Üliraskete aatomite keemia sunnib relatiivsusega arvestama
Rahvusvahelisel töörühmal on läinud korda luua esimene ülirasket elementi seaborgium sisaldav keemiline ühend, mille osad elektronid liiguvad niivõrd kiiresti, et ühendi käitumise täielikuks kirjeldamiseks tuleb appi võtta relatiivsusteooria.
Üliraskeid ehk aatomnumbrit 104 kandvast rutherfordiumist raskemaid elemente looduses ei kohta. Ebaloomulikke aatomeid saab toota vaid kergemaid elemente kokku põrgatades ja isegi siis lagunevad need ülikiiresti. See ei ole aga tuumafüüsikute ega keemikute huvi kahandanud. Kui esimesed üritavad teada saada, kui palju prootone üleüldse ühte tuuma mahutada saab, siis teised sooviksid teada, kas üliraskete aatomite keemilised omadused on samased nende kergemate suguvendadega, mis perioodilisustabelis täpselt nende kohal asuvad.
Mida rohkem prootone tuumas leidub, seda tugevamini tiritakse tuuma poole ka selle ümber tiirlevaid elektrone. Nõnda peavad nende ümber tiirlevad elektronid oluliselt kiiremini tiirlema. Kui vesiniku elektronide liikumiskiirus jääb valguse levimiskiirusele tuhat korda alla, siis seaborgiumi elektronide puhul peaks see küündima 80 protsendini valguse kiirusest. Relatiivsusteooria kohaselt hakkab aga osakeste mass absoluutsele kiiruspiirangule lähenedes üha kiiremini kasvama, misläbi peaks muutuma ka elektronide orbiit.
Ent seni sünteesitud üliraskeid elemente sisaldavate ühendite puhul pole siiani relatiivsuse mõjusid täheldatud. Kovalentne side, kus elemendid samu väliskihi elektrone jagavad, näis nende ilmnemise võimatuks muutvat. Nõnda sünteesis Christoph Düllmann kolleegidega Helmholtzi raskete ioonide uurimise keskusest ühendi, kus on elemendid seotud dipolaarse kovalentse sidemega. Tihti süsinikku ja metalli sisaldavates liitainetes kohatav side jätab osa väliskihi elektrone vabaks, misläbi saavad need takistusteta liikuda.
Seaborgiumheksakarbonüüli eluiga ulatus kümne sekundini. Ent sellest piisas täielikult selle lenduvuse ja reageerimisvõime kompimiseks. Ebaharilikke keemilisi omadusi leida oodanud töörühma liikmed pidid aga pettuma. Ühend käitus täpselt nii, nagu molübdeeni või volframit sisaldavad karbonüülid. Kuid samas ühtis see teoreetiliste ennustustega vaid juhul, kui arvesse võeti ka relativistlikke efekte.
Järgmise sammuna plaanivad teadlased uurida veelgi raskemaid elemente sisaldavaid molekule, kus relatiivsuse mõjud veelgi paremini avalduksid.
Uurimus ilmus ajakirjas Science.
Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa
Allikas: Science