Transuranski elementi. Tehnecij Umetno proizvedeni elementi periodnega sistema

Od 26 trenutno znanih transuranovih elementov jih 24 ni na našem planetu. Ustvaril jih je človek. Kako se sintetizirajo težki in super težki elementi?

Aleksej Levin

Antoine Laurent Lavoisier je leta 1789 objavil prvi seznam triintridesetih domnevnih elementov, Tabelo snovi, ki pripadajo vsem kraljestvom narave, ki jih lahko štejemo za najpreprostejše sestavine teles. Poleg kisika, dušika, vodika, sedemnajstih kovin in več drugih pravih elementov so se v njem pojavili svetloba, kalorični in nekateri oksidi. In ko je 80 let kasneje Mendelejev prišel do periodnega sistema, so kemiki poznali 62 elementov. Do začetka 20. stoletja je veljalo, da v naravi obstaja 92 elementov, od vodika do urana, čeprav nekateri med njimi še niso bili odkriti.

Kljub temu so znanstveniki že konec 19. stoletja domnevali obstoj elementov, ki sledijo uranu v periodnem sistemu (transurani), vendar jih ni bilo mogoče zaznati. Zdaj je znano, da zemeljska skorja vsebuje sledove elementov 93 in 94 - neptunija in plutonija. Toda zgodovinsko so bili ti elementi najprej umetno pridobljeni in šele nato odkriti v mineralih.

Od 94 prvih elementov jih ima 83 stabilne ali dolgožive izotope, katerih razpolovne dobe so primerljive s starostjo Osončja (na naš planet so prišli iz protoplanetarnega oblaka). Življenje preostalih 11 naravnih elementov je veliko krajše, zato se v zemeljski skorji pojavijo le kot posledica radioaktivnega razpada za kratek čas. Kaj pa vsi drugi elementi, od 95 do 118? Na našem planetu jih ni. Vsi so bili pridobljeni umetno.

Prvi umetni

Ustvarjanje umetnih elementov ima dolgo zgodovino. Temeljna možnost tega je postala jasna leta 1932, ko sta Werner Heisenberg in Dmitry Ivanenko prišla do zaključka, da so atomska jedra sestavljena iz protonov in nevtronov. Dve leti pozneje je skupina Enrica Fermija poskušala proizvesti transuranije z obsevanjem urana s počasnimi nevtroni. Predpostavljalo se je, da bi uranovo jedro zajelo enega ali dva nevtrona, nato pa bi bilo podvrženo beta razpadu, da bi proizvedlo elemente 93 ali 94. Pohiteli so celo z napovedjo odkritja transuranov, ki jih je Fermi v svojem Nobelovem govoru leta 1938 poimenoval avzonij in hesperij. Vendar sta nemška radiokemika Otto Hahn in Fritz Strassmann skupaj z avstrijsko fizičarko Lise Meitner kmalu pokazala, da se je Fermi motil: ti nuklidi so bili izotopi že znanih elementov, ki so nastali zaradi cepitve uranovih jeder v pare fragmentov približno enake mase. . Prav to odkritje decembra 1938 je omogočilo izdelavo jedrskega reaktorja in atomske bombe.

V jedrih so protonske in nevtronske lupine, ki so nekoliko podobne elektronskim lupinam atomov. Jedra s popolnoma zapolnjenimi lupinami so še posebej odporna na spontane transformacije. Število nevtronov in protonov, ki ustreza takim lupinam, se imenuje magično. Nekateri od njih so bili določeni eksperimentalno - to so 2, 8, 20 in 28. Modeli lupin omogočajo teoretični izračun "magičnih števil" super težkih jeder, čeprav brez popolnega jamstva. Obstaja razlog za pričakovanje, da bo nevtronsko število 184 magično. Lahko ustreza protonskim številom 114, 120 in 126, slednje pa mora biti spet magično. Če je temu tako, potem bodo izotopi 114., 120. in 126. elementa, ki vsebujejo po 184 nevtronov, živeli veliko dlje kot njihovi sosedje v periodnem sistemu - minute, ure ali celo leta (to območje tabele je običajno imenovan otok stabilnosti). Največje upe znanstveniki polagajo v zadnji izotop z dvojno čarobnim jedrom.

Prvi sintetiziran element sploh ni bil transuran, ampak ekamangan, ki ga je predvidel Mendelejev. Iskali so ga po raznih rudiščih, a brez uspeha. In leta 1937 je bil ekamangan, pozneje imenovan tehnecij (iz grščine - umetno), pridobljen z izstrelitvijo jeder devterija na tarčo molibdena, pospešenega v ciklotronu v Nacionalnem laboratoriju Lawrence Berkeley.

Lahki projektili

Elementi od 93 do 101 so bili pridobljeni z interakcijo uranovih jeder ali kasnejših transuranovih jeder z nevtroni, devteroni (jedra devterija) ali delci alfa (jedra helija). Prvi uspeh sta tu dosegla Američana Edwin McMillan in Philip Abelson, ki sta leta 1940 sintetizirala neptunij-239 in delala na Fermijevi ideji: zajem počasnih nevtronov z uranom-238 in kasnejši beta razpad urana-239.

Naslednji, element 94, plutonij, je bil prvič odkrit pri preučevanju beta razpada neptunija-238, pridobljenega z devteronskim obstreljevanjem urana na ciklotronu kalifornijske univerze Berkeley v začetku leta 1941. In kmalu je postalo jasno, da je plutonij-239 pod vplivom počasnih nevtronov cepljiv nič slabše od urana-235 in lahko služi kot polnilo za atomsko bombo. Zato so bili vsi podatki o proizvodnji in lastnostih tega elementa tajni, članek MacMillana, Glenna Seaborga (za svoja odkritja sta si leta 1951 delila Nobelovo nagrado) in njihovih kolegov, ki so poročali o drugem transuranu, pa se je v tisku pojavil šele leta 1946.

Ameriške oblasti so skoraj šest let odlašale tudi z objavo odkritja 95. elementa, americija, ki ga je konec leta 1944 Seaborgova skupina izolirala iz produktov nevtronskega obstreljevanja plutonija v jedrskem reaktorju. Nekaj ​​mesecev prej so fiziki iz iste ekipe dobili prvi izotop elementa 96 z atomsko maso 242, ki so ga sintetizirali z obstreljevanjem urana-239 s pospešenimi delci alfa. Poimenovali so ga curium kot priznanje za znanstvene dosežke Pierra in Marie Curie, s čimer se je začela tradicija poimenovanja transuranov v čast klasikom fizike in kemije.

