Кіріспе

Московий – синтетикалық химиялық элемент, оның символы Mc және атомдық нөмірі 115. Ол алғаш рет 2003 жылы Ресейдегі Дубна қаласындағы Ядролық зерттеулер жөніндегі бірлескен институтта (ЯИЯИ) ресейлік және американдық ғалымдар тобы тарапынан синтезделді. 2015 жылдың желтоқсан айында IUPAC және IUPAP халықаралық ғылыми ұйымдарының бірлескен жұмыс тобы оны төрт жаңа элементтің бірі деп мойындады. 2016 жылдың 28 қарашасында оған ресми түрде ЯИЯИ орналасқан Мәскеу облысының аты берілді. Московий – өте радиоактивті элемент: оның ең тұрақты белгілі изотопы, московий-290-ның жартылай ыдырау периоды 0,65 секундты құрайды. Периодтық кестеде ол p-блокты трансактинид элементі болып табылады. Ол 7-ші кезеңге жатады және 15-ші топқа ең ауыр пниктоген ретінде орналастырылған, бірақ оның пниктоген висмуттың ауыр гомологы сияқты қасиет танытатыны әлі расталмаған. Московийдің қасиеттері азот, фосфор, сурьма, антимон және висмут сияқты жеңіл гомологтарына ұқсас болуы күтіледі, сондай-ақ ол ауысудан кейінгі металл болуға тиіс, бірақ олардан айтарлықтай ерекшеліктері де болуы мүмкін. Атап айтқанда, московий таллийге ұқсас қасиеттерге ие болуы керек, себебі екеуінде де жартылай жабық электрондық қабықтан тыс, бір ғана әлсіз байланысқан электрон бар. Бүгінгі күнге дейін московийдің жүзден астам атомы байқалды, олардың барлығы 286-дан 290-ға дейінгі массалық сандарға ие екені анықталды.

