Розгадана загадка полонію • Ігор Іванов • Новини науки на «Елементах» • Фізика, Хімія
Обчислення, проведені чеськими дослідниками, дали відповідь на питання, що давно мучило фізиків: чому полоній віддає перевагу кубічним кристалічним гратам?
Полоній викликає у фізиків інтерес не тільки через свою радіоактивність та пов'язані з нею космічними додатками, а й завдяки своїй незвичайній структурі. Цеєдинийхімічний елемент, який за низької температури віддає перевагу утворювати кристали простої кубічної упаковки (відомі й інші кристали з простою кубічною структурою, наприклад, NaCl, але вони виходять як мінімум з двох елементів). Його хімічні гомологи (тобто елементи-близнюки, які знаходяться в періодичній таблиці над полонієм і мають ту саму валентну електронну оболонку) — телур і селен — такої особливості не мають; їх кристали утворюють набагато менш симетричну (тригональну) упаковку.
Причина такого виняткового становища полонію серед інших елементів тривалий час залишалася незрозумілою. Експериментальні методи в цьому випадку допомагають мало, оскільки через свою високу радіоактивність спочатку чистий зразок полонія швидко засмічується продуктами розпаду, які заважають розпізнати пристрій чистого полонія.
За допомогою теоретичних розрахунків теж довго не вдавалося пояснити структуру кристала полонія та його відмінність від гомологів. Звичайно, знаючи пристрій електронної оболонки елемента, можна в принципі передбачити і структурні властивості складеної з нього простої речовини, але для важких багатоелектронних атомів це завдання виявляється дуже трудомістким.
Звичайно, цей перехід від релятивістських поправок у рівняннях до кубічних ґрат не можна назвати інтуїтивно зрозумілим. Дуже хотілося б знайти простіший і прозорішийкритерій, виходячи з якого даний елемент вибирає ті чи інші грати. Але, мабуть, для важких атомів ця мрія нездійсненна, і в цій ситуації доводиться задовольнятися тим, що складні розрахунки з перших принципів добре описують наш світ.
Автори, до речі, не обмежилися лише описом наявних даних. Повторивши обчислення для трохи стисненого або трохи розтягнутого кристала полонію, вони передбачили те, як він повинен реагувати на механічну дію. Була, наприклад, виявлена надзвичайно велика (навіть для кубічних кристалів) анізотропія пружності - при розтягуванні уздовж діагоналі кубічних грат кристал виявився набагато більш податливим, ніж при розтягуванні вздовж інших напрямків. Крім того, вони передбачили цікаву перебудову кристалічних ґрат при тиску в кілька десятків тисяч атмосфер. Автори сподіваються, що ці прогнози можна буде перевірити в експерименті найближчим часом.