60-palčni ciklotron Univerze v Kaliforniji je bil kraj nastanka še treh elementov, 97, 98 in 101. Prva dva sta dobila ime po rojstnem kraju – Berkeley in California. Berkeley je bil sintetiziran decembra 1949 z obstreljevanjem americijeve tarče z alfa delci; kalifornij je bil sintetiziran dva meseca pozneje z istim obstreljevanjem kurija. 99. in 100. element, einsteinij in fermij, sta bila odkrita med radiokemično analizo vzorcev, zbranih na območju atola Eniwetak, kjer so Američani 1. novembra 1952 detonirali desetmegatonski termonuklearni naboj "Mike", katerega lupina je bila narejena iz urana-238. Med eksplozijo so uranova jedra absorbirala do petnajst nevtronov, nato pa so bila podvržena verigam beta razpadov, kar je privedlo do nastanka teh elementov. Element 101, mendelevij, je bil odkrit v začetku leta 1955. Seaborg, Albert Ghiorso, Bernard Harvey, Gregory Choppin in Stanley Thomson so obstreljevanju z delci alfa podvrgli približno milijardo (to je zelo malo, vendar jih preprosto ni bilo več) atomov einsteinija, elektrolitsko odloženih na zlato folijo. Kljub izjemno visoki gostoti žarka (60 trilijonov alfa delcev na sekundo) je bilo pridobljenih le 17 atomov mendelevija, vendar so bile določene njihove sevalne in kemijske lastnosti.

Težki ioni

Mendelevij je bil zadnji transuranij, proizveden z nevtroni, devteroni ali alfa delci. Za pridobitev naslednjih elementov so bile potrebne tarče iz elementa številka 100 - fermij, ki jih takrat ni bilo mogoče izdelati (še zdaj se v jedrskih reaktorjih fermij pridobiva v nanogramskih količinah).

Znanstveniki so ubrali drugo pot: za obstreljevanje tarč so uporabili ionizirane atome, katerih jedra vsebujejo več kot dva protona (imenujejo jih težki ioni). Za pospeševanje ionskih žarkov so bili potrebni specializirani pospeševalci. Prvi tak stroj, HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator), je bil lansiran v Berkeleyju leta 1957, drugi, ciklotron U-300, pa je bil lansiran v Laboratoriju za jedrske reakcije Skupnega inštituta za jedrske raziskave v Dubni leta 1960. Kasneje so v Dubni začeli delovati močnejši napravi U-400 in U-400M. Še en pospeševalnik UNILAC (Universal Linear Accelerator) deluje od konca leta 1975 v nemškem Helmholtz Centru za raziskave težkih ionov v Wickhausnu, enem od okrožij Darmstadta.

Pri obstreljevanju tarč iz svinca, bizmuta, urana ali transuranov s težkimi ioni nastanejo močno vzbujena (vroča) jedra, ki bodisi razpadejo bodisi sprostijo odvečno energijo z emisijo (izhlapevanjem) nevtronov. Včasih ta jedra oddajo enega ali dva nevtrona, nato pa so podvržena drugim transformacijam - na primer alfa razpadu. Ta vrsta sinteze se imenuje hladna. V Darmstadtu so z njegovo pomočjo pridobili elemente s številkami od 107 (borij) do 112 (kopernicij). Na enak način so leta 2004 japonski fiziki ustvarili en atom 113. elementa (leto prej so ga pridobili v Dubni). Med vročo fuzijo novorojena jedra izgubijo več nevtronov - od tri do pet. Na ta način sta Berkeley in Dubna sintetizirala elemente od 102 (nobelij) do 106 (seaborgium, v čast Glennu Seaborgu, pod vodstvom katerega je nastalo devet novih elementov). Kasneje so v Dubni na ta način izdelali šest najmasovnejših supertežkašev - od 113. do 118. Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry) je doslej odobrila le imena 114. (flerovij) in 116. (livermorij) elementa.

Samo trije atomi

118. element z začasnim imenom ununoctium in simbolom Uuo (po pravilih IUPAC so začasna imena elementov sestavljena iz latinskih in grških korenin imen števk njihovega atomskega števila, un-un-oct (ium) - 118) je nastal s skupnimi prizadevanji dveh znanstvenih skupin: Dubna pod vodstvom Jurija Oganesijana in Nacionalnega laboratorija Livermore pod vodstvom Kentona Moodyja, študenta Seaborga. Ununoktij se nahaja pod radonom v periodnem sistemu in je zato lahko žlahtni plin. Vendar njegove kemijske lastnosti še niso bile ugotovljene, saj so fiziki ustvarili le tri atome tega elementa z masnim številom 294 (118 protonov, 176 nevtronov) in razpolovno dobo približno milisekunde: dva leta 2002 in enega leta 2002. 2005. Dobili so jih z obstreljevanjem tarče California-249 (98 protonov, 151 nevtronov) z ioni težkega izotopa kalcija z atomsko maso 48 (20 protonov in 28 nevtronov), pospešenih v pospeševalniku U-400. Skupno število kalcijevih "nabojev" je bilo 4,1x1019, zato je produktivnost "ununokcijskega generatorja" Dubna izjemno nizka. Vendar pa je po mnenju Kentona Moodyja U-400 edini stroj na svetu, ki bi lahko sintetiziral 118. element.

»Vsaka serija eksperimentov o sintezi transuranov dodaja nove informacije o strukturi jedrske snovi, ki se uporablja za modeliranje lastnosti supertežkih jeder. Zlasti delo na sintezi 118. elementa je omogočilo opustitev več prejšnjih modelov, se spominja Kenton Moody. »Tarčo smo naredili iz kalifornija, saj težjih elementov ni bilo na voljo v potrebnih količinah. Kalcij-48 vsebuje osem dodatnih nevtronov v primerjavi s svojim glavnim izotopom kalcijem-40. Ko se je njegovo jedro spojilo z jedrom kalifornija, so nastala jedra s 179 nevtroni. Bili so v zelo vznemirjenih in zato posebej nestabilnih stanjih, iz katerih so hitro izstopili in izpuščali nevtrone. Kot rezultat smo dobili izotop elementa 118 s 176 nevtroni. In to so bili pravi nevtralni atomi s polnim nizom elektronov! Če bi živeli malo dlje, bi bilo mogoče soditi o njihovih kemičnih lastnostih.«

"Elementi od 113 do 118 so bili ustvarjeni na podlagi izjemne metode, razvite v Dubni pod vodstvom Jurija Oganesijana," pojasnjuje član ekipe Darmstadt Alexander Yakushev. - Namesto niklja in cinka, ki sta bila uporabljena za streljanje na tarče v Darmstadtu, je Oganesyan vzel izotop z veliko nižjo atomsko maso - kalcij-48. Dejstvo je, da uporaba lahkih jeder poveča verjetnost njihovega zlitja s ciljnimi jedri. Tudi jedro kalcija-48 je dvojno čarobno, saj je sestavljeno iz 20 protonov in 28 nevtronov. Zato je Oganesyanova izbira močno prispevala k preživetju sestavljenih jeder, ki nastanejo, ko je tarča streljana. Navsezadnje lahko jedro odda več nevtronov in povzroči nov transuran le, če ne razpade na fragmente takoj po rojstvu. Da bi na ta način sintetizirali supertežke elemente, so dubnski fiziki izdelali tarče iz transuranija, proizvedenega v ZDA - najprej plutonija, nato americija, kurija, kalifornija in nazadnje berkelija. Kalcija-48 je v naravi le 0,7%. Ekstrahira se z elektromagnetnimi separatorji, kar je drag postopek. En miligram tega izotopa stane približno 200 dolarjev. Ta količina zadostuje za uro ali dve obstreljevanja tarče, poskusi pa trajajo mesece. Same tarče so še dražje, njihova cena doseže milijon dolarjev. Tudi plačilo računov za elektriko stane precej denarja - pospeševalci težkih ionov porabijo megavate energije. Na splošno sinteza super težkih elementov ni poceni užitek. Na fotografiji: ko težki ion zadene območje jedrskih sil tarče, lahko nastane sestavljeno jedro v vzbujenem stanju. Ali razpade na fragmente približno enake mase ali pa odda (izhlapi) več nevtronov in preide v osnovno (nevzbujeno) stanje.