Кіріспе

Аса ауыр элемент

Ашылу

Московийді алғаш рет 2003 жылдың тамызында Ресей және Америка ғалымдарының бірлескен тобы Дубнадағы Ядролық зерттеулер жөніндегі бірлескен институтында (JINR) сәтті синтездеді. Ресейлік ядролық физик Юрий Оганесян басқарған топқа Лоренс Ливермор ұлттық зертханасының американдық ғалымдары да кірді. 2004 жылдың 2 ақпанында Physical Review C журналында америций-243-ті кальций-48 иондарымен бомбалап, төрт московий атомын жасағандықтары туралы хабарлады. Бұл атомдар альфа-бөлшектерді шығарып, шамамен 100 миллисекунд ішінде нихонийге айналды. Дубна–Ливермор ынтымақтастығы московий мен нихонийдің ашылуына қатысты өздерінің үміттерін нығайтты, соңғы ыдырау өнімі – 268Db-де химиялық тәжірибелер жүргізіп. Бұл ыдырау тізбегіндегі ешбір нуклид бұрын белгілі болған жоқ, сондықтан олардың мәлімдемелерін қолдайтын тәжірибелік деректер болмады. 2004 жылдың маусымында және 2005 жылдың желтоқсанында дубний изотопының болуы соңғы ыдырау өнімдерін бөліп алу, спонтанды ыдырау (SF) белсенділігін өлшеу және химиялық идентификациялау әдістерін қолдану арқылы расталды, бұл олардың периодтық кестедегі 5-топқа жататын дубний сияқты әрекет ететінін көрсетті. Алайда, 2011 жылы IUPAC/IUPAP бірлескен жұмыс тобы (JWP) екі элементтің ашылғанын мойындамады, өйткені қазіргі теория 4-топ және 5-топ элементтерінің химиялық қасиеттерін жеткілікті сенімділікпен ажырата алмады. Сонымен қатар, московийдің ыдырау тізбегіндегі барлық нуклидтердің қасиеттері Дубнадағы тәжірибелерге дейін толыққанды сипатталмаған, бұл жағдайды JWP әдетте «күмәнді, бірақ міндетті түрде ерекше емес» деп санайды. Сонымен қатар, 2004 жылғы тәжірибе Дубнада қайталанды, бұл ретте 2010 жылы теннессин-293 изотопының ашылуын растау үшін пайдаланылатын 289Mc изотопы да жасалды. 2015 жылдың желтоқсанында IUPAC/IUPAP бірлескен жұмыс тобы элементтің ашылуын мойындады және 2009–2010 жылдардағы Дубна–Ливермор ынтымақтастығына басымдық берді, оларға оның тұрақты атауын ұсыну құқығын берді. Олар 287Mc және 288Mc синтезіндегі тәжірибелерді қиылысқан реакциялар арқылы атомдық нөмірді анықтау мүмкін болмағандықтан сенімді деп танымаса да, 293Ts тәжірибелерін сенімді деп мойындады, өйткені оның қызы 289Mc тәуелсіз түрде жасалды және бірдей қасиеттерді көрсетті. 2016 жылдың мамырында Лунд университеті (Лунд, Скания, Швеция) және GSI московий мен теннессин синтезіне күмән келтірді. Московий мен теннессин синтезін растауда маңызды рөл атқаратын 289Mc изотопына жатқызылған ыдырау тізбектерінің жаңа статистикалық әдіс бойынша бір нуклидке жату ықтималдығы өте төмен екені анықталды. JWP бекіткен 293Ts ыдырау тізбектері әр түрлі теннессин изотоптарына жатқызылған жеке деректер жиынтығына бөлінуді қажет ететіні анықталды. Сондай-ақ, 293Ts және 289Mc-дан деп хабарланған ыдырау тізбектері арасындағы байланыс болмауы мүмкін екені анықталды. (Дегенмен, 294Ts изотопының тізбектері сәйкес келетіні анықталды.) Альфа-ыдырауға ұшыраған тіпті-тіпті емес нуклидтердегі күйлердің көп болуы күтпеген нәрсе емес және қиылысқан реакциялардың түсініксіздігіне әкеледі. Бұл зерттеу JWP есебін осы мәселеге байланысты ұсақ-түйектіліктерді елемегені үшін сынға алды және московий мен теннессин ашылуын қабылдаудың жалғыз аргументі олар күмәнді деп санайтын байланыс болғанын «проблемалық» деп санады. 2017 жылдың 8 маусымында Дубна командасының екі мүшесі осы сынға жауап беретін мақала жариялады, онда 293Ts және 289Mc нуклидтері туралы деректерін кеңінен қабылданған статистикалық әдістермен талдады. Радиоактивті ыдырауға қолданғанда конгруенттілік жоқ екенін көрсеткен 2016 жылғы зерттеулердің проблемалық нәтижелер бергені белгілі болды: олар 90% сенімділік аралығынан орташа және шекті ыдырау уақыттарын алып тастады, ал олар таңдаған 90% сенімділік аралығынан алынып тасталатын ыдырау тізбектері енгізілетіндерге қарағанда байқалуы ықтимал. 2017 жылғы қайта талдау 293Ts және 289Mc ыдырау тізбектерінің байқалған нәтижелері тізбектің әрбір сатысында тек бір нуклид болды деген болжаммен сәйкес келетінін көрсетті, бірақ әр тізбектің бастапқы ядросының массалық санын және 243Am+48Ca реакциясының қоздыру функциясын тікелей өлшеуге мүмкіндік беру қажет.

Атау беру

Менделеевтің аталмаған және ашылмаған элементтерге арналған номенклатурасын пайдалана отырып, московий кейде эка висмут деп аталады. 1979 жылы IUPAC элементтің ашылуы расталғанға дейін және тұрақты атау белгіленгенге дейін, уақытша элемент атауы ununpentium (сәйкес Uup символымен) қолданылуын ұсынды. Химиялық қауымдастықта, химия сабақтарынан бастап жоғары деңгейдегі оқулықтарға дейін кеңінен қолданылғанымен, бұл ұсыныстар көбінесе сала мамандары арасында назарсыз қалды, олар оны "115-ші элемент" деп атады, E115, (115) немесе тіпті жай ғана 115. IUPAC ұсыныстарына сәйкес, жаңа элементті ашқан адам оған атау беруге құқылы. Ұсынылған атаулардың бірі – Пауль Лангевиннің құрметіне langevinium. Кейін Дубна тобы московий атауын, Дубна орналасқан Мәскеу облысына сілтеме жасай отырып, көптеген мүмкіндіктердің бірі ретінде бірнеше рет айтты. 2016 жылдың маусым айында IUPAC осы соңғы ұсынысты жыл соңына дейін ресми түрде қабылдауға келісті, және ол 2016 жылдың 28 қарашасында қабылданды.

