Таинственный адрес

Пары букв — это символы химических элементов. В честь чего (или кого) они были названы?

Расшифровка адреса:
    Sg — сиборгий, искусственный элемент с атомным номером 106, назван в честь Гленна Сиборга, был получен в 1974 году в Лаборатории им. Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли и одновременно и независимо — работавшими в Дубне учеными из группы Георгия Флёрова и Юрия Оганесяна;
    Bk — берклий, искусственный элемент №97, назван в честь города Беркли, в котором он был впервые получен в 1949 году в группе Гленна Сиборга;
    Cf — калифорний, искусственный элемент №99, назван в честь Калифорнии (а точнее — Калифорнийского университета в городе Беркли), был получен в 1950 году в группе Гленна Сиборга;
    Am — америций, искусственный элемент №95, назван в честь Америки (америций — «аналог» европия с точки зрения электронной структуры — и назван по аналогии), был получен в 1944 году в группе Гленна Сиборга.

Гленн Сиборг в 1964 году. Фото с сайта ru.wikipedia.org

То есть весь адрес означает: Сиборгу, г. Беркли, Калифорния, США.

Удачно совпало, что Сиборг в то время работал в Калифорнийском университете в Беркли, а берклий, калифорний и америций были получены при его непосредственном участии. Ну а собственно причиной такой своеобразной записи адреса стало то, что в декабре 1997 года ИЮПАК утвердил предложенное первооткрывателями элемента №106 название «сиборгий», решив тем самым отметить вклад Сиборга в получение трансурановых элементов.

Сиборг стал первым ученым, «прописавшимся» в Периодической системе прижизненно (правила ИЮПАК этого не запрещают), и люди отправляли открытки с «зашифрованным» адресом, чтобы поздравить ученого. То, что эти поздравления пришлись на канун Нового года и Рождества, — совпадение: ИЮПАК любит оглашать решения к концу уходящего года.

Сиборг не просто участвовал в открытии плутония, америция, кюрия, берклия, калифорния, эйнштейния, фермия, менделевия, нобелия и сиборгия: благодаря его работам сформировалась ядерная химия. Этот раздел химии (на который, правда, «претендуют» и физики) изучает ядерные реакции, в том числе и те, благодаря которым образуются новые искусственные элементы.

Искусственными (или синтетическими) называют химические элементы, которые на Земле были впервые получены с помощью реакторного синтеза. В настоящее время их насчитывается 28 (из 118 известных в настоящее время элементов) — это всё трансурановые элементы от нептуния (№93) до оганесона (№118), а также технеций (№43) и прометий (№61). Часть из них (трансфермиевые элементы, которые начинаются с №101), по-видимому, просто не существует в природе; другие элементы уже после реакторного синтеза были обнаружены в следовых количествах в земной коре (технеций, прометий, астат, нептуний, плутоний), в фотосферах звезд (технеций), в оболочках сверхновых (калифорний и, вероятно, продукты его распада — берклий, кюрий, америций и более легкие элементы).

Сиборг стал лауреатом Нобелевской премии по химии в 1951 году «за открытия в области химии трансурановых элементов», разделив ее с Эдвином Макмилланом.

Г. Н. Флёров (сидит) и Ю. Ц. Оганесян. Фото с сайта persons-info.com

Вторым ученым, в честь которого химический элемент назвали прижизненно, стал Юрий Цолакович Оганесян: в 2016 году элемент №118 (в настоящее время замыкающий Периодическую систему) назван оганесоном.

В 1932 году Альберт Эйнштейн посетил Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, где прочел речь перед студентами, в которой, в частности, было сказано: «Наука как нечто существующее и полное является наиболее объективным и внеличным из всего, что известно человеку». Одним из его слушателей был выполнявший свою дипломную работу еще в области химии растворов Гленн Сиборг. Эйнштейн, будучи знакомым с одним из профессоров, обучавших Сиборга, нашел время встретиться и переговорить с подающим надежды молодым человеком, и Сиборг, ставший, как и Эйнштейн, лауреатом Нобелевской премии, позднее писал, что был приятно поражен добротой и скромностью великого ученого по отношению к никому пока еще не известному студенту.

Отношение Эйнштейна к вопросам войны и мира также помогло Сиборгу сформулировать собственное отношение к этим вопросам. Хотя десять лет спустя после встречи Гленн Сиборг со своей группой играл одну из ключевых ролей в Манхэттенском проекте, помогая разделять уран и плутоний, он неоднократно заявлял о своем пацифизме и утверждал, что ядерная энергия должна применяться только в мирных целях.

