ООН обяви, че 2019-та ще бъде Международната година на периодичната таблица на химическите елементи. Откритието на Менделеев, извършило революция в химията, бе направено преди век и половина. Но последната точка в тази научна концепция все още не е поставена.

При откриването на периодичния закон, химиците са познавали 63 елемента. Оттогава са открити още 55 – или средно по един химичен елемент на всеки 3 години. Но самият характер на изследванията в тази област съществено се промени. От средата на ХХ век новите клетки на таблицата вече се запълват с химични елементи, синтезирани с помощта на ускорители. Главното действащо лице при този процес вече не са химиците, а физиците. И тай като синтезът на нови химически елементи е високотехнологичен и скъп процес, в надпреварата за приоритет в тази област останаха само няколко участника. Това са големите лаборатории от САЩ, Русия, Европа и Япония. Както и при космическите изследвания, и тук възникнаха елементи на геополитическо съперничество.

Най-тежкият химичен елемент, който се среща в природата в забележими количества е уранът с атомен номер 92, което означава, че той има 92 положително заредени протона. За получаването на по-тежки елементи е необходим ускорител, с помощта на който по-леките ядра се сблъскват с по-тежките и понякога се сливат с тях и образуват нови елементи, които бързо се разпадат. По продуктите от разпада физиците могат да разберат какво се е случило и какви процеси са протекли. Така например, ако уранът бъде бомбардиран с ядрата на неона с атомен номер 10, понякога се получават ядра на синтетичния елемент нобелий, заемащ в таблицата 102-рата клетка (92+10=102).

До началото на 1960-те години приоритетът за синтеза на нови елементи е на страната на САЩ. Но съвсем скоро много важен играч в разразилата се надпревара става Обединеният институт за ядрени изследвания в Дубна, разположен на 125 км от Москва. Химичните елементи от 101 до 106 съветските и американските физици синтезират почти едновременно. В някои случаи се разгарят спорове: така например, елементът номер 104 (ръдърфордий) в СССР дълго време е известен като Курчатовий, а елементът 102 (нобелий) съветските физици първоначално наричат жолиотий в чест на Фредерик Жолио-Кюри. Окончателното решение за името на новия химичен елемент и приоритета за неговото откриване определя Международния съюз за чиста и приложна химия (IUPAC).

Илюстрацията по-горе показва таблицата на Менделеев със всички елементи, получени експериментално към днешен ден (източник: статията на Сам Каин в списание Science). Вижда се, че през ХХ – началото на XXI век приоритетът в откриването на нови химически елементи е преминавал от една държава към друга.

Постепенно се появяват нови, значително по-сложни технологични разработки. Така например, получаването на елементи с номер над 104 (свръхтежките елементи) изисква използването на специални методи, понеже отблъскването на положително заредените ядра става твърде силно и ако се сблъскват с твърде голяма скорост, излишъкът от енергия води до разпад на ядрото, без да се образува нов химичен елемент. През 1970-те години съветският академик Юрий Оганесян предлага метода на „студеното сливане“. Идеята е сливането на две ядра да стане по такъв начин, че цялата кинетична енергия съвсем точно да съответства на кулоновската сила на отблъскване и в момента на сливането, ядрата „меко се докосват“ едно с друго.

По-късно тази технология е използвана от германските физици от Дармщат (центърът „Хелмхолц“за изследване на тежките йони), които по този начин получиха химичните елементи от 107-ми до 112-ти. След това студеното сливане започват да използват японците от института RIKEN във Вако. През 2005 година те получават едва два атома от елемент 113 (нихоний) чрез обстрелване на бисмут с ядра на цинка. За да се получи трети атом – именно толкова е необходимо за официалната регистрация на откритието – са били необходими още 7 години. Именно тогава – в началото на 2000-те за първи път е забелязана закономерността „на всеки три години по един нов химичен елемент“.

В края на 1990-те години Обединеният институт за ядрени изследвания създава нов метод на синтез, базиран на ядрата на калций-48. Това е много рядък и скъп изотоп на обикновения калций (с атомен номер 20), но с голям излишък от неутрони. Новият метод дава възможност на руските физици да се откъснат от надпреварата. Именно чрез този подход те запълват 7-мия ред на таблицата на Менделеев“. A през 2012 година химичният елемент с номер 118 получава официалното име оганесон в чест на академик Юрий Оганесян, научният принос на който е признат в целия свят.

Но за да продължи запълването на таблицата вече се налага решаването на няколко принципни въпроса. Един от тях е, че за химичния елемент с номер 119 не може да се използва метода с калция. Тези проблеми започнаха да се решават след построяването на новата инсталация Superheavy Element Factory (Фабриката за свръхтежки елементи), която започна да работи в края на миналата година. Очаква се с нейна помощ да бъдат синтезирани елементите с номера 119, 120 и 121. Именно с тях ще започне запълването на осмия ред на Таблицата.

 

Колко реда има таблицата на Менделеев и има ли край тази таблица? Теоретиците дават различни отговори на този въпрос. Според една от най-популярните теории, при атомен номер над 172, протоните на ядрото ще започнат да се сливат с електроните и да се превръщат в неутрони, след което атомният номер се връща отново на 172. Експерименталната проверка на тази и на другите теории са бъдещите цели на следващите научни експерименти.