Болжалған қасиеттері

Московийдің ядролық қасиеттерінен басқа, оның немесе оның қосылыстарының ешқандай қасиеттері өлшенбеген; мұның себебі оның өте шектеулі және қымбат өндірілуі және оның өте жылдам ыдырайтыны болғандықтан. Московийдің қасиеттері әлі белгісіз болып қалады және тек болжамдар ғана қол жетімді.

Ядролық тұрақтылық және изотоптар

Московий коперниций (112 элемент) және флеровий (114 элемент) орталығындағы тұрақтылық аралында орналасады деп күтілуде. Күтілетін жоғары бөліну кедергілеріне байланысты, осы тұрақтылық аралындағы кез келген ядро тек альфа-бөліну арқылы және, мүмкін, электронды тұтқындау мен бета-бөліну арқылы ыдырайды. Московийдің белгілі изотоптарының тұрақтылық аралында болуы үшін жеткілікті нейтрондары болмаса да, олар аталған аралға жақындап келе жатқандай көрінеді, себебі, әдетте, ауыр изотоптардың өмір сүру ұзақтығы артады. Тұрақтылық аралында ядроларды синтездеудің басқа мүмкіндіктеріне массивті ядроның жарым-жартылай бөлінуі (жартылай қосылудан кейін бөліну) жатады. Жақында актинидтер ядроларының (мысалы, уран мен курий) соқтығысуындағы көп нуклондық трансфер реакциялары тұрақтылық аралында орналасқан, нейтронға бай суперауыр ядроларды синтездеу үшін қолданылуы мүмкін екендігі көрсетілді, бірақ нобелий немесе себоргий сияқты жеңіл элементтердің түзілуі ықтимал. 7s электрондарының тұрақтандырылуы инертті жұп эффектісі деп аталады, ал 7p субқабығының тұрақтанған және тұрақтанбаған бөліктерге «бөлінуі» субқабықтың бөлінуі деп аталады. Есептеу химиктері бұл бөлінуді 7p субқабығының тұрақтанған және тұрақтанбаған бөліктері үшін екінші (азимутальды) кванттық сан l-нің 1-ден тиісінше 1/2-ге және 3/2-ге өзгеруі ретінде қарастырады.

