Ученые экспериментально определили потенциал ионизации прометия. Значение энергии удаления первого электрона 5,58 электронвольт и данные о более чем тысяче электронных переходов экспериментаторы получили с помощью лазерной резонансной ионизационной спектроскопии. Исследование опубликовано в журнале Physical Review.
В этом году периодическая система отмечает свой 150-летний юбилей, однако до сих пор не для всех элементов определены фундаментальные атомные свойства. В частности, для некоторых нестабильных элементов остаются неизвестными (или определены недостаточно точно) значения потенциала ионизации — энергии, необходимой для удаления одно электрона с внешней оболочки нейтрального атома, то есть насколько легко атом может ионизироваться.
Короткоживущий радиоактивный прометий существует на Земле в следовых количествах (сотни граммов), поэтому обнаружить его аналитически было невозможно. В 1945 году американские химики выделили прометий из продуктов деления урана, однако значение энергии ионизации этого элемента до сих пор экспериментально не устанавливали.
Доминик Штудер (Dominik Studer) с коллегами из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга с помощью резонансной ионизационной спектроскопии получили значения энергий переходов электронов между уровнями в атоме. Раствор около 15 нанограмм очищенного от примесей изотопа прометия-147, который получили облучением ниодима-146 нейтронами, поместили в титановой фольге в атомизатор (трехсантиметровую графитовую печь) спектрометра. Согласно расчетам, кристаллы прометия переходят в атомный пар при температуре 850 градусов Цельсия, до которой и нагревали образец, а затем облучали лазером, чтобы образовать ионы. Пучок ионов ускорили в электростатических полях плоских электродов и направили в масс-анализатор.
Для определения потенциала ионизации атомы прометия лазером переводили в возбужденное состояние, а ионизацию проводили в постоянном поле между электродами. Изменяя напряжение электрического поля и длину волны лазерного излучения, авторы работы регистрировали ионы, которые преодолели масс-фильтр.
В результате исследователи получили данные о более, чем тысяче электронных переходов и почти семистах энергетических уровнях прометия. Измеренное значение первого потенциала ионизации составило 5,58 электронвольт и совпало с теоретическими предсказаниями.
Схемы фотоионизации, которые они изучили, помогут развить фундаментальные исследования ядерной физики и ультраследовый анализ использованным авторами статьи методом спектроскопии. А точно определенное значение первого потенциала ионизации прометия будет служить отправной точкой для квантово-химических и физических расчетов.
Атомная спектроскопия сегодня — один из самых точных и информативных методов исследования материи. Об истории, основах и возможностях спектроскопии, можно прочитать в нашем прошлогоднем материале «Химия в солнечном свете».
Алина Кротова
