Введение
Дармштадий — синтетический химический элемент с символом Ds и атомным номером 110. Он чрезвычайно радиоактивен: самый стабильный известный изотоп, дармштадий-281, имеет период полураспада около 14 секунд. Дармштадий был впервые синтезирован в 1994 году в Центре исследования тяжелых ионов GSI Helmholtz в городе Дармштадт (Германия), в честь которого он и получил своё название. В периодической таблице он относится к d-блоку трансактинидов. Это элемент 7-го периода, помещённый в 10-ю группу, хотя химические эксперименты, подтверждающие его поведение как более тяжёлого гомолога платины в этой группе, как восьмого элемента 6d-серии переходных металлов, ещё не проводились. Расчёты показывают, что дармштадий обладает свойствами, аналогичными его более лёгким гомологам — никелю, палладию и платине.
Введение
Сверхтяжёлый элемент
Открытие
Дармштадтий был впервые обнаружен 9 ноября 1994 года в Институте исследований тяжелых ионов (Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) в Дармштадте, Германия, Питером Армбрустером и Готфридом Мюнценбергом под руководством Зигурда Хофмана. Команда обстреливала мишень из свинца-208 ускоренными ядрами никеля-62 в ускорителе тяжелых ионов и обнаружила один атом изотопа дармстадтия-269. 12 и 17 ноября были зарегистрированы еще два атома. В той же серии экспериментов та же команда провела реакцию с использованием более тяжелых ионов никеля-64. В ходе двух серий экспериментов 9 атомов были убедительно обнаружены благодаря корреляции с известными свойствами распада дочерних ядер. До этого в 1986–1987 годах в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне (тогда в Советском Союзе) и в 1990 году в ГИИ предпринимались неудачные попытки синтеза. Попытка 1995 года в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли дала признаки, указывающие на возможное открытие нового изотопа, образованного при бомбардировке с , а аналогичная попытка 1994 года в ОИЯИ показала признаки образования из и . Каждая команда предложила свое название для элемента 110: американская команда предложила hahnium в честь Отто Хана, пытаясь разрешить спор о названии элемента 105 (для которого они давно предлагали это название), российская команда предложила becquerelium в честь Анри Беккереля, а немецкая команда предложила darmstadtium в честь Дармштадта, где расположен их институт. Совместная рабочая группа IUPAC/IUPAP (JWP) признала команду GSI первооткрывателями в своем отчете 2001 года, предоставив им право предложить название элемента.
Two more atoms followed on November 12 and 17. In the same series of experiments, the same team also carried out the reaction using heavier nickel 64 ions. During two runs, 9 atoms of were convincingly detected by correlation with known daughter decay properties:
Prior to this, there had been failed synthesis attempts in 1986–87 at the Joint Institute for Nuclear Research in Dubna (then in the Soviet Union) and in 1990 at the GSI. A 1995 attempt at the Lawrence Berkeley National Laboratory resulted in signs suggesting but not pointing conclusively at the discovery of a new isotope formed in the bombardment of with , and a similarly inconclusive 1994 attempt at the JINR showed signs of being produced from and Each team proposed its own name for element 110: the American team proposed hahnium after Otto Hahn in an attempt to resolve the controversy of naming element 105 (which they had long been suggesting this name for), the Russian team proposed becquerelium after Henri Becquerel, and the German team proposed darmstadtium after Darmstadt, the location of their institute. The IUPAC/IUPAP Joint Working Party (JWP) recognised the GSI team as discoverers in their 2001 report, giving them the right to suggest a name for the element.
Именование
Используя номенклатуру Менделеева для неназванных и необнаруженных элементов, дармштадтий должен был называться эка-платиной. В 1979 году IUPAC опубликовала рекомендации, согласно которым элемент должен был именоваться униллинием (с соответствующим символом Uun) – как систематическое название элемента-заполнителя, до момента его открытия (и последующего подтверждения открытия) и определения постоянного названия. Несмотря на широкое использование в химическом сообществе на всех уровнях, от школьных классов химии до продвинутых учебников, эти рекомендации в основном игнорировались учеными, работающими в этой области, которые называли его "элементом 110", используя символ E110, (110) или просто 110. Американская группа в 1997 году предложила название ганий в честь Отто Гана (ранее это название использовалось для элемента 105). Название дармштадтий (Ds) было предложено командой GSI в честь города Дармштадт, где элемент был открыт. В качестве шутки также предлагалось название полиций, поскольку номер телефона экстренной службы в Германии – 1–1–0. Официально IUPAC рекомендовала новое название дармштадтий 16 августа 2003 года.
