сиборгий, названный в честь Гленна Сиборга). Символ элемента — Og.

Физические и химические свойства

Атомные характеристики

Как самый тяжёлый элемент периодической системы, оганессон обладает рядом уникальных свойств. Его атомная масса (наиболее стабильного изотопа) составляет приблизительно 294 а.е.м. Электронная конфигурация внешнего уровня — 7s²7p⁶, что формально относит его к группе благородных газов. Однако из-за релятивистских эффектов, проявляющихся при высоких зарядах ядра, свойства оганессона могут существенно отличаться от свойств более лёгких гомологов (неона, аргона, криптона, ксенона и радона).

Предсказанные свойства

Поскольку оганессон существует лишь в виде единичных атомов с чрезвычайно коротким временем жизни, его химические и физические свойства изучены исключительно теоретически. Основные предсказания:

• Агрегатное состояние: Предположительно, при стандартных условиях оганессон будет газом, однако из-за сильного релятивистского сжатия 7p-орбиталей он может быть твёрдым веществом с низкой температурой плавления (около 50–100 К). Некоторые модели предсказывают, что оганессон может быть жидкостью при комнатной температуре.
• Химическая активность: В отличие от других благородных газов, оганессон, вероятно, будет химически активным. Релятивистские эффекты стабилизируют 7p-орбитали, делая возможным образование химических связей. Теоретические расчёты показывают, что оганессон может образовывать соединения с фтором и кислородом (например, OgF₂, OgO₃), а также проявлять степень окисления +2 и +4.
• Ионизация: Первый потенциал ионизации оганессона оценивается примерно в 860–900 кДж/моль, что значительно ниже, чем у радона (1037 кДж/моль), и сопоставимо с таковым у ртути или ксенона.
• Плотность: Из-за высокой атомной массы плотность оганессона в конденсированном состоянии должна быть очень высокой — около 20–30 г/см³, что сопоставимо с плотностью платины или иридия.

Радиоактивность и цепочки распада

Все изотопы оганессона радиоактивны. Основной канал распада — альфа-распад, в результате которого образуется ливерморий-290. Период полураспада ²⁹⁴Og составляет около 0,69 мс, что является одним из самых коротких среди всех открытых элементов. Однако, согласно теории «острова стабильности», изотопы с массовыми числами 302–308 могли бы иметь периоды полураспада до нескольких минут или даже дней, что пока не подтверждено экспериментально.

Синтез и исследование

Методы получения

Получение оганессона — чрезвычайно сложная задача, требующая уникального оборудования. Основной метод — бомбардировка мишеней из трансурановых элементов (калифорний, берклий, кюрий) ионами кальция-48. Для этого используются циклотроны, способные ускорять ионы до энергий порядка 250–300 МэВ. Выход реакции крайне мал: за несколько месяцев непрерывной работы удаётся получить всего несколько атомов элемента.

Экспериментальные трудности

Основные проблемы при изучении оганессона связаны с его крайне низким выходом и коротким временем жизни. Для регистрации единичных атомов используются специальные детекторы, фиксирующие продукты распада. Каждый успешный эксперимент требует точного расчёта энергии бомбардирующих частиц, выбора оптимального состава мишени и длительного времени накопления данных.

Значение и применение

Научное значение

Открытие оганессона имеет фундаментальное значение для ядерной физики и химии. Оно подтвердило существование «острова стабильности» для сверхтяжёлых элементов и позволило проверить теоретические модели строения атомного ядра. Кроме того, изучение оганессона даёт уникальную возможность исследовать релятивистские эффекты в химии — явления, которые становятся значимыми для элементов с большим атомным номером.

Практическое применение

На данный момент оганессон не имеет практического применения из-за его чрезвычайно малого количества и радиоактивности. Однако в перспективе, если будут синтезированы более стабильные изотопы, элемент может найти применение в качестве источника нейтронов или в радиоизотопной диагностике.

Интересные факты

• Оганессон — самый тяжёлый элемент, когда-либо синтезированный человеком.
• Название элемента — единственный случай в истории химии, когда элемент назван в честь живого учёного (Юрия Оганесяна).
• Теоретически, оганессон может быть первым благородным газом, который образует химические соединения с металлами.
• Из-за релятивистских эффектов электронная оболочка оганессона сжата настолько, что его атомный радиус может быть меньше, чем у радона.

Источники

1. Оганесян Ю. Ц. «Синтез сверхтяжёлых элементов». Успехи физических наук, 2005.
2. IUPAC. «Discovery and naming of elements with atomic numbers 113, 115, 117, and 118». Pure and Applied Chemistry, 2016.
3. Schwerdtfeger P. et al. «Relativistic effects in chemistry of superheavy elements». Chemical Reviews, 2015.
4. Hofmann S. «On the stability of superheavy nuclei». Nuclear Physics A, 2000.
5. Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ). «Оганессон — элемент №118». Официальный сайт ОИЯИ.