Международная группа учёных во главе с Александром Якушевым из Центра исследований тяжёлых ионов имени Гельмгольца в Дармштадте впервые экспериментально оценила энергию диссоциации связи в гексакарбониле сиборгия Sg(CO)6 и сравнила её с аналогичным комплексом у вольфрама W(CO)6. По данным эксперимента, энергия первой металл–CO связи у Sg(CO)6 оказалась ниже на 4 килоджаула на моль по сравнению с W(CO)6 (188 кДж/моль против 192 кДж/моль). Эти цифры согласуются с теоретическими расчётами, предсказывающими, что релятивистские эффекты ослабляют связь у тяжёлого элемента. Статья опубликована в Nature и подчёркивает влияние факторов супертяжёлых элементов на характер химических связей.

Для эксперимента использовали атомы сиборгия-259, полученные в ядерной реакции между свинцом-208 и ионами хрома-52. Затем полученный поток пропускали через газовую смесь гелия и CO: металл мог образовывать карбонильные комплексы с молекулами CO, но эти комплексы подвержены распаду, к примеру до Sg(CO)5. Продукты анализировали газохроматографической установкой с двумя детекторами: различали продукты по летучести, поскольку высшая молекула обычно наиболее летучая. Сам сиборгий на детекторах не фиксировался — он существует в двух изомерных состояниях с короткими периодами полураспада (0,23 и 0,4 секунды). По распаду удавалось определить, какие атомы попали в каждый массив. Изначально взяли 75 атомов и зафиксировали три события, относящиеся к гексакарбонилу Sg(CO)6 во втором детекторе. Сравнение провели и с вольфрамовым аналогом, который хорошо изучен в химии.

На основе отношения числа событий, связанных с летучим гексакарбонилом, к числу событий от нелетучих частиц, получились значения 0,20 ± 0,01 для W(CO)6 и 0,04 с большой неопределённостью для Sg(CO)6. Эти данные позволили с помощью кинетической модели определить разницу энергий диссоциации: около 192 кДж/моль для W(CO)6 и около 188 кДж/моль для Sg(CO)6. В результате первая связь металл–CO у сиборгия оказалась слабее примерно на 4 кДж/моль. Авторы поясняют это ослабление релятивистской дестабилизацией орбиталей 6d у Sg. При образовании связи CO идёт обмен электронной плотностью между CO и металлом: газ отдаёт часть заряда металлу, а часть электронной плотности возвращается обратно на молекулу CO. Ранее расчёты предсказывали ослабление обоих процессов, и эксперимент Якушева впервые наглядно демонстрирует именно это снижение прочности связи, хотя разница между элементами оказалась меньше ожидаемого.

Контекст получаемых данных добавляет больше материалов к исследованиям сверхтяжёлых элементов и нобелиевой химии, где экспериментальные оценки редки из-за низкого выхода реакций и высокой нестабильности изотопов. В прошлом году авторы рассказывали о подходах к изучению комплексов нобелиевых металлов с водой и азотом, получаемых и анализируемых масс-спектрометрией.