Фізики, астрономи та хіміки не можуть зійтися: який метал найважчий у світі?

Термін "важкі метали" часто з'являється в дискусіях про видобуток корисних копалин, різні галузі промисловості і навіть про склад деяких астероїдів. Але який саме метал є найважчим, і чи зможемо ми виявити ще важчий у майбутньому, пише IFLScience.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Визначення важкості може здатися простим завданням, але це не так. По суті, будь-який метал може бути найважчим, якщо у вас є достатньо велика його кількість.

Наприклад, якби у вас були гори з різних металів, то залізні гори були б найважчими через велику кількість заліза на Землі. Залізо становить значну частину ядра Землі, що робить його наймасивнішим за об'ємом.

Коли більшість людей запитують про найважчий метал, вони мають на увазі дещо інше, а саме атомну вагу або щільність одного атома. Атомна маса — це кількість нуклонів (протонів і нейтронів), необхідних для його утворення, — або його густина. Ці два показники пов'язані між собою і мають тенденцію до спільного збільшення, але вони не корелюють ідеально.

Деякі елементи з меншою кількістю нуклонів мають електронні оболонки, які дозволяють їм щільніше прилягати, тому мають більшу густину, ніж елементи з більшою кількістю нуклонів.

Визначення того, що можна вважати металом, залежить від галузі. Астрономи вважають металами всі елементи, важчі за водень і гелій, оскільки ці два елементи складають більшу частину маси зірки.

Фізики, слідуючи визначенню сера Невілла Мотта, класифікують метали як речовини, що проводять електричний струм при абсолютному нулі (-273,15°C / -459,67°F). Він отримав Нобелівську премію за вивчення металів.

Хіміки, однак, класифікують метали на основі їхнього положення в періодичній таблиці з чітким поділом на метали і неметали, а також визнають неоднозначні випадки, такі як металоїди, які проявляють як металічні, так і неметалічні властивості.

Елемент з найважчим ядром — це щось середнє між оганесоном і теннессином. Оганесон має 118 протонів і 294 нуклони в своєму єдиному ізотопі, тоді як теннессин має ізотопи з 293 і 294 нуклонами.

Отже, суміш ізотопів теннессину робить оганесон трохи важчим. З погляду хімії, теннессин вважається металом, в той час як оганесон найімовірніше ні.

Науковці точно не знають, тому що обидва вони мають період напіврозпаду в долі секунди, а тому виміряти їхні властивості досить складно. Однак за допомогою екстраполяції, межа між металами і неметалами зазвичай розділяє їх, роблячи теннессин найважчим металом. Зрештою, оганесон є частиною стовпчика інертних газів на таблиці, елементи якого мають зовсім неметалеві властивості.

За визначенням фізиків, питання ще складніше. Жоден з елементів з найбільшими ядрами не проіснував достатньо довго, щоб перевірити їхню провідність при кімнатній температурі, не кажучи вже про температуру, близьку до абсолютного нуля.

Щодо густини, то елементи з щільно притягнутими електронами можуть бути щільнішими, ніж елементи з більшою кількістю нуклонів. Однак вимірювання густини для багатьох елементів теоретичні, оскільки вони існують у мізерно малих кількостях протягом коротких періодів часу.

Наприклад, гасій і майтнерій мають густину 27-29 грамів на кубічний сантиметр, що значно перевищує густину води. Серед стабільних елементів іридій та осмій мають найбільшу густину — близько 22,6 г/см³, але незначні розбіжності у вимірах залишають їхнє місце невирішеним. Обидва вони однозначно є металами.

Усе це базується на відомих нам елементах. А проте періодична таблиця продовжує рости і з 1940-х років поповнилася понад 20 синтетичними елементами. Водночас вчені очікують, що відкриють ще більше.

Існують припущення про "острів стабільності", де набагато важчі елементи можуть мати довший період напіврозпаду. За визначеннями астрономів, хіміків і фізиків, це, ймовірно, були б метали.