Metuzalem številka 117

Element 117, znan tudi kot ununseptij, je bil pridobljen kasneje - marca 2010. Ta element se je rodil na istem stroju U-400, kjer so, kot prej, ione kalcija-48 izstrelili na tarčo iz berkelija-249, sintetiziranega v nacionalnem laboratoriju Oak Ridge. Ob trčenju berkelijevih in kalcijevih jeder so se pojavila močno vzbujena jedra ununsepcija-297 (117 protonov in 180 nevtronov). Eksperimentatorjem je uspelo pridobiti šest jeder, od katerih jih je pet izhlapelo po štiri nevtrone in se spremenilo v ununsepcij-293, ostala pa so oddala tri nevtrone in povzročila ununsepcij-294.

V primerjavi z ununokcijem se je ununoktij izkazal za pravega metuzalema. Razpolovna doba lažjega izotopa je 14 milisekund, težjega pa kar 78 milisekund! Leta 2012 so dubnski fiziki pridobili še pet atomov ununseptija-293, kasneje pa več atomov obeh izotopov. Spomladi 2014 so znanstveniki iz Darmstadta poročali o sintezi štirih jeder elementa 117, od katerih sta imeli dve atomsko maso 294. Razpolovna doba tega "težkega" unseptiuma, ki so jo izmerili nemški znanstveniki, je bila približno 51 milisekund ( to se dobro ujema z ocenami znanstvenikov iz Dubne).

Zdaj v Darmstadtu pripravljajo projekt za nov linearni pospeševalnik težkih ionov na superprevodnih magnetih, ki bo omogočal sintezo elementov 119 in 120. Podobne načrte izvajajo tudi v Dubni, kjer gradijo nov ciklotron DS-280. Možno je, da bo že čez nekaj let možna sinteza novih supertežkih transuranov. In ustvarjanje 120. ali celo 126. elementa s 184 nevtroni in odkritje otoka stabilnosti bo postalo resničnost.

Če vprašate znanstvenike, katera od odkritij 20. st. najpomembnejše, potem bo komaj kdo pozabil poimenovati umetno sintezo kemičnih elementov. V kratkem času - manj kot 40 letih - se je seznam znanih kemijskih elementov povečal za 18 imen. In vseh 18 je bilo sintetiziranih, pripravljenih umetno.

Beseda "sinteza" običajno označuje postopek pridobivanja iz preprostega kompleksa. Na primer, interakcija žvepla s kisikom je kemična sinteza žveplovega dioksida SO 2 iz elementov.

Sintezo elementov lahko razumemo takole: umetno pridobivanje iz elementa z nižjim jedrskim nabojem in nižjim atomskim številom elementa z višjim atomskim številom. In sam proces proizvodnje se imenuje jedrska reakcija. Njena enačba je zapisana na enak način kot enačba navadne kemijske reakcije. Na levi strani so reaktanti, na desni pa nastali produkti. Reaktanta v jedrski reakciji sta tarča in obstreljujoči delec.

Tarča je lahko kateri koli element periodnega sistema (v prosti obliki ali v obliki kemične spojine).

Vlogo bombardirajočih delcev imajo α-delci, nevtroni, protoni, devteroni (jedra težkega izotopa vodika), pa tudi tako imenovani večnabiti težki ioni različnih elementov - bor, ogljik, dušik, kisik, neon, argon in drugi elementi periodnega sistema.

Da pride do jedrske reakcije, mora obstreljujoči delec trčiti v jedro ciljnega atoma. Če ima delec dovolj visoko energijo, lahko prodre tako globoko v jedro, da se z njim spoji. Ker imajo vsi zgoraj našteti delci, razen nevtrona, pozitivne naboje, ko se spojijo z jedrom, povečajo njegov naboj. In sprememba vrednosti Z pomeni transformacijo elementov: sintezo elementa z novo vrednostjo jedrskega naboja.

Da bi našli način, kako pospešiti obstreljevanje delcev in jim dati visoko energijo, ki zadostuje za zlitje z jedri, so izumili in izdelali poseben pospeševalnik delcev, ciklotron. Nato so zgradili posebno tovarno za nove elemente – jedrski reaktor. Njegov neposredni namen je pridobivanje jedrske energije. Ker pa v njej vedno obstajajo intenzivni nevtronski tokovi, jih je enostavno uporabiti za namene umetne fuzije. Nevtron nima naboja, zato ga ni treba (in je nemogoče) pospeševati. Nasprotno, počasni nevtroni se izkažejo za uporabnejše od hitrih.

Kemiki so morali napenjati svoje možgane in pokazati prave čudeže iznajdljivosti, da so razvili načine za ločevanje majhnih količin novih elementov od ciljne snovi. Naučite se preučevati lastnosti novih elementov, ko je bilo na voljo le nekaj atomov ...

Z delom na stotine in tisoče znanstvenikov je bilo v periodnem sistemu zapolnjenih osemnajst novih celic.

Štirje so znotraj njegovih starih meja: med vodikom in uranom.

Štirinajst - za uran.

Evo, kako se je vse zgodilo ...

Tehnecij, prometij, astat, francij ... Štiri mesta v periodnem sistemu so ostala dolgo prazna. To so bile celice št. 43, 61, 85 in 87. Od štirih elementov, ki naj bi zasedli ta mesta, je Mendelejev predvidel tri: ekamangan - 43, ekajodin - 85 in ekakaezij - 87. Četrti - št. 61 - naj bi spadal med redke zemeljske elemente .

Ti štirje elementi so bili nedosegljivi. Prizadevanja znanstvenikov, da bi jih iskali v naravi, so ostala neuspešna. S pomočjo periodičnega zakona so vsa ostala mesta v periodnem sistemu - od vodika do urana - že zdavnaj zapolnjena.

Več kot enkrat so se v znanstvenih revijah pojavila poročila o odkritju teh štirih elementov. Ekamangan so »odkrili« na Japonskem, kjer so ga poimenovali »nipponium«, v Nemčiji pa so ga poimenovali »mazurium«. Element št. 61 je bil "odkrit" v različnih državah vsaj trikrat, prejel je imena "ilinij", "Firence", "onijev cikel". Tudi ekajodin je bil večkrat najden v naravi. Dobil je imena "Alabamius", "Helvetius". Ekacezij je po drugi strani prejel imeni "Virginija" in "Moldavija". Nekatera od teh imen so se znašla v različnih priročnikih in celo v šolskih učbenikih. Toda vsa ta odkritja niso bila potrjena: vsakič, ko je natančno preverjanje pokazalo, da je bila storjena napaka, in naključne nepomembne nečistoče so bile zamenjane za nov element.

