Правило Маттауха-Щукарёва

К середине 1920-х годов в научном сообществе сложилось стойкое представление о том, что предсказанный в 1871 году Д. И. Менделеевым элемент № 43 (будущий технеций) вовсе не существует в природе. В числе тех, кто пришёл к такому умозаключению, был, например, авторитетный немецкий химик Людвиг Прандтль (1875-1953).

Дело в том, что в первых вариантах периодической таблицы существовал разрыв между молибденом (№ 42) и рутением (№ 44). Д.И. Менделеев предсказал, что этот разрыв должен восполнить недостающий элемент, который займет пустующее место под марганцем и будет иметь аналогичные химические свойства, поэтому он и назвал его «экамарганец».

Периодическая таблица химических элементов, 1905 г. Фото: взято из en.wikipedia.org   

Предсказанным элементам Менделеев давал временные названия, используя приставки санскритских слов - «эка» - один, «дви» - два, «три» - три, в зависимости от того, на сколько позиций вниз от известного элемента с похожими свойствами находился предсказанный. Одним из них и был элемент № 43 - «экамарганец», потому что он был на одно место ниже № 25 – марганца в тогдашнем варианте таблицы. И в течение многих десятилетий началась научная гонка за право первыми открыть и назвать недостающий элемент. В 1925 году немецкие химики Вальтер Ноддак, Отто Берг и Ида Такке сообщили об открытии элемента 43, назвав его «мазурием», в честь региона в Восточной Пруссии (сейчас — территория Польши), где родилась семья Вальтера Ноддака. В 1936 году физик Эмилио Сегре работал в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, где вместе с химиком Карло Перье проводил эксперименты с молибденовой пластиной, бомбардируя её ядрами дейтерия. В результате им удалось выделить три продукта с короткими периодами полураспада, которые впоследствии оказались изотопами элемента 43. В 1937 году Сегре и Перье официально подтвердили открытие этого элемента. До 1947 года его называли «мазурием», и только после, по решению IUPAC, официально утвердилось – «технеций».

Сергей Александрович Щукарёв (1893 - 1984)

2 Йозеф Маттаух (1895 — 1976)

Причина, из-за которой элемент № 43 очень долго не могли обнаружить, выяснилась с развитием ядерной физики, после открытия закономерности, замеченной в 1920-х годах советским химиком Сергеем Александровичем Щукарёвым (1893-1984) и окончательно сформулированной в 1934 году немецким физиком Йозефом Маттаухом (1895 -1976). Эта закономерность вошла в историю науки как «правило Маттауха-Щукарёва» или «правило запрета Маттауха-Щукарёва». Согласно этому правилу у стабильных изотопов с нечетными номерами не может быть стабильных же изобаров (атомов других элементов с одинаковой массой). Другими словами, в природе не могут существовать два стабильных изотопа с одинаковыми массовыми числами и ядерными зарядами, отличающимися на единицу. Элемент № 43 расположен между молибденом (№ 42) и рутением (№ 44), а все массовые числа от 96 до 102 заняты их стабильными изотопами. Таким образом, технеций не может иметь стабильных изотопов - они все радиоактивны. У правила есть несколько исключений, но в целом оно работает. Следует отметить, что правило запрещает существование стабильных пар, однако не ограничивает присутствия в природной изотопной смеси пар, один из компонентов которых является долгоживущим радиоактивным нуклидом, а второй — стабилен.

Таким образом, правило Маттауха — Щукарёва стало важным вкладом в развитие ядерной физики и помогло прояснить некоторые загадки распределения стабильных нуклидов в природе.