Химиялық

Московий 7p химиялық элементтер сериясының үшінші мүшесі және бисмуттан төмен кезеңдік кестедегі 15-топтың ең ауыр мүшесі деп болжанады. Алдыңғы екі 7p элементтен айырмашылығы, московий оның жеңіл гомологы ретінде висмутқа жақын қасиеттерге ие болады деп күтіледі. Бұл топтағы әрбір элемент +5 тотығу күйін көрсетеді, бірақ олардың тұрақтылығы әртүрлі. Азот үшін +5 күйі көбінесе N2O5 сияқты молекулалардың формалды түсіндірмесі болып табылады, өйткені азоттың кішкентай атомы бес лигандты қабылдауға шамасы келмейді. +5 күйі фосфор, мырыш және антимон сияқты релятивистік емес типтік пниктиогендер үшін жақсы көрінеді. Дегенмен, висмут үшін 6s орбитальдарының релятивистік тұрақтандыруы, яғни инерт жұп әсері салдарынан, 6s электрондары химиялық байланысқа түсуге бейім емес, сондықтан ол сирек кездеседі. Московийде 7s және 7p1/2 электрондары үшін де инерт жұп әсері күтіледі, себебі жалғыз 7p3/2 электронның байланысу энергиясы 7p1/2 электрондарына қарағанда айтарлықтай төмен. Азот(I) және висмут(I) белгілі, бірақ сирек, ал московий(I) бірегей қасиеттерді көрсетуі мүмкін, бәлкім талий(I) сияқты емес, висмут(I) сияқты болады. Спин-орбиталық байланыс нәтижесінде флеровий жабық қабық немесе асыл газ сияқты қасиеттерді көрсетуі мүмкін. Егер осылай болса, московий көбінесе моновалентті болады, өйткені Mc+ катионы флеровиймен бірдей электрондық конфигурацияға ие болады, бұл московийге сілті металл сипатын береді. Есептеулер московий(I) фториді мен хлоридінің иондық қосылыстар болатынын көрсетіп, Mc+ үшін иондық радиустың шамамен 109–114 пм болатынын болжайды, бірақ Mc+ ионындағы 7p1/2 жалғыз жұп жоғары поляризацияланған болады. Mc3+ катионы өзінің нақты жеңіл гомологы Bi3+ сияқты әрекет етуі керек. 7s электрондары химиялық байланысқа қатысу үшін тым тұрақтанған, сондықтан +5 күйі мүмкін емес, ал московийде тек үш валентті электрон бар деп есептеуге болады. Московий өте реактивті металл болып табылады, Mc+/Mc жұп үшін стандартты тотығу потенциалы -1.5 В. Сулы ерітіндідегі московий химиясы негізінен Mc+ және Mc3+ иондарымен сипатталады. Біріншісі оңай гидролизденеді және галоидтармен, цианидпен және аммиакпен оңай комплекстелмейді. Московий(I) гидроксиді (McOH), карбонаты (Mc2CO3), оксалаты (Mc2C2O4) және фториді (McF) суда еритін болуы керек; сульфиді (Mc2S) ерімейтін болуы керек; хлориді (McCl), бромиді (McBr), йодиді (McI) және тиоцианаты (McSCN) аздап ғана еритін болуы керек, сондықтан артық хлорлы қышқыл қосу московий(I) хлоридінің ерігіштігіне айтарлықтай әсер етпейді. Mc3+ Tl3+ сияқты тұрақты болуы керек, сондықтан московий химиясының маңызды бөлігі болады, бірақ элементтер арасындағы ең жақын гомологы оның жеңіл гомологы Bi3+ болуы керек. Московий(III) фториді (McF3) және тиозониді (McS3) суда ерімейтін, сәйкес висмут қосылыстарына ұқсас болуы керек, ал московий(III) хлориді (McCl3), бромиді (McBr3) және йодиді (McI3) тез ериді және оксигалоидтарды, мысалы McOCl және McOBr құрастыру үшін оңай гидролизденеді, бұл висмутқа ұқсас. Московий(I) және московий(III) екеуі де жиі кездесетін тотығу күйлері болуы керек, ал олардың салыстырмалы тұрақтылығы олардың қандай кешендерге қосылғанына және гидролиздің ықтималдығына байланысты болады. Оның жеңіл гомологтары аммиак, фосфин, арсин, стибин және висмутин сияқты, московиннің (McH3) тригональды пирамидалық молекулалық геометриясы болады деп күтіледі, оның Mc–H байланысының ұзындығы 195.4 пм және H–Mc–H байланыс бұрышы 91.8° (бисмутиннің байланыс ұзындығы 181.7 пм және байланыс бұрышы 91.9°; стибиннің байланыс ұзындығы 172.3 пм және байланыс бұрышы 92.0°). Пентазолатқа (N5) ұқсас болжамды ароматикалық бесбұрышты жазық Mc5 кластерінде Mc–Mc байланысының ұзындығы спин-орбиталық байланыс әсерінен экстраполяцияланған 156–158 пм-ден 329 пм-ге дейін ұзарады деп күтіледі.

Эксперименталды химия

Московийдің химиялық қасиеттерін нақты анықтау әлі толыққанды белгіленбеген. 2011 жылы 48-кальций снарядтары мен 243-америций және 244-плутоний нысаналарының арасындағы реакцияларда нихоний, флеровий және московий изотоптарын жасауға тәжірибелер жүргізілді. Бірақ, нысаналардың құрамында қорғасын мен висмут қоспалары болғандықтан, нуклондық алмасу реакциялары нәтижесінде висмут пен полонийдің кейбір изотоптары да пайда болды. Бұл күтпеген қиындық болғанымен, висмут пен полонийдің ауыр гомологтары – московий мен ливерморийдің болашақтағы химиялық зерттеулеріне қажетті ақпарат беруі мүмкін.