Исследователи Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли обнаружили 99 элемент периодической таблицы – эйнштейний – в 1952 году в радиоактивных осадках первой водородной бомбы. Почти 70 лет спустя учёные наконец сумели измерить некоторые свойства этого крайне нестабильного радиоактивного металла.

Несмотря на то, что о существовании эйнштейния известно на протяжении многих лет, учёным долго не удавалось раскрыть его характеристики. Главную сложность в исследовании данного металла представляет его нестабильность и радиоактивность, из-за которых эйнштейний крайне тяжело воспроизвести в достаточных для большинства анализов количестве. Группе физиков из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, Лос-Аламосской национальной лаборатории, Джорджтаунского университета и Калифорнийского университета в Беркли наконец удалось измерить базовые химические и физические свойства элемента.

Ведущие авторы исследования «Structural and Spectroscopic Characterization of an Einsteinium Complex» Ребекка Абергел и Стош Козимор использовали экспериментальное оборудование – источник синхротронного излучения и установки молекулярного литья – для проведения экспериментов по люминесцентной спектроскопии и рентгеновской абсорбционной спектроскопии. Правда, прежде чем взяться за исследование свойств элемента, физикам предстояло получить эйнштейний в достаточном количестве. Менее 200 нанограммов материала удалось получить в реакторе HFIR (High Flux Isotope Reactor – реактор изотопов с большой плотностью нейронного потока), действующего на базе Ок-Риджской национальной лаборатории.

Процесс получения эйнштейния начинался с бомбардировки кюрия плотным потоком нейронов с целью запуска лавинообразного процесса цепных ядерных реакций. К сожалению, полученный эйнштейний был «загрязнён» искусственным радиоактивным элементом калифорнием. В таком виде материал не подходил для изучения при помощи рентгеновской кристаллографии – классического метода получения структурной информации о высокорадиоактивных молекулах. Как следствие физикам пришлось импровизировать и искать новые способы получения чистых образцов.

Следующей преградой на пути исследования стал радиоактивный распад металла. Эйнштейний не встречается в природе, однако в лабораторных условиях учёным удалось обнаружить 19 изотопов и 3 изомера элемента, для которых характерны различные периоды полураспада. Ещё в 1952 году физики выявили, что для большинства из них период полураспада составляет считанные часы, минуты и даже секунды. Специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли проводили эксперименты с одним из самых стабильных изотопов ²⁵⁴Es, период полураспада которого составляет 275,7 дня. Такое количество времени казалось достаточным для осуществления задуманных анализов, однако из-за закрытия лабораторий в связи с пандемией исследователи потеряли значительную долю ценного образца.

Несмотря на все проблемы, физики всё же сумели изучить эйнштейний и получить данные о длине его химической связи – важной физической величине, определяющей расстояние между ядрами атомов в молекуле. Для этого учёные поместили эйнштейний в хелатную матрицу гидроксиперидинона – сложного клешневидного соединения органических молекул, благодаря которому можно изучить химические связи элемента-мишени с атомами кислорода. Этот показатель во многом характеризует способность элемента взаимодействовать с другими веществами. Зная о взаимном расположении атомов в молекулах, частью которых является эйнштейний, учёные могут предсказывать и проверять необычные химические свойства. Кроме того, данная информация является важным вкладом в общее понимание периодического закона, согласно которому путём сопоставления свойств известных элементов можно рассчитывать атомные массы и прочие характеристики ещё не открытых веществ. В частности, исследователи надеются, что в будущем они смогут использовать эйнштейний в качестве мишени для получения новых элементов и поиска так называемого «острова стабильности» с радиоактивными изотопами, обладающими увеличенной в сравнении с другими трансурановыми элементами продолжительностью жизни.

Кроме того, исследователям удалось обнаружить несколько неожиданных физических свойств эйнштейния, которые выделяют его среди других актиноидов. В частности, его ионы демонстрировали необычную реакцию на свет. К примеру, при комплексообразовании ионов металла учёные наблюдали сдвиг максимума спектра поглощения в коротковолновую область, что говорит о нестандартном способе взаимодействия между электронами и ядром элемента. По мнению Ребекки Абергел, эйнштейний и другие сверхтяжёлые элементы могут стать основой для совершенно неожиданных открытий, а также найти применение в многих сферах, например, в радиофармацевтике.