Резерфо́рдий (Rf), лат. Rutherfordium, до 1997 года в СССР и России был известен как курчато́вий (Ku) — 104-й элемент в периодической системе. Резерфордий — высокорадиоактивный искусственно синтезированный элемент, период полураспада двух наиболее стабильных из известных изотопов составляет около 10 и 13 часов (²⁶⁶Rf и ²⁶⁵Rf соответственно). Этот элемент не может где-либо использоваться и про него мало что известно, поскольку он никогда не был получен в макроскопических количествах. Резерфордий — первый трансактиноидный элемент, его предсказанные химические свойства близки к гафнию.

История

Впервые сто четвёртый элемент периодической системы с массовым числом 261 был синтезирован в 1964 году учёными Объединённого института ядерных исследований в Дубне под руководством Г. Н. Флёрова. Они обстреливали мишень из плутония-242 ядрами неона-22 энергией около 115 МэВ:

${\displaystyle \mathrm {^{242}_{94}{Pu}+_{10}^{22}Ne\rightarrow _{104}^{264}Rf^{*}} {\begin{matrix}\nearrow \mathrm {^{260}_{104}Rf+4_{0}^{1}n} \\\searrow \mathrm {^{259}_{104}Rf+5_{0}^{1}n} \end{matrix}}}$

Образовавшиеся атомы 104-го элемента попадали в среду газообразного хлорида циркония, где связывались с хлором и переносились к детекторам спонтанного деления.

Удалось выделить в наблюдаемом, спонтанном делении два периода полураспада — 0,1 и 3,5 с, а также оценить количественно химические свойства элемента — температуру кипения RfCl₄, равную 450±50°. Это достижение было признано как научное открытие и занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 37 с приоритетом от 9 июля 1964 г.^[1] В дальнейшем первый из указанных периодов полураспада не подтвердился (²⁶⁰Rf имеет период полураспада 21 мс), тогда как второй соответствует ²⁵⁹Rf (по современным данным 2,8 с).

В 1969 году элемент был получен группой учёных в университете Беркли, Калифорния, которые утверждали, что не смогли повторить эксперименты советских учёных. Они использовали мишень из калифорния-249, которую облучали ионами углерода-12^[2]:

${\displaystyle \mathrm {^{249}_{98}{Cf}+_{6}^{12}C\rightarrow _{104}^{261}Rf^{*}\rightarrow _{104}^{257}Rf+4_{0}^{1}n} }$

Синтез по американской методике был независимо подтверждён в 1973 году идентификацией резерфордия как источника наблюдаемых K_α-рентгеновских линий, свидетельствующих об образовании продукта распада резерфордия — нобелия-253^[3].

В 1974 году в ОИЯИ получили резерфордий в реакции холодного слияния атомов свинца-208 и титана-50^[4]:

${\displaystyle \mathrm {^{208}_{82}Pb+_{22}^{50}Ti\rightarrow _{104}^{258}Rf^{*}} {\begin{matrix}\nearrow \mathrm {^{255}_{104}Rf+3_{0}^{1}n} \\\rightarrow \mathrm {^{256}_{104}Rf+2_{0}^{1}n} \\\searrow \mathrm {^{257}_{104}Rf+_{0}^{1}n} \end{matrix}}}$

В 1970 исследователи из Калифорнийского университета под руководством Альберта Гиорсо получила резерфордий-261 в реакции слияния ядер кюрия-248 и кислорода-18^[5]:

${\displaystyle \mathrm {^{248}_{96}Cm+_{8}^{18}O\rightarrow _{104}^{266}Rf^{*}\rightarrow _{104}^{261}Rf+5_{0}^{1}n} }$

В 1996 году в Беркли был получен изотоп резерфордия-262 при облучении плутония-244 ионами неона-22^[6]:

${\displaystyle \mathrm {^{244}_{94}Pu+_{10}^{22}Ne\rightarrow _{104}^{266}Rf^{*}} \rightarrow {\begin{cases}\mathrm {^{261}_{104}Rf+5_{0}^{1}n} \\\mathrm {^{262}_{104}Rf+4_{0}^{1}n} \end{cases}}}$

В 1999 году был открыт изотоп резерфордий-263 при электронном захвате дубния-263^[7].

