Лучшее 2015: Лоуренсий «сломал» таблицу Менделеева

Международная группа физиков впервые экспериментально измерила первый потенциал ионизации лоуренсия (Lr). Он оказался неожиданно низким, что может послужить важным аргументом в спорах о том, где следует располагать 103-й элемент таблицы Менделеева. Статья опубликована в журнале Nature.

Лоуренсий это трансурановый элемент, относящийся к группе актинидов, обычно изображаемых в нижней части периодической таблицы. Впервые его синтезировали в 60-ых годах в Объединенном Институте Ядерных Исследований (Дубна) путем бомбардировки америция-243 ионами кислорода-18. Одновременно с ними синтез проводили и в Беркли, на основе калифорния-252. Время полураспада изотопа лоуренсия-256 составляет всего 27 секунд, что значительно осложняет любую экспериментальную работу с ним. 

Исследователи поставили задачу определить энергию, необходимую для отрыва электрона  от атома лоуренсия — его потенциал ионизации. Для этого они захватывали атомы ²⁵⁶Lr в ловушки из йодида кадмия и помещали их на подложку, разогретую до 2700 К. Эта температура была достаточна для того, чтобы ионизировать некоторое количество электронов изотопа, их количество служило мерой потенциала. Он оказался необычайно низким, всего 4,96 электрон-вольт, пятый по величине потенциал среди всех изученных элементов. Меньшими потенциалами обладают лишь калий, рубидий, цезий и франций, что позволяет утверждать, что по своей химической природе внешний электрон лоуренсия гораздо ближе к электронам щелочных металлов. Это позволяет по новому взглянуть на проблему определения места в периодической системе для актинида.

По решению главного «законодательного органа» в химии — ИЮПАК (Международного союза теоретической и прикладной химии) сейчас все лантаниды и актиниды занимают равноправное положение в третьем столбце таблицы Менделеева — под скандием и иттрием. Положение элементов во многом определяется их химическими свойствами и электронным строением. Некоторые химики утверждают, что лоуренсий и его сосед сверху, лютеций, по свойствам ближе к скандию и иттрию, чем остальные f-элементы, и размещают их отдельно.

Мнения специалистов после выхода работы разделились. По словам Маттиаса Шеделя, соавтора работы, возглавлявшего Японское агенство по ядерной энергии, их результат подтверждает принадлежность Lr к актинидам, поскольку столь низкий потенциал ионизации говорит о значительных отличиях его от Sc (6.54 eV) и Y (6.38 eV). Однако химик Уильям Дженсен из университета Цинцинати утверждает обратное - в среднем, актиниды обладают более высокой энергией отрыва первого электрона от ядра по сравнению с их соседями сверху, лантанидами. Лоуренсий же нарушает эту закономерность и его правильнее относить к d-элементам. Другой соавтор работы, Сато, не считает, что данные, полученные в рамках работы позволяют ответить на вопрос каким-либо конкретным способом.

Президент неорганического отделения ИЮПАК, Ян Ридижк, сообщил, что официальной позиции по вынесению лютеция и лоуренсия из блока актинидов и лантанидов пока нет. Организация может рассмотреть его в рамках летнего саммита.