Dolgo in težko iskanje je končno pripeljalo do odkritja enega od izmuzljivih elementov narave. Izkazalo se je, da ekskazij, ki bi moral zasedati 87. mesto v periodnem sistemu, nastane v razpadni verigi naravnega radioaktivnega izotopa urana-235. Je kratkoživi radioaktivni element.

Element št. 87 si zasluži podrobnejšo razpravo.

Zdaj v kateri koli enciklopediji, v katerem koli učbeniku za kemijo beremo: francij (zaporedna številka 87) je leta 1939 odkrila francoska znanstvenica Margarita Perey. Mimogrede, že tretjič je čast odkritja novega elementa pripadla ženski (prej je Marie Curie odkrila polonij in radij, Ida Noddak pa renij).

Kako je Pereyu uspelo ujeti izmuzljivi element? Vrnimo se mnogo let nazaj. Leta 1914 so trije avstrijski radiokemiki - S. Meyer, W. Hess in F. Paneth - začeli proučevati radioaktivni razpad izotopa aktinija z masnim številom 227. Znano je bilo, da pripada družini aktinouranija in oddaja β-delce; zato je njegov razgradni produkt torij. Vendar so znanstveniki imeli nejasne sume, da aktinium-227 v redkih primerih oddaja tudi α-delce. Z drugimi besedami, to je en primer radioaktivnih vilic. To je enostavno ugotoviti: med takšno transformacijo bi moral nastati izotop elementa št. 87. Meyer in njegovi kolegi so res opazili delce alfa. Potrebne so bile nadaljnje raziskave, ki pa jih je prekinila prva svetovna vojna.

Margarita Perey je sledila isti poti. Imela pa je na voljo bolj občutljive instrumente in nove, izboljšane metode analize. Zato je bila uspešna.

Francij uvrščamo med umetno sintetizirane elemente. A vseeno je bil element prvič odkrit v naravi. To je izotop francija-223. Njegova razpolovna doba je samo 22 minut. Postane jasno, zakaj je na Zemlji tako malo Francije. Prvič, zaradi svoje krhkosti se nima časa koncentrirati v opaznih količinah, in drugič, za sam proces njegovega nastanka je značilna majhna verjetnost: le 1,2% jeder aktinija-227 razpade z emisijo α- delci.

V zvezi s tem je bolj donosno pripraviti francij umetno. Dobljenih je že 20 izotopov francija, najdlje živeči med njimi pa je francij-223. Pri delu s popolnoma zanemarljivimi količinami francijevih soli so kemiki lahko dokazali, da so njegove lastnosti izjemno podobne ceziju.

Elementi št. 43, 61 in 85 so ostali nedosegljivi. V naravi jih ni bilo mogoče najti, čeprav so znanstveniki že imeli močno metodo, ki je nezmotljivo pokazala pot iskanja novih elementov - periodični zakon. Zahvaljujoč temu zakonu so bile vse kemijske lastnosti neznanega elementa znanstvenikom znane vnaprej. Zakaj so bila torej iskanja teh treh elementov v naravi neuspešna?

S proučevanjem lastnosti atomskih jeder so fiziki prišli do zaključka, da za elemente z atomskimi številkami 43, 61, 85 in 87 ne morejo obstajati stabilni izotopi. Lahko so le radioaktivni, imajo kratko razpolovno dobo in morajo hitro izginiti. Zato je vse te elemente umetno ustvaril človek. Poti za nastanek novih elementov je nakazal periodični zakon. Poskusimo z njim začrtati pot za sintezo ekamangana. Ta element št. 43 je bil prvi umetno ustvarjen.

Kemijske lastnosti elementa določa njegova elektronska ovojnica, odvisne pa so od naboja atomskega jedra. Jedro elementa številka 43 bi moralo imeti 43 pozitivnih nabojev in 43 elektronov, ki krožijo okoli jedra. Kako lahko ustvarite element s 43 naboji v atomskem jedru? Kako lahko dokažete, da je bil tak element ustvarjen?

Oglejmo si podrobneje, kateri elementi v periodnem sistemu se nahajajo v bližini praznega prostora, namenjenega elementu št. 43. Nahaja se skoraj na sredini pete dobe. Na ustreznih mestih v četrtem obdobju je mangan, v šestem pa renij. Zato bi morale biti kemijske lastnosti elementa 43 podobne lastnostim mangana in renija. Ni zaman, da ga je D.I. Mendelejev, ki je napovedal ta element, imenoval ekamangan. Levo od 43. celice je molibden, ki zavzema celico 42, desno, v 44., je rutenij.

Zato je za ustvarjanje elementa številka 43 potrebno povečati število nabojev v jedru atoma, ki ima 42 nabojev, še za en elementarni naboj. Zato je za sintezo novega elementa št. 43 potrebno kot izhodiščni material vzeti molibden. V jedru ima točno 42 nabojev. Najlažji element, vodik, ima en pozitiven naboj. Torej lahko pričakujemo, da se element številka 43 lahko pridobi z jedrsko reakcijo med molibdenom in vodikom.

Lastnosti elementa št. 43 naj bi bile podobne lastnostim mangana in renija, za odkrivanje in dokazovanje nastanka tega elementa pa je treba uporabiti kemijske reakcije, podobne tistim, s katerimi kemiki ugotavljajo prisotnost majhnih količin mangan in renij. Tako periodični sistem omogoča začrtati pot za nastanek umetnega elementa.

Na popolnoma enak način, kot smo pravkar orisali, je bil leta 1937 ustvarjen prvi umetni kemični element. Prejel je pomembno ime - tehnecij - prvi element, proizveden tehnično, umetno. Tako je bil sintetiziran tehnecij. Molibdenovo ploščo so podvrgli intenzivnemu bombardiranju jeder težkega izotopa vodika - devterija, ki so jih v ciklotronu pospešili do ogromne hitrosti.

Težka vodikova jedra, ki so prejela zelo visoko energijo, so prodrla v molibdenova jedra. Po obsevanju v ciklotronu smo molibdenovo ploščo raztopili v kislini. Iz raztopine smo izolirali neznatno količino nove radioaktivne snovi z enakimi reakcijami, ki so potrebne za analitsko določanje mangana (analog elementa št. 43). To je bil nov element - tehnecij. Kmalu so njegove kemijske lastnosti podrobno raziskali. Natančno ustrezajo položaju elementa v periodnem sistemu.

Zdaj je tehnecij postal precej dostopen: v jedrskih reaktorjih nastaja v precej velikih količinah. Tehnecij je dobro raziskan in se že uporablja v praksi. Tehnicij se uporablja za preučevanje korozijskega procesa kovin.

Metoda, s katero je bil ustvarjen element 61, je zelo podobna metodi, s katero se pridobiva tehnecij. Element #61 mora biti element redke zemlje: 61. celica je med neodimom (#60) in samarijem (#62). Nov element so prvič pridobili leta 1938 v ciklotronu z obstreljevanjem neodima z jedri devterija. Kemično je bil element 61 izoliran šele leta 1945 iz fragmentacijskih elementov, ki so nastali v jedrskem reaktorju kot posledica cepitve urana.