В 2000 году физикам из Дубны удалось получить резерфордий при облучении мишени из урана-238 ионами магния-26^[8]:

${\displaystyle \mathrm {^{238}_{92}U+_{12}^{26}Mg\rightarrow _{104}^{264}Rf^{*}} \rightarrow {\begin{cases}\mathrm {^{261}_{104}Rf+3_{0}^{1}n} \\\mathrm {^{260}_{104}Rf+4_{0}^{1}n} \\\mathrm {^{259}_{104}Rf+5_{0}^{1}n} \\\mathrm {^{258}_{104}Rf+6_{0}^{1}n} \end{cases}}}$

Происхождение названия

Советские учёные, опередив своих американских коллег на 4 года, предложили название курчатовий (Kurchatovium, Ku) в честь выдающегося советского учёного-физика И. В. Курчатова^[9].

В 1992 году совместная рабочая группа ИЮПАК и ИЮПАП по трансфермиевым элементам (англ. Transfermium Working Group) оценила заявки об открытии элемента 104 и сделала вывод, что обе группы привели достаточные доказательства его синтеза и честь открытия должна быть разделена между ними^[10].

Американцы ответили на выводы комиссии, заявив, что она придаёт слишком большое значение результатам группы ОИЯИ. В частности, они указали, что за 20 лет советские учёные несколько раз изменяли детали их заявлений о свойствах резерфордия, что советские учёные и не отрицали. Они также обвинили TWG в том, что та чересчур доверяет химическим опытам, проведённым советскими учёными, и что в комиссии нет квалифицированных специалистов. TWG ответила, что это не имеет значения и что они учли все возражения, приведённые американской группой, и заявили, что не находят причин для пересмотра их заключения о приоритете открытия^[11]. В конце концов, ИЮПАК использовал название, предложенное американцами^[12], что может некоторым образом указывать на то, что они изменили своё решение.

В 1994 году ИЮПАК предложила название дубний, поскольку название резерфордий было предложено для 106-го элемента, и ИЮПАК считал, что группа ОИЯИ должна быть достойно почтена за их вклад. Однако на этом спор по поводу названий для элементов 104—107 не закончился. Только в 1997 спор был разрешён, и для 104-го элемента было принято текущее название резерфордий, а для элемента 105 — название дубний.

Название «резерфордий» в честь выдающегося английского физика Эрнеста Резерфорда было принято ИЮПАК в 1997 году (одно время резерфордием назывался 106-й элемент — сиборгий). До принятия этого названия элемент назывался уннильквадием, обозначение Unq (в соответствии с общим соглашением о наименовании элементов, названия которых пока не утверждены, от латинских названий цифр 1, 0 и 4).

Химические свойства

Ранние расчёты показывали^{[когда?]}, что релятивистские эффекты в электронных оболочках резерфордия могут быть достаточно сильными, чтобы p-орбитали имели меньший уровень энергии, нежели d-орбитали, что делало бы его химические свойства похожими на свойства свинца. Но более точные расчёты и изучение полученных соединений показали, что он ведёт себя, как и остальные элементы IV группы.

Химические свойства резерфордия были определены с использованием ультрамалых количеств вещества чешским химиком Иво Звара. Было установлено, что 104 элемент химически является аналогом гафния. В степени окисления +4 он образует летучие при температурах 250—300 °C галогениды RfCl₄ и RfBr₄^[13]. При экстракционных процессах с участием сложных комплексных ионов поведение резерфордия значительно отличается от поведения ионов трёхвалентных актиноидов и свидетельствует о существовании в этих системах иона Rf⁴⁺, что доказывает его сходство с гафнием^[7].

Изотопы

На начало 2016 года известно 16 изотопов резерфордия (а также 4 ядерных изомера) с массовыми числами от 253 до 270 и периодом полураспада от долей микросекунд до 13 часов (²⁶⁵Rf).