Встреча с Альбертом Эйнштейном очень сильно повлияла на научные предпочтения, да и на судьбу Сиборга: он заинтересовался физикой и после того, как в 1933 году получил степень бакалавра, остался в Калифорнийском университете еще на один год, чтобы прослушать ряд курсов по физике, которые не посещал, обучаясь на химическом отделении университета. В Калифорнийском университете Лос-Анджелеса не было возможности выполнять исследования в области физической химии, он поступил в магистратуру Калифорнийского университета в Беркли, начав работу с профессором физической химии Гилбертом Ньютоном Льюисом (его, вероятно, многие могут помнить по правилу устойчивости восьмиэлектронных оболочек атомов) и специалистом в ядерной физике Эрнестом Орландо Лоуренсом, который в начале 1930-х годов изобрел циклотрон, за что в 1939 году стал лауреатом Нобелевской премии по физике.

Сначала Сиборг занимался с Льюисом химией кислот и оснований, но постепенно всё больше отходил от «классической» химии. В 1937 году он защитил диссертацию на тему «Взаимодействие быстрых нейтронов со свинцом» и далее занимался уже исключительно ядерной химией.

В день смерти Альберта Эйнштейна, 18 апреля 1955 года, журнал американского физического общества получил рукопись статьи Сиборга, Альберта Гиорсо (открывшего элемент с номером 99, который позже назовут эйнштейнием) и их коллег, в которой сообщалось об открытии нового радиоактивного элемента №101, который Сиборг предложил назвать менделевием в честь Д. И. Менделеева.

Менделевий был не первым элементом, полученным Сиборгом, и не самым важным его открытием (патент на способ получения америция принес Сиборгу очень большие деньги благодаря применению этого элемента в датчиках задымления), но элемент №101 всё равно оказался первым в своем роде: это первый из трансфермиевых элементов — элементов с порядковым номером больше 100.

60-дюймовый циклотрон в Беркли после завершения его разработки в 1939 году. Рядом стоят ученые, которые внесли большой вклад в сооружение этой установки и работу с ней. Третий слева — Эрнест Лоуренс, сверху сидят Луис Альварес и Эдвин МакМиллан. Фото с сайта smithsonianmag.com

Менделевий был получен на установке, которая называлась просто «60-дюймовый циклотрон». Она была спроектирована Лоуренсом и в 1939 году начала работать. Когда в 1962 году, благодаря появлению других, более мощных ускорителей частиц, 60-дюймовый циклотрон был отправлен «на пенсию», в торжественной речи, посвященной этому событию, кто-то назвал его «... самым эффективным расщепителем атомов в истории...». Чтобы получить менделевий, Сиборг и Гиорсо бомбардировали мишень из эйнштейния α-частицами (следует уточнить, что в статье для элемента 101 название «менделевий» предлагалось сразу, а вот эйнштейний тогда еще не получил официального названия, поэтому в тексте статьи упоминался только как «элемент 99»). Сиборг с соавторами так объяснили свой выбор названия первого трансфермиевого элемента:

«Мы хотели бы предложить название менделевий и символ Mv в знак признания пионерской роли великого русского химика Дмитрия Менделеева, который первым использовал периодическую систему элементов для предсказания химических свойств неоткрытых элементов, что и сделало возможным открытие последних семи трансурановых элементов (актиноидов).»
(“We would like to suggest the name mendelevium, symbol Mv, for the new element in recognition of the pioneering role of the great Russian chemist, Dmitri Mendeleev, who was the first to use the periodic system of the elements to predict the chemical properties of undiscovered elements, a principle which has been the key to the discovery of the last seven transuranium (actinide) elements.”).

В итоге это название было присвоено, а в 1957 году предложенный символ был заменен на Md.

Сиборг прожил яркую и насыщенную жизнь. Он участвовал в разработке ядерного оружия и атомной энергетики, открытии десяти новых химических элементов, под его руководством было защищено почти семь десятков диссертаций, он был автором или соавтором пятисот научных статей, научным советником десяти президентов США и даже участвовал в написании школьного учебника по химии и методических рекомендаций к нему для учителей химии.

Очевидно, что коллеги из Калифорнийского университета в Беркли считали его самым подходящим кандидатом для увековечения в Периодической системе. Случай представился, когда радиохимикам из Беркли удалось доказать свой приоритет в синтезе элемента №106. Они получили его в 1974 году, бомбардируя мишень из калифорния ²⁴⁹Cf ядрами кислорода ¹⁸O. Поскольку образовывавшееся в результате слияния ядер калифорния и кислорода ядро элемента №106 быстро распадалось (время жизни составляло около секунды), его идентифицировали по продуктам распада — для короткоживущих трансфермиевых элементов это обычная практика при изучении состава новых ядер. Полученные в Беркли ядра элемента №106 подвергались двум последовательным α-распадам, превращаясь в более долгоживущие ядра: сначала в ²⁵⁹Rf, а затем — в ²⁵⁵No. Одновременно и независимо работавшая в ОИЯИ группа Георгия Флёрова и Юрия Оганесяна опубликовала в том же году сообщение о синтезе элемента №106 в результате слияния ядер свинца и хрома.

