ЕКЗОТИЧНІ РЕЧОВИНИ (МЕТАЛЕВИЙ ВОДЕНЬ, РІДКІ КРИСТАЛИ, ФУЛЕРЕНИ І ІН.). НАДВАЖКІ ЕЛЕМЕНТИ

Прийнято вважати, що на початку XXI ст. буде отримано і використано ряд екзотичних речовин, властивості яких здаються нам зараз зовсім фантастичними. Цей процес вже почався (згадаємо, наприклад, отримання рідких кристалів або синтез фулеренів).

Рідкі кристали були відкриті в 1888 р австрійським ботаніком Фрідріхом Рейнитцер (1857-1927) і німецьким фізиком Отто Леманн (1855-1922). Вони виявили, що речовини в рідкокристалічному стані мають плинністю як звичайні рідини і в той же час їх оптичні властивості разюче схожі на властивості твердих кристалів. Зараз інтерес до рідких кристалів обумовлений, перш за все, можливістю їх ефективного застосування в системах обробки і відображення інформації.

В даний час найбільш цікавим рідким кристалом вважається надплинний 3 Не, за відкриття якого американським вченим Девіду Морісу Лі (р. 1931), Дугласу Діну Ошерова (р. 1945) і Роберту Колману Річардсона (р. 1937) була присуджена Нобелівська премія з фізики ( 1996). Поняття надплинності - відсутність в'язкості - ввів у фізику в 1937 р наш співвітчизник П. Л. Капіца після відкриття цього абсолютно незвичайного властивості у рідкого 4 Чи не. Зупинимося на абсолютно унікальні властивості сверхтекучего 3 Чи не. По-перше, ця речовина, у якого куперовские пари мають спін, рівний 1 (в надпровіднику S = 0), і мають ненульовим моментом кількості руху. Це означає, що 3 Чи не - магнітна і анізотропна сверхтекучая рідина. Іншими словами, 3 Не має властивості, які є комбінацією властивостей надпровідника, магнетика і рідкого кристала. Інша така речовина в природі не відомо! Завдяки відкриттю сверхтекучего 3 Чи не можливість освіти куперовских пар з ненульовим моментом кількості руху перестала бути абстрактною ідеєю і зараз така можливість обговорюється стосовно до явища високотемпературної надпровідності (ВТНП).

Особливе місце у фізиці високих тисків займає проблема металевого водню. Водень є найпростішим за своїм устроєм хімічним елементом. Однак у рідкого і твердого водню подібна простота відсутня, оскільки він має дуже маленьку масу, що призводить до переважної ролі квантових ефектів. Вважається, що твердий водень повинен володіти високотемпературної надпровідністю при тисках, більших 1,5-2 млн атм. Крім того, в процесі стиснення перехід «діелектрик - метал» може статися і в рідкому стані. Таким чином, може існувати новий тип речовини: рідкий метал в основному стані. Відмінною особливістю такої квантової металевої рідини є наявність двох заряджених підсистем, утворених з електронних і протонних куперовских пар. Поки дослідникам не вдалося експериментально виявити металевий стан твердого водню при стисненні аж до тиску 2,16 млн атм, хоча в ударних експериментах з рідким воднем, в яких тиск досягало 1,4 млн атм, його електропровідність різко зростала. Однак вже пройдено рекорд в 3,75 млн атм, знайдені три фази твердого молекулярного водню, що володіє металевою провідністю, а шукана атомарна фаза поки не спостерігається. Згідно з теоретичними передбаченнями, стиснений під тиском в 4 млн атм водень повинен перейти в металевий стан. Але це всього лише припущення. Як буде насправді, невідомо, адже отримати металевий водень досі нікому не вдалося.

Крім металевого водню до числа «екзотичних» речовин можна віднести фуллеритом, що складаються з гігантських молекул-фулеренів (наприклад, вуглецевої молекули- кристала З 60 ). Фулерени С 60 - специфічна, аллотропная форма вуглецю, що володіє надпровідністю при досить високих температурах (~ 30 К). Їх дослідження ведеться дуже інтенсивно.

Проблеми отримання надважких елементів відносяться, взагалі кажучи, до області фізики атомного ядра, а не до макрофізики. Однак, на думку В. Л. Гінзбурга, «ядерна фізика в цілому повинна вже бути віднесена скоріше до макро-, ніж до мікрофізику в сучасному її розумінні». Число нуклонів у важких ядрах досить значно, тому багато ріднить ядро з краплею рідини. Але головне - не в класифікації. Значний інтерес представляє пошук і вивчення ще не відомих, «екзотичних» ядер. Основні досягнення в цій галузі пов'язані з ім'ям американського фізика і хіміка Гленна Теодора Сиборга (1912-1999), лауреата Нобелівської премії з хімії 1951 року першовідкривача 10-ти трансуранових елементів.

Російському вченому Юрію Цолаковічу Оганесяну (р. 1933) належить блискуча ідея, прийнята зараз у всьому світі: проводити синтез в умовах освіти «холодних ядер», коли бомбардир частка має досить велику масу і, отже, утворюється в реакції надважкій ядро слабо порушено. Тоді ймовірність виникнення нових елементів істотно зростає. Для досліджень гранично важких ядер були обрані реакції злиття нейтронно-збагачених ізотопів актинидов з прискореними іонами кальцію-48. У цих реакціях були вперше синтезовані атоми з порядковими номерами, рівними 113 (2004), 114 (1998), 115 (2004), 116 (2000), 117 (2010), 118 (2006 р хоча перші свідчення його виявлення відносяться до 2002 р.) Властивості розпаду цих атомів (зокрема, значне збільшення часу життя - періоду напіврозпаду) доводять існування «островів стабільності» в області надважких елементів. У гонці з відкриття нових надважких елементів і експериментальному доказу існування «острова стабільності» брали участь колективи вчених найбільших лабораторій США, Німеччини, Японії та Франції.

За час свого існування в Лабораторії ядерних реакцій Об'єднаного інституту ядерних досліджень вдалося синтезувати 16 надважких трансуранових елементів (Z = 102-118). В знак визнання внеску лабораторії в вивчення надважких ядер Міжнародний союз теоретичної і прикладної хімії (ІЮПАК) присвоїв 105-му хімічному елементу ім'я Дубно. Крім того, в честь засновника вчення про надважких елементах Георгія Миколайовича

Флерова (1913-1990) 114-й хімічний елемент названий фле- ровіем.

Дослідження незвичайних «екзотичних» властивостей описаних тут речовин зміцнює фундамент науки і сприяє подальшому прогресу техніки.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >