Расширить горизонты школьной программы и погрузиться в удивительный мир элементарных частиц смогли участники тематического вечера «Вселенная в одной таблице», прошедшего 5 марта в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Ижевска.

Мы привыкли видеть в каждом школьном кабинете химии таблицу Менделеева – строгую, упорядоченную сетку элементов. А что, если эта таблица – не просто список «ингредиентов» Вселенной, а карта экстремальной физики, где электроны движутся почти со скоростью света, а привычные ньютоновские законы перестают работать?

На тематической программе «Вселенная в одной таблице» изучение периодической системы элементов превратилось для участников в захватывающее исследование микромира.

Мероприятие началось с атомного практикума «Из чего всё сделано?», на котором гости изучили названия элементов таблицы Менделеева и попробовали себя в роли молекулярных инженеров. Используя конструкторы, участники собрали объемные модели молекул мела (карбоната кальция) и поваренной соли (хлорида натрия), наглядно изучив связи между атомами.

Школьники и интересующиеся наукой взрослые продолжили своё исследование на уникальной лекции доктора физико-математических наук, сотрудника кафедры «Химия и химическая технология» ИжГТУ им. М.Т. Калашникова Ольги Канунниковой. Слушатели познакомились с «теневой» стороной Периодической таблицы — квантовой и релятивистской. Ольга Канунникова подробно остановилась на тонких физических эффектах, определяющих поведение элементов: кайносимметрии электронных орбиталей, эффекте инертной электронной пары и релятивистских эффектах в тяжелых атомах.

Эти явления объясняют аномалии в свойствах элементов, являются причиной инертности золота и аномальной химической активности висмута и свинца.

Если раньше элементы открывали, то сегодня ученые на гигантских ускорителях сталкивают ядра легких элементов на колоссальных скоростях, чтобы «сшить» из них новые, сверхтяжелые атомы. Ольга Канунникова рассказала, как это делают в «кузнице» новых элементов — Объединенном институте ядерных исследований в Дубне: «Берутся ядра более лёгких элементов, на большой скорости сталкиваются с друг с другом. Образуется ядро большего размера. От того, насколько сильны будут новые связи, зависит продолжительность «жизни» полученного элемента. Например, если взять последний открытый элемент оганесон, то продолжительность его «жизни» 0,7 миллисекунды».

Самым интригующим моментом встречи стало обсуждение теоретического финала таблицы Менделеева. Согласно современным физическим моделям, бесконечное наращивание атомного ядра невозможно, а значит, таблица Менделеева не бесконечна.

«Чем больше заряд ядра, тем сильнее оно притягивает электроны. Электрон становится как бы «тяжелее», его движение изменяется, и энергетические уровни атома начинают сильно искажаться. Ядро начинает притягивать электрон настолько сильно, что электронная оболочка уже не может существовать в привычном виде. Это наступает примерно на 170-м элементе».

Согласно другим расчетам учёных, крайним элементом таблицы может стать 137-й элемент – это обусловлено нестабильностью ядра при большом скоплении в нем протонов.

Лекция Ольги Канунниковой показала, что таблица Менделеева — это живой, пульсирующий организм, который продолжает подбрасывать загадки. Раскрыть её тайны помогает физика элементарных частиц, сегодня она важна как никогда — именно на стыке химии и квантовой физики рождаются технологии завтрашнего дня: от квантовых компьютеров до сверхпроводников.

«Периодическая таблица — это не просто упорядоченный список элементов. Это карта баланса между квантовой химией, ядерными силами и теорией относительности. Шаг вправо или шаг влево, и мир меняется. Надеюсь, что рассматриваемые сегодня вопросы и фундаментальная наука в целом заинтересует молодёжь, которая сегодня здесь присутствует», — подытожила Ольга Канунникова.

Своими впечатлениями от лекции поделился участник мероприятия, учащийся одного из городских лицеев Максим Петров: «Больше всего поразило то, как лектору удалось связать сложные понятия вроде релятивистских эффектов с вещами, которые мы привыкли видеть на уроках каждый день. Мне удалось понять, что химия — это не только молекулы и вещества, но и сложные связи внутри атома, квантовые эффекты и т.д. В ИЦАЭ всегда крутая атмосфера и новые знания без зубрежки!»

Финальным аккордом тематической программы «Вселенная в одной таблице» стал химически-музыкальный квиз «Химуза». В нём удалось соединить, на первый взгляд, далекие друг от друга сферы — естественные науки и современную музыку. Участники соревновались в знании химических процессов, зашифрованных в хитах, угадывали элементы по звуковым ассоциациям и решали логические задачи в ритме драйвового интерактива.

Победила в музыкальном состязании команда «Атомы», продемонстрировав не только музыкальный слух, но и хорошее знание химии.