В 1993 году рабочая группа по трансфермиевым элементам ИЮПАК пришла к выводу, что материалы, предоставленные учеными из Беркли, в большей степени позволяют говорить о приоритете американской команды.

Как только приоритет в синтезе элемента №106 был отдан исследователям из Национальной лаборатории имени Лоуренса, они предложили назвать его сиборгием. Первоначально ИЮПАК не оценил идею, сказав, что нет такой традиции называть элементы в честь людей прижизненно. Подключившееся к разбирательствам Американское химическое общество указало на то, что в правилах ИЮПАК нет и официального запрета называть элементы в честь живых людей, и напомнило, что механизм названия элемента №100 фермием был запущен еще при жизни Энрико Ферми. Комиссия по номенклатуре ИЮПАК вняла этим доводам, и в начале декабря 1997 года закрепило за элементом №106 название сиборгий; после этого решения и появились письма с «таинственным адресом».

Что же представляет собой сиборгий? Изучать химические свойства короткоживущих искусственных элементов, получаемых в количестве нескольких или нескольких десятков атомов, сложно, но тем не менее возможно. К настоящему времени известно, что он проявляет степень окисления +6, образуя очень летучий гексафторид (SgF₆), а также умеренно летучий гексахлорид (SgCl₆) и оксихлориды SgO₂Cl₂ и SgOCl₄ — соединения, аналогичные соединениям других элементов группы хрома. Это указывает на то, что сиборгий является близким аналогом тяжелых металлов этой группы — молибдена и вольфрама, которые в своих соединениях предпочитают проявлять степени окисления 0 и +6. А в 2014 году было показано, что сиборгий, аналогично своим трем более легким соседям по группе, образующим гексакарбонильные комплексы, дает летучий гексакарбонилсиборгий(0) Sg(CO)₆, который так же летуч, как и его аналоги. То есть сиборгий может проявлять и степень окисления 0.

Может возникнуть вполне резонный вопрос: зачем тратить столько времени, сил и ресурсов на синтез трансфермиевых элементов? Их сложно синтезировать, но, как показывает практика, это всё равно проще, чем изучение их химических свойств. Получают их в таких количествах, что о практическом применении можно и не думать.

Синтез новых элементов и изучение их свойств — это не просто «химическое коллекционирование» и заполнение пустых клеток таблицы Менделеева: такие эксперименты позволяют проверить и уточнить теоретические выкладки и тем самым улучшить наше понимание мира. Кроме того, теория строения атомных ядер предсказывает, что с ростом номера элементов понижение времени их жизни должно смениться увеличением: так называемый остров стабильности может начаться либо с номера 114, либо с номера 126. Первой очевидной целью был элемент №114.

Теоретические расчеты 1960–70-х годов оценивали период полураспада этого элемента в несколько миллионов лет, из-за чего синтез элемента №114 стал мечтой многих физиков-ядерщиков — в том числе и Сиборга, который писал в автобиографии: «Мне всё еще было интересно синтезировать элементы, исследовать мечту о поиске сверхтяжелых элементов — элементов в области атомного номера 114. Период полураспада элементов становился всё короче по мере того, как они становились тяжелее, но я полагал, что существует „остров стабильности“...».

Несмотря на то что эксперименты по синтезу элемента №114 начались еще в 1960-е годы, получить его удалось только в декабре 1998 года в ОИЯИ в Дубне. В первом эксперименте получился один атом этого элемента, названного позже флеровием. Он просуществовал всего 30 секунд, что, конечно, было меньше ожидаемого времени жизни в миллионы лет, но всё равно гораздо больше милли- и микросекунд, за которые успевали распадаться элементы №111–113. С другой стороны, чтобы дотянуть до магического ядра и острова стабильности, полученному нуклиду ²⁸⁸Fl не хватало восьми нейтронов. О синтезе элемента №114 успели сообщить даже Сиборгу, у которого, по словам сообщившего ему эту весть Альберта Гиорсо, от радости заблестели глаза (в августе 1998 года Сиборг перенес инсульт, и его речь и мимика так и не восстановились в полном объеме до его смерти в феврале 1999 года).