Загадката на полония е решена • Игор Иванов • Научни новини на „Елементи” • Физика, Химия
Изчисленията, извършени от чешки изследователи, дадоха отговор на въпроса, който отдавна измъчва физиците: защо полоният предпочита кубична кристална решетка?
Полоният представлява интерес за физиците не само поради своята радиоактивност и свързаните с нея космически приложения, но и поради необичайната си структура. Това еединствениятхимичен елемент, който предпочита да образува кристали с проста кубична опаковка при ниска температура (известни са и други кристали с проста кубична структура, като NaCl, но те се получават от поне два елемента). Неговите химически хомолози (т.е. елементи-близнаци, които са в периодичната таблица над полония и имат една и съща валентна електронна обвивка) - телур и селен - нямат такава характеристика; техните кристали образуват много по-малко симетрична (тригонална) опаковка.
Причината за тази изключителна позиция на полония сред другите елементи дълго време остава неясна. Експерименталните методи са от малка помощ в този случай, тъй като поради високата си радиоактивност първоначално чистата проба от полоний бързо се "запушва" с продукти на разпадане, което затруднява разпознаването на "устройството" от чист полоний.
С помощта на теоретични изчисления също дълго време не беше възможно да се обясни структурата на полониевия кристал и неговата разлика от хомолозите. Разбира се, знаейки структурата на електронната обвивка на даден елемент, по принцип е възможно да се предскажат структурните свойства на просто вещество, съставено от него, но за тежките многоелектронни атоми тази задача се оказва много трудоемка.
Разбира се, този преход от релативистични корекции в уравненията към кубична решетка не може да се нарече интуитивен. Бих искал да намеря по-прост и по-прозраченкритерият, въз основа на който този елемент избира една или друга решетка. Но очевидно за тежките атоми тази мечта е неосъществима и в тази ситуация човек трябва да се задоволи с факта, че сложните изчисления от първи принципи описват добре нашия свят.
Авторите, между другото, не се ограничават до описание на наличните данни. Повтаряйки изчисленията за леко компресиран или леко разтегнат полониев кристал, те прогнозираха как той трябва да реагира на механичен стрес. Например, беше открита изключително голяма (дори за кубични кристали) анизотропия на еластичност - когато се разтяга по диагонала на кубичната решетка, кристалът се оказва много по-гъвкав, отколкото когато се разтяга в други посоки. Освен това те предсказаха интересно пренареждане на кристалната решетка при налягане от няколко десетки хиляди атмосфери. Авторите се надяват, че тези прогнози могат да бъдат тествани експериментално в близко бъдеще.