У оганессона нет орбиталей?

А.И. Курамшин

pic_2017_12_12-2.jpg

Смоделированная локализация электронов без релятивистских поправок (слева) и с учетом релятивистских поправок (справа) в атомах ксенона, радона и оганессона. Согласно расчетам, в оганессоне электроны не распределены по орбиталям, а образуют более или менее равномерно распределенное облако.

Элемент № 118, оганессон, назван в честь Юрия Цолаковича Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова ОИЯИ в Дубне. Это второй человек после Глена Сиборга, именем которого еще при его жизни назвали химический элемент. Суффикс «он» в названии оганессона объясняется его положением в Периодической системе — формально его можно считать самым тяжелым инертным газом. Именно формально: получено достаточно данных в пользу того, что характер заполнения электронной оболочки сверхтяжелых элементов совершенно не таков, как у легких. Дело в том, что из-за большого заряда тяжелых атомных ядер электроны в сверхтяжелых элементах разгоняются до такой скорости, при которой пренебрегать теорией относительности уже нельзя. Конечно же время жизни оганессона слишком мало, и определить экспериментально, будет ли элемент № 118 проявлять свойства инертного газа, невозможно. Тем не менее исследователи из Новой Зеландии и США провели квантово-химические расчеты, результаты которых позволяют считать оганессон уникальным атомом.

Любой школьник (иногда и школьный учитель химии) скажет, что оганессон обладает электронной оболочкой инертного газа, а значит, строение его внешнего слоя можно записать как 7s27p6. Тем не менее, химики-теоретики Петер Швердтфегер , Пол Жерабек (Университет Мэсси, Новая Зеландия), Бастиан Шутрумпф и Витольд Назаревич (Университет Мичигана) предсказывают, что распределение электронов, вращающихся вокруг столь большого ядра, в большей степени теряет свою оболочечную структуру, размываясь в «электронный газ».

Некоторые искусственные радиоактивные трансфермиевые элементы химики получили в количествах, достаточных для химических экспериментов. Элементы разделили с помощью хроматографии и определили валентные состояния для отдельно взятых атомов. Например, оказалось, что свойства резерфордия и дубния (элементы № 104 и № 105) отличаются от тех, которые можно было бы спрогнозировать по их положению в Периодической системе, а вот для элемента № 106 (сиборгия) никаких отклонений от предсказаний, сделанных с помощью Периодического закона, не было («Journal of Nuclear and Radiochemical Sciences», 2002, 3, 113—120; doi: 10.14494/jnrs2000.3.113). Отклонения вызваны изменением энергий электронов, развивающих околосветовые скорости под воздействием ядра со значительным положительным зарядом, говоря проще — релятивистских эффектов.

Исследователи отмечают, что для оганессона проявление релятивистских эффектов очень существенно — они обусловливают так называемое спин-орбитальное сочетание, то есть взаимосвязь спинового состояния электрона и характеристик его перемещения по орбиталям. При значительном спин-орбитальном сочетании заселенность электронов по уровням со строго определенными энергетическими характеристиками размывается, и электроны, находящиеся около ядра, распределяются практически равномерно, образуя облако электронного газа, или Ферми-газа.

Эффект размывания электронных оболочек постепенно увеличивается вместе с ростом заряда ядра. Согласно расчетам, оганессон существенно отличается от инертных газов, расположенных в той же группе Периодической системы. Состояние электронов в его атоме должно быть очень близким к предельной их делокализации — Ферми-газу. В таком «размазанном» состоянии электроны легко поляризуются, а значит, атомы оганессона будут связываться друг с другом прочными вандерваальсовыми взаимодействиями, и, наиболее вероятно, при комнатной температуре это будет не газ, а твердое вещество. Кроме того, коль скоро внешняя оболочка оганессона — не устойчивый октет, элемент № 118 будет гораздо реакционноспособнее по сравнению с его соседями — инертными газами.

.

Разные разности
Бактериофаги против дезодорантов
Метагеномный анализ кожной флоры позволил найти главного злоумышленника, виновного в резком запахе пота — это бактерии Staphylococcus hominis. Но можно ли от них избавиться, не убивая другие кожные бактерии? Исследователи предложили логичное реш...
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...