Изотопы
Дармстадий не имеет стабильных или встречающихся в природе изотопов. Несколько радиоактивных изотопов были синтезированы в лаборатории либо путем слияния двух атомов, либо при наблюдении за распадом более тяжелых элементов. Сообщалось об одиннадцати различных изотопах дармстадия с атомными массами 267, 269–271, 273, 275–277 и 279–281, хотя существование дармстадия-267 не подтверждено. Три изотопа дармстадия – дармстадий-270, дармстадий-271 и дармстадий-281 – имеют известные метастабильные состояния, однако метастабильное состояние дармстадия-281 не подтверждено. Большинство из них распадаются преимущественно посредством альфа-распада, но некоторые претерпевают спонтанное деление.
Стабильность и период полураспада
Все изотопы дармштадия крайне нестабильны и радиоактивны; в целом, более тяжелые изотопы стабильнее, чем более легкие. Самый стабильный из известных изотопов дармштадия, 281Ds, также является самым тяжелым из известных изотопов дармштадия; его период полураспада составляет 14 секунд. Изотоп 279Ds имеет период полураспада 0,18 секунды, а неподтвержденный 281mDs – 0,9 секунды. У остальных изотопов и метастабильных состояний период полураспада варьируется от 1 микросекунды до 70 миллисекунд. Также предсказывается, что неоткрытый изотоп 294Ds, обладающий магическим числом нейтронов (184),
Прогнозируемые свойства
Кроме ядерных свойств, никакие другие свойства дармштадтия или его соединений не были измерены; это обусловлено его чрезвычайно малым и дорогостоящим производством, а также тем фактом, что дармштадтий (и его предшественники) очень быстро распадается. Свойства металлического дармштадтия остаются неизвестными, и доступны лишь теоретические предсказания.
Химические
Дармштадий — восьмой элемент 6d-серии переходных металлов и, вероятно, будет во многом похож на металлы платиновой группы. Расчеты его потенциалов ионизации, а также атомных и ионных радиусов аналогичны таковым для его более легкого гомолога – платины, что указывает на сходство основных свойств дармштадия с другими элементами 10-й группы: никелем, палладием и платиной. Также ожидается, что он будет обладать той же октаэдрической молекулярной геометрией, что и PtF6. Другими предполагаемыми соединениями дармштадия являются карбид дармштадия (DsC) и тетрахлорид дармштадия (DsCl4), оба из которых, как прогнозируется, будут проявлять свойства, аналогичные их более легким гомологам.
Физические и атомные
Ожидается, что дармстадий будет твердым веществом при нормальных условиях и кристаллизуется в объемноцентрированной кубической структуре, в отличие от его более легких аналогов, которые кристаллизуются в гранецентрированной кубической структуре, поскольку предполагается, что у него будет отличающаяся плотность электронного заряда. Это обусловлено коротким периодом полураспада изотопов дармстадия и ограниченным числом потенциально летучих соединений, которые можно исследовать в очень малых количествах. Одним из немногих соединений дармстадия, которые, вероятно, будут достаточно летучими, является гексафторид дармстадия, поскольку его более легкий гомолог, гексафторид платины, является летучим при температуре выше 60 °C, и, следовательно, аналогичное соединение дармстадия также может обладать достаточной летучестью.
Более нейтронообогащенные изотопы дармстадия являются наиболее стабильными, и косвенные методы синтеза менее предпочтительны для химических исследований, чем методы прямого синтеза. После нескольких неудачных попыток в 2022 году в данной реакции был получен 276Ds, период полураспада которого, как было установлено, составляет менее миллисекунды, а выход – низкий, что соответствует теоретическим предсказаниям.