Element je prejel simbolično ime promethium. To ime je dobil z razlogom. Starogrški mit pripoveduje, da je titan Prometej ukradel ogenj z neba in ga dal ljudem. Zaradi tega so ga kaznovali bogovi: priklenili so ga na skalo in vsak dan ga je mučil ogromen orel. Ime "prometij" ne simbolizira le dramatične poti znanosti, ki naravi krade energijo jedrske cepitve in obvladuje to energijo, ampak ljudi tudi svari pred strašno vojaško nevarnostjo.

Prometij se zdaj pridobiva v velikih količinah: uporablja se v atomskih baterijah - virih enosmernega toka, ki lahko neprekinjeno delujejo več let.

Najtežji halogenidni element št. 85 je bil sintetiziran na podoben način. Prvič je bil pridobljen z obstreljevanjem bizmuta (št. 83) s helijevimi jedri (št. 2), pospešenimi v ciklotronu do visokih energij.

Jedra helija, drugega elementa v periodnem sistemu, imajo dva naboja. Zato je bil za sintezo 85. elementa vzet bizmut - 83. element. Nov element se imenuje astat (nestabilen). Je radioaktiven in hitro izgine. Izkazalo se je tudi, da njegove kemijske lastnosti natančno ustrezajo periodičnemu zakonu. Izgleda kot jod.

Transuranski elementi.

Kemiki so vložili veliko dela v iskanje elementov, težjih od urana v naravi. Več kot enkrat so se v znanstvenih revijah pojavila zmagoslavna obvestila o "zanesljivem" odkritju novega "težkega" elementa z atomsko maso, večjo od mase urana. Na primer, element št. 93 je bil večkrat "odkrit" v naravi, prejel je imena "bohemia" in "sequanium". A izkazalo se je, da so bila ta "odkritja" posledica napak. Označujejo težave pri natančnem analitičnem določanju drobnih sledi novega neznanega elementa z neraziskanimi lastnostmi.

Rezultat teh iskanj je bil negativen, saj na Zemlji praktično ni elementov, ki bi ustrezali tistim celicam periodnega sistema, ki bi se morale nahajati za 92. celico.

Prvi poskusi umetnega pridobivanja novih elementov, težjih od urana, so povezani z eno izjemnih napak v zgodovini razvoja znanosti. Opazili so, da pod vplivom nevtronskega toka številni elementi postanejo radioaktivni in začnejo oddajati beta žarke. Jedro atoma, ki je izgubilo negativni naboj, premakne eno celico v desno v periodnem sistemu in njegova serijska številka postane še ena - pride do transformacije elementov. Tako pod vplivom nevtronov običajno nastanejo težji elementi.

Na uran so poskušali vplivati ​​z nevtroni. Znanstveniki so upali, da bo tako kot drugi elementi tudi uran pokazal β-aktivnost in se bo zaradi β-razpada pojavil nov element z eno višjo številko. Zasedel bo 93. celico v sistemu Mendelejeva. Predlagano je bilo, da bi moral biti ta element podoben reniju, zato se je prej imenoval ekarenij.

Zdelo se je, da so prvi poskusi takoj potrdili to domnevo. Še več, ugotovljeno je bilo, da v tem primeru ne nastane en nov element, ampak več. Poročali so o petih novih elementih, težjih od urana. Poleg ekarenija so »odkrili« še ekaosmij, ekairidij, ekaplatino in ekogold. In vsa odkritja so se izkazala za napako. Toda to je bila izjemna napaka. Znanost je pripeljala do največjega dosežka fizike v vsej zgodovini človeštva – odkritja cepitve urana in obvladovanja energije atomskega jedra.

Pravzaprav niso našli transuranovih elementov. V nenavadnih novih elementih so zaman poskušali najti domnevne lastnosti, ki naj bi jih imela elementa iz ekarenija in ekazolda. In nenadoma so med temi elementi nepričakovano odkrili radioaktivni barij in lantan. Ne transuran, ampak najpogostejši, a radioaktivni izotopi elementov, katerih mesta so v sredini Mendelejevega periodnega sistema.

Minilo je malo časa, preden je bil ta nepričakovan in zelo čuden rezultat pravilno razumljen.

Zakaj atomska jedra urana, ki je na koncu periodnega sistema elementov, pod delovanjem nevtronov tvorijo jedra elementov, katerih mesta so v njegovi sredini? Na primer, ko nevtroni delujejo na uran, se pojavijo elementi, ki ustrezajo naslednjim celicam periodnega sistema:

V nepredstavljivo zapleteni mešanici radioaktivnih izotopov, ki nastanejo v uranu, obsevanem z nevtroni, so našli veliko elementov. Čeprav se je izkazalo, da gre za stare, kemikom že dolgo znane elemente, so hkrati nove snovi, ki jih je prvi ustvaril človek.

V naravi ni radioaktivnih izotopov broma, kriptona, stroncija in mnogih drugih od štiriintridesetih elementov - od cinka do gadolinija, ki nastanejo ob obsevanju urana.

To se v znanosti pogosto zgodi: najbolj skrivnostno in najbolj zapleteno se ob razrešitvi in ​​razumevanju izkaže za preprosto in jasno. Ko nevtron zadene jedro urana, se to razcepi na dva drobca – na dve atomski jedri z manjšo maso. Ti fragmenti so lahko različnih velikosti, zato nastane toliko različnih radioaktivnih izotopov običajnih kemičnih elementov.

Eno atomsko jedro urana (92) razpade na atomski jedri broma (35) in lantana (57); fragmenti cepitve drugega se lahko izkažejo za atomska jedra kriptona (36) in barija (56). Vsota atomskih števil nastalih fragmentacijskih elementov bo enaka 92.

To je bil začetek verige velikih odkritij. Kmalu je bilo ugotovljeno, da pod udarom nevtrona iz jedra atoma urana-235 ne nastanejo le drobci - jedra z manjšo maso, temveč tudi dva ali trije nevtroni. Vsak od njih pa je sposoben ponovno povzročiti cepitev uranovega jedra. In pri vsaki taki delitvi se sprosti ogromno energije. To je bil začetek človekovega obvladovanja znotrajatomske energije.

Med ogromno količino produktov, ki nastanejo pri obsevanju uranovih jeder z nevtroni, je bil pozneje odkrit prvi pravi transuranov element št. Po kemijskih lastnostih se je izkazalo, da je zelo podoben uranu in sploh ni bil podoben: reniju, kot je bilo pričakovano med prvimi poskusi sintetiziranja elementov, težjih od urana. Zato ga niso mogli takoj odkriti.

Prvi element, ki ga je ustvaril človek izven »naravnega sistema kemičnih elementov«, so po planetu Neptunu poimenovali neptunij. Njegovo ustvarjanje nam je razširilo meje, ki jih je določila narava sama. Prav tako je napovedano odkritje planeta Neptun razširilo meje našega poznavanja sončnega sistema.

