Ученые определили энергию ионизации прометия
Ученые экспериментально определили потенциал ионизации прометия. Значение энергии удаления первого электрона 5,58 электронвольт и данные о более чем тысяче электронных переходов экспериментаторы получили с помощью лазерной резонансной ионизационной спектроскопии. Исследование опубликовано в журнале Physical Review.
В этом году периодическая система отмечает свой 150-летний юбилей, однако до сих пор не для всех элементов определены фундаментальные атомные свойства. В частности, для некоторых нестабильных элементов остаются неизвестными (или определены недостаточно точно) значения потенциала ионизации — энергии, необходимой для удаления одного электрона с внешней оболочки нейтрального атома, то есть насколько легко атом может ионизироваться.
Короткоживущий радиоактивный прометий существует на Земле в следовых количествах (сотни граммов), поэтому обнаружить его аналитически было невозможно. В 1945 году американские химики выделили прометий из продуктов деления урана, однако значение энергии ионизации этого элемента до сих пор экспериментально не устанавливали.
Доминик Штудер (Dominik Studer) с коллегами из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга с помощью резонансной ионизационной спектроскопии получили значения энергий переходов электронов между уровнями в атоме. Раствор около 15 нанограмм очищенного от примесей изотопа прометия-147, который получили облучением неодима-146 нейтронами, поместили в титановой фольге в атомизатор (трехсантиметровую графитовую печь) спектрометра. Согласно расчетам, кристаллы прометия переходят в атомный пар при температуре 850 градусов Цельсия, до которой и нагревали образец, а затем облучали лазером, чтобы образовать ионы. Пучок ионов ускорили в электростатических полях плоских электродов и направили в масс-анализатор.
Для определения потенциала ионизации атомы прометия лазером переводили в возбужденное состояние, а ионизацию проводили в постоянном поле между электродами. Изменяя напряжение электрического поля и длину волны лазерного излучения, авторы работы регистрировали ионы, которые преодолели масс-фильтр.
В результате исследователи получили данные о более, чем тысяче электронных переходов и почти семистах энергетических уровнях прометия. Измеренное значение первого потенциала ионизации составило 5,58 электронвольт и совпало с теоретическими предсказаниями.
Схемы фотоионизации, которые они изучили, помогут развить фундаментальные исследования ядерной физики и ультраследовый анализ использованным авторами статьи методом спектроскопии. А точно определенное значение первого потенциала ионизации прометия будет служить отправной точкой для квантово-химических и физических расчетов.
Атомная спектроскопия сегодня — один из самых точных и информативных методов исследования материи. Об истории, основах и возможностях спектроскопии, можно прочитать в нашем прошлогоднем материале «Химия в солнечном свете».
Алина Кротова
Дихлорметан используют для изготовления кофе без кофеина
Климатологи смоделировали влияние короткоживущих галогенсодержащих веществ на разрушение озонового слоя в тропиках. В результате выяснилось, что антропогенные и природные выбросы этих веществ ответственны за четверть от всего разрушенного за последние 20 лет тропического озонового слоя. И чтобы уменьшить скорость его разрушения, достаточно резко сократить антропогенные выбросы дихлорметана — пишут авторы статьи в Nature Climate Change. 40 лет назад ученые обнаружили над Антарктидой дыру в озоновом слое. Впоследствии оказалось, что возникла она из-за антропогенных выбросов галогенсодержащих органических веществ в атмосферу. В результате в 1985 году была согласована Венская конвенция об охране озонового слоя, а в 1987 году подготовлен к подписанию Монреальский протокол — дополнение к конвенции, в котором были перечислены конкретные вещества, чьи выбросы нужно было сократить. Большинство вошедших в список веществ были простыми фтор- и хлорсодержащими углеводородами. Эти вещества очень устойчивы — их время жизни в атмосфере исчисляется десятками и сотнями лет. И когда они достигают стратосферы, они выделяют свободные галогены, которые и разрушают озоновый слой. Но благодаря Монреальскому протоколу, озоновый слой удалось сохранить, и сейчас над Антарктидой он постепенно восстанавливается. Но концентрация озона в нижней стратосфере тропических широт все равно постепенно уменьшается. И до сих пор ученые связывали это с изменениями в циркуляции воздушных масс, возникшими из-за выбросов парниковых газов. Но климатологи под руководством Альфонсо Сайс-Лопеса (Alfonso Saiz-Lopez) из Института физической химии «Рокасолано» обнаружили, что эти изменения — не единственная причина уменьшения озонового слоя над тропиками. С помощью компьютерного моделирования с использованием CESM они обнаружили, что около четверти уменьшения концентрации озона вызвано короткоживущими галогенсодержащими веществами, некоторые из которых попадают в атмосферу из-за деятельности химических производств. Одно из этих веществ — дихлорметан — очень популярный органический растворитель. Его используют, например, для экстракции кофеина при изготовлении декофеинизированного кофе. Как показало моделирование изменений в тропической стратосфере, в ближайшие несколько лет антропогенные выбросы хлорсодержащих веществ будут играть все большую роль в разрушении озонового слоя. И к концу XXI века они будут ответственны за 30 процентов всей потерянной концентрации озона. Поэтому авторы статьи пришли к выводу, что деятельность человека, приводящую к выбросам короткоживущих органических веществ, нужно контролировать. И хотя озоновый слой над тропиками все равно продолжит уменьшаться из-за выбросов парниковых газов, меры по контролю позволят значительно замедлить этот процесс. Ранее мы рассказывали о том, что озоновый слой над Антарктидой может временно уменьшиться из-за недавнего извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. А подробно прочитать про историю Монреальского протокола можно в нашем материале «Дыра, которую мы залатаем».