Kmalu je bil sintetiziran 94. element. Ime je dobil po zadnjem planetu. sončni sistem.

Imenovali so ga plutonij. V periodnem sistemu Mendelejeva sledi neptuniju po vrstnem redu, podobno kot "zadnji planet Osončja*, Pluton, katerega orbita leži za orbito Neptuna. Element št. 94 nastane iz neptunija med njegovim β-razpadom.

Plutonij je edini transuranov element, ki se zdaj proizvaja v jedrskih reaktorjih v zelo velikih količinah. Tako kot uran-235 je sposoben cepitve pod vplivom nevtronov in se uporablja kot gorivo v jedrskih reaktorjih.

Elementa št. 95 in št. 96 imenujemo americij in kurij. Zdaj se proizvajajo tudi v jedrskih reaktorjih. Oba elementa imata zelo visoko radioaktivnost – oddajata α-žarke. Radioaktivnost teh elementov je tako velika, da se koncentrirane raztopine njihovih soli segrevajo, vrejo in zelo močno svetijo v temi.

Vsi transuranovi elementi - od neptunija do americija in kurija - so bili pridobljeni v precej velikih količinah. V svoji čisti obliki so to kovine srebrne barve, vse so radioaktivne in so si po kemijskih lastnostih nekoliko podobne, v nekaterih pogledih pa se opazno razlikujejo.

Tudi 97. element, berkelij, je bil izoliran v čisti obliki. Za to je bilo treba pripravek čistega plutonija namestiti v jedrski reaktor, kjer je bil celih šest let izpostavljen močnemu toku nevtronov. V tem času se je iz jedrskega reaktorja nabralo več mikrogramov elementa št. 97, ki je bil raztopljen v kislini in iz zmesi je bil izoliran najdlje živeči berkelij-249. Je zelo radioaktiven – v enem letu razpade na polovico. Do sedaj so pridobili le nekaj mikrogramov berkelija. Toda ta količina je bila dovolj, da so znanstveniki natančno preučili njegove kemične lastnosti.

Zelo zanimiv element je številka 98 - kalifornij, šesti po uranu. Kalifornij je bil najprej ustvarjen z obstreljevanjem kurijeve tarče z alfa delci.

Zgodba o sintezi naslednjih dveh transuranovih elementov: 99 in 100 je fascinantna. Najprej so jih našli v oblakih in »blatu«. Da bi preučili, kaj nastane pri termonuklearnih eksplozijah, je letalo letelo skozi eksplozijski oblak in vzorce usedline so zbrali na papirnatih filtrih. V tem sedimentu so našli sledi dveh novih elementov. Za pridobitev natančnejših podatkov je bila na mestu eksplozije zbrana velika količina "umazanije" - zemlje in kamnin, spremenjenih zaradi eksplozije. To »umazanijo« so obdelali v laboratoriju in iz nje izolirali dva nova elementa. Poimenovali so ju einsteinij in fermij v čast znanstvenikov A. Einsteina in E. Fermija, katerima se človeštvo zahvaljuje predvsem za odkritje načinov za obvladovanje atomske energije. Einstein je prišel do zakona o enakovrednosti mase in energije, Fermi pa je zgradil prvi atomski reaktor. Zdaj se einsteinij in fermij proizvaja tudi v laboratorijih.

Elementi druge stote.

Še ne tako dolgo nazaj je komaj kdo verjel, da bo simbol stotega elementa vključen v periodni sistem.

Umetna sinteza elementov je opravila svoje: fermij je za kratek čas zaprl seznam znanih kemijskih elementov. Misli znanstvenikov so bile zdaj usmerjene v daljavo, k elementom druge stote.

Toda na poti je bila ovira, ki je ni bilo lahko premagati.

Doslej so fiziki nove transuranove elemente sintetizirali predvsem na dva načina. Ali pa so streljali na tarče iz transuranovih elementov, že sintetiziranih, z alfa delci in devteroni. Ali pa so uran ali plutonij obstreljevali z močnimi tokovi nevtronov. Posledično so nastali zelo nevtronsko bogati izotopi teh elementov, ki so se po več zaporednih β-razpadih spremenili v izotope novih transuranov.

Vendar sta bili sredi 50-ih obe možnosti izčrpani. Pri jedrskih reakcijah je bilo mogoče dobiti breztežnostne količine einsteinija in fermija, zato iz njiju ni bilo mogoče narediti tarč. Metoda nevtronske sinteze prav tako ni omogočila napredka onkraj fermija, saj so bili izotopi tega elementa podvrženi spontani cepitvi z veliko večjo verjetnostjo kot beta razpad. Jasno je, da v takih razmerah ni imelo smisla govoriti o sintezi novega elementa.

Zato so fiziki naredili naslednji korak šele, ko so uspeli zbrati minimalno količino elementa št. 99, ki je bila potrebna za cilj. To se je zgodilo leta 1955.

Eden najbolj izjemnih dosežkov, na katere je lahko znanost upravičeno ponosna, je ustvarjanje 101. elementa.

Ta element je dobil ime po velikem ustvarjalcu periodičnega sistema kemičnih elementov Dmitriju Ivanoviču Mendelejevu.

Mendelevij je bil pridobljen na naslednji način. Na kos najtanjše zlate folije so nanesli nevidno prevleko, sestavljeno iz približno milijarde atomov einsteinija. Alfa delci z zelo visoko energijo, ki prebijejo zlato folijo z zadnje strani, bi lahko ob trku z atomi einsteinija vstopili v jedrsko reakcijo. Posledično so nastali atomi 101. elementa. Ob takem trku so atomi mendelevija odleteli s površine zlate folije in se zbrali na drugem, bližnjem tankem zlatem lističu. Na ta genialen način je bilo mogoče izolirati čiste atome elementa 101 iz kompleksne mešanice einsteinija in njegovih razpadnih produktov. Nevidno oblogo smo sprali s kislino in podvrgli radiokemični preiskavi.

Res je bil čudež. Izhodiščni material za ustvarjanje elementa 101 v vsakem posameznem poskusu je bila približno milijarda atomov einsteinija. To je zelo malo manj kot milijarda miligrama in ni bilo mogoče dobiti einsteinija v večjih količinah. Vnaprej je bilo izračunano, da lahko od milijarde einsteinijevih atomov med večurnim obstreljevanjem z alfa delci reagira le en sam einsteinijev atom in tako lahko nastane samo en atom novega elementa. Treba ga je bilo ne samo zaznati, ampak tudi tako, da bi ugotovili kemijsko naravo elementa iz samo enega atoma.

In bilo je storjeno. Uspeh poskusa je presegel izračune in pričakovanja. V enem poskusu je bilo mogoče opaziti ne enega, ampak celo dva atoma novega elementa. Skupno je bilo v prvi seriji poskusov pridobljenih sedemnajst atomov mendelevija. To se je izkazalo za dovolj za ugotovitev dejstva o nastanku novega elementa, njegovega mesta v periodnem sistemu in določitev njegovih osnovnih kemičnih in radioaktivnih lastnosti. Izkazalo se je, da je to α-aktiven element z razpolovno dobo približno pol ure.

Mendelevij, prvi element druge stote, se je izkazal za nekakšen mejnik na poti do sinteze transuranovih elementov. Do zdaj ostaja zadnji od tistih, ki so bili sintetizirani po starih metodah - obsevanje z α-delci. Zdaj so na sceno prišli močnejši projektili - pospešeni večnabiti ioni različnih elementov. Določanje kemijske narave mendelevija iz nekaj njegovih atomov je postavilo temelje za popolnoma novo znanstveno disciplino - fizikalno kemijo posameznih atomov.

Simbol elementa št. 102 št - v periodnem sistemu je v oklepajih. In znotraj teh oklepajev je dolga in zapletena zgodovina tega elementa.

O sintezi Nobelija je leta 1957 poročala mednarodna skupina fizikov, ki je delala na Nobelovem inštitutu (Stockholm). Prvič so bili za sintezo novega elementa uporabljeni težki pospešeni ioni. Bili so ioni 13 C, katerih tok je bil usmerjen na kurijevo tarčo. Raziskovalci so zaključili, da jim je uspelo sintetizirati izotop elementa 102. Ime je dobil po ustanovitelju Nobelovega inštituta in izumitelju dinamita Alfredu Nobelu.

Minilo je leto in poskusi stockholmskih fizikov so bili skoraj istočasno reproducirani v Sovjetski zvezi in ZDA. In izkazalo se je neverjetno: rezultati sovjetskih in ameriških znanstvenikov niso imeli nič skupnega niti z delom Nobelovega inštituta niti drug z drugim. Nihče drug ni uspel ponoviti poskusov, izvedenih na Švedskem. Ta situacija je povzročila precej žalostno šalo: "Nobel je vse, kar je ostalo" (Ne pomeni "ne" v angleščini). Simbol, ki so ga na hitro postavili na periodni sistem, ni odražal dejanskega odkritja elementa.

Zanesljivo sintezo elementa št. 102 je izvedla skupina fizikov iz Laboratorija za jedrske reakcije Skupnega inštituta za jedrske raziskave. V letih 1962-1967 Sovjetski znanstveniki so sintetizirali več izotopov elementa št. 102 in proučevali njegove lastnosti. Potrditev teh podatkov so prejeli v ZDA. Vendar je simbol Ne, ne da bi imel pravico do tega, še vedno v 102. celici tabele.

Lawrence, element številka 103 s simbolom Lw, poimenovan po izumitelju ciklotrona E. Lawrenceu, je bil sintetiziran leta 1961 v ZDA. Toda zasluga sovjetskih fizikov ni nič manj pomembna. Dobili so več novih izotopov lavrencija in prvič proučevali lastnosti tega elementa. Lawrencium je nastal tudi z uporabo težkih ionov. Kalifornijsko tarčo smo obsevali z borovimi ioni (ali americijevo tarčo s kisikovimi ioni).

Element št. 104 so leta 1964 prvi pridobili sovjetski fiziki. Njegovo sintezo so dosegli z obstreljevanjem plutonija z neonskimi ioni. 104. element je bil imenovan kurchatovium (simbol Ki) v čast izjemnega sovjetskega fizika Igorja Vasiljeviča Kurchatova.

105. in 106. element so prvič sintetizirali tudi sovjetski znanstveniki - leta 1970 in 1974. Prvega med njimi, produkta obstreljevanja americija z neonskimi ioni, so v čast Nielsa Bohra poimenovali nielsborij (Ns). Sinteza drugega je bila izvedena na naslednji način: svinčeno tarčo smo obstrelili s kromovimi ioni. Sinteze elementov 105 in 106 so bile izvedene tudi v ZDA.

O tem boste izvedeli v naslednjem poglavju, tega pa bomo zaključili s kratko zgodbo o

Kako preučiti lastnosti elementov druge stote.

Eksperimentatorji se soočajo s fantastično težko nalogo.

Tukaj so njeni začetni pogoji: danih je nekaj količin (desetine, v najboljšem primeru stotine) atomov novega elementa in atomi z zelo kratko življenjsko dobo (razpolovne dobe se merijo v sekundah ali celo delčkih sekunde). Treba je dokazati, da so ti atomi atomi resnično novega elementa (to je določiti vrednost Z, pa tudi vrednost masnega števila A, da bi vedeli, o katerem izotopu novega transuranija govorimo) , in preučite njegove najpomembnejše kemijske lastnosti.

Nekaj ​​atomov, nepomembna pričakovana življenjska doba ...

Hitrost in najvišja iznajdljivost prideta na pomoč znanstvenikom. Toda sodobni raziskovalec - specialist za sintezo novih elementov - ne sme biti sposoben le »podkovati bolhe«. Obvladati mora tudi teorijo.

Sledimo osnovnim korakom, s katerimi prepoznamo nov element.

Najpomembnejša vizitka so predvsem njegove radioaktivne lastnosti - to je lahko emisija delcev alfa ali spontana cepitev. Za vsako α-aktivno jedro so značilne specifične energijske vrednosti α-delcev. Ta okoliščina omogoča, da identificiramo znana jedra ali sklepamo, da so bila odkrita nova. Na primer, s preučevanjem značilnosti α-delcev je znanstvenikom uspelo pridobiti zanesljive dokaze o sintezi 102. in 103. elementa.

Energetska jedra drobcev, ki nastanejo pri cepitvi, je veliko lažje zaznati kot alfa delce zaradi veliko višje energije drobcev. Za njihovo registracijo se uporabljajo plošče iz posebne vrste stekla. Fragmenti puščajo na površini plošč rahlo opazne sledi. Nato se plošče kemično obdelajo (jedkajo) in natančno pregledajo pod mikroskopom. Steklo se topi v fluorovodikovi kislini.

Če stekleno ploščo, obloženo z drobci, damo v raztopino fluorovodikove kisline, se bo na mestih, kjer so delci udarili, steklo hitreje raztopilo in tam bodo nastale luknje. Njihove velikosti so stokrat večje od prvotne sledi, ki jo je pustil fragment. Jamice lahko opazujemo pod mikroskopom z majhno povečavo. Druga radioaktivna sevanja manj poškodujejo stekleno površino in po jedkanju niso vidna.

O tem, kako je potekal proces identifikacije novega elementa, pravijo avtorji Kurčatove: »Poskus poteka štirideset ur, neprekinjeno bombardirajo plutonijevo tarčo, trak nosi sintetična jedra Nazadnje se ciklotron prenese v laboratorij za obdelavo biti v časovnem območju od 0,1 do 0,5 s.

In tukaj je, kako isti raziskovalci govorijo o oceni kemične narave kurchatoviuma in nilsboriuma. "Shema za preučevanje kemijskih lastnosti elementa št. 104 je naslednja. Odbojni atomi izstopijo iz tarče v tok dušika, se v njem zavirajo in nato klorirajo. Spojine 104. elementa s klorom zlahka prodrejo skozi posebno filter, vendar ne prehajajo vsi aktinidi. Če bi 104. pripadal seriji aktinidov, bi ga filter zadržal, vendar so študije pokazale, da je 104. element kemijski analog hafnija korak k polnjenju periodnega sistema z novimi elementi.

Nato so v Dubni proučevali kemijske lastnosti elementa 105. Izkazalo se je, da se njegovi kloridi adsorbirajo na površini cevi, po kateri se gibljejo od tarče, pri temperaturi nižji od hafnijevih kloridov, a višji od niobijevih kloridov. Tako bi se lahko obnašali le atomi elementa, ki je po kemijskih lastnostih podoben tantalu. Poglejte periodični sistem: kemijski analog tantala - element št. 105! Zato so poskusi adsorpcije na površini atomov 105. elementa potrdili, da njegove lastnosti sovpadajo s tistimi, ki so predvidene na podlagi periodnega sistema.«

Vse do konca 19. stoletja so se vsi kemični elementi zdeli stalni in nedeljivi. Ni bilo dvoma o tem, kako je mogoče pretvoriti nespremenljive elemente. Toda odkritje radioaktivnosti je revolucioniralo svet, kot ga poznamo, in utrlo pot odkritju novih snovi.

Odkritje radioaktivnosti

Čast odkritja transformacije elementov pripada francoskemu fiziku Antoinu Becquerelu. Za en kemični poskus je potreboval kristale uranil-kalijevega sulfata. Snov je zavil v črn papir in zavitek položil blizu fotografske plošče. Po razvijanju filma je znanstvenik na sliki videl obrise kristalov urana. Kljub debelemu sloju papirja so se dobro razločili. Becquerel je ta poskus večkrat ponovil, vendar je bil rezultat enak: na fotografskih ploščah so bili jasno vidni obrisi kristalov, ki vsebujejo uran.

Becquerel je rezultate odkritja objavil na rednem srečanju Pariške akademije znanosti. Njegovo poročilo se je začelo z besedami o "nevidnem sevanju". Tako je opisal rezultate svojih poskusov. Po tem se je koncept sevanja začel uporabljati med fiziki.

Curiejevi poskusi

Rezultati Becquerelovih opazovanj so zanimali francoska znanstvenika Marie in Paula Curieja. Upravičeno so verjeli, da nima samo uran radioaktivnih lastnosti. Raziskovalci so opazili, da imajo ostanki rude, iz katere se pridobiva ta snov, še vedno visoko radioaktivnost. Iskanje elementov, ki se razlikujejo od prvotnih, je privedlo do odkritja snovi z lastnostmi, podobnimi uranu. Novi radioaktivni element so poimenovali polonij. Marie Curie je dala to ime snovi v čast svoje domovine - Poljske. Po tem je bil odkrit radij. Izkazalo se je, da je radioaktivni element razpadni produkt čistega urana. Po tem se je v kemiji začela doba novih kemičnih snovi, ki jih prej v naravi ni bilo.

Elementi

Večina danes znanih jeder kemičnih elementov je nestabilnih. Sčasoma takšne spojine spontano razpadejo na druge elemente in različne majhne delce. Težji nadrejeni element se v skupnosti fizikov imenuje nadrejeni material. Produkte, ki nastanejo pri razgradnji snovi, imenujemo hčerinski elementi ali razpadni produkti. Sam proces spremlja sproščanje različnih radioaktivnih delcev.

Izotopi

Nestabilnost kemičnih elementov je mogoče pojasniti z obstojem različnih izotopov iste snovi. Izotopi so različice nekaterih elementov v periodnem sistemu z enakimi lastnostmi, vendar z različnim številom nevtronov v jedru. Veliko običajnih kemičnih snovi ima vsaj en izotop. Dejstvo, da so ti elementi široko razširjeni in dobro raziskani, potrjuje, da ostanejo v stabilnem stanju za nedoločen čas. Toda vsak od teh "dolgoživih" elementov vsebuje izotope. Znanstveniki pridobivajo njihova jedra z reakcijami, izvedenimi v laboratorijskih pogojih. Umetni radioaktivni element, proizveden sintetično, ne more dolgo obstajati v stabilnem stanju in sčasoma razpade. Ta proces lahko poteka na tri načine. Vse tri vrste razpada so dobile imena po elementarnih delcih, ki so stranski produkti termonuklearnih reakcij.

Alfa razpad

Radioaktivni kemični element se lahko transformira po prvi shemi razpada. V tem primeru se iz jedra oddaja alfa delec, katerega energija doseže 6 milijonov eV. Podrobna študija rezultatov reakcije je pokazala, da je bil ta delec atom helija. Iz jedra odnese dva protona, tako da bo imel nastali radioaktivni element atomsko številko v periodnem sistemu za dve poziciji nižjo od matične snovi.

Beta razpad

Reakcijo beta razpada spremlja emisija enega elektrona iz jedra. Pojav tega delca v atomu je povezan z razpadom nevrona na elektron, proton in nevtrino. Ko elektron zapusti jedro, radioaktivni kemični element poveča svoje atomsko število za eno in postane težji od svojega starša.

Gama razpad

Med razpadom gama jedro sprosti žarek fotonov z različnimi energijami. Te žarke običajno imenujemo sevanje gama. Med tem procesom se radioaktivni element ne spremeni. Preprosto izgubi energijo.

Sama nestabilnost, ki jo ima posamezen radioaktivni element, sploh ne pomeni, da bo ob prisotnosti določene količine izotopov naša snov nenadoma izginila in pri tem sprostila gromozansko energijo. V resnici razpad zrna spominja na pripravo pokovke - kaotično premikanje koruznih zrn v ponvi, pri čemer ni povsem znano, katero od njih se bo prej odprlo. Zakon reakcije radioaktivnega razpada lahko zagotovi le, da bo v določenem času iz jedra odletelo toliko delcev, ki je sorazmerno številu preostalih nukleonov v jedru. V matematičnem jeziku lahko ta proces opišemo z naslednjo formulo:

Pri tem obstaja sorazmerna odvisnost števila nukleonov dN, ki zapustijo jedro v obdobju dt, od števila vseh nukleonov N, ki so prisotni v jedru. Koeficient λ je radioaktivna konstanta razpadajoče snovi.

Število nukleonov, ki ostanejo v jedru v času t, opisuje formula:

N = N 0 e -λt ,

kjer je N 0 število nukleonov v jedru na začetku opazovanja.

Na primer, radioaktivni element halogen z atomsko številko 85 je bil odkrit šele leta 1940. Njegova razpolovna doba je precej dolga - 7,2 ure. Vsebnost radioaktivnega halogena (astatina) na celotnem planetu ne presega enega grama čiste snovi. Tako naj bi se v 3,1 ure njegova količina v naravi teoretično prepolovila. Toda nenehni razpadni procesi urana in torija povzročajo nove in nove atome astatina, čeprav v zelo majhnih odmerkih. Zato njegova količina v naravi ostaja stabilna.

Polovica življenja

Konstanta radioaktivnosti se uporablja za določanje, kako hitro bo proučevani element razpadel. Toda za praktične probleme fiziki pogosteje uporabljajo vrednost, imenovano razpolovna doba. Ta indikator vam pove, koliko časa bo trajalo, da snov izgubi točno polovico svojih nukleonov. Za različne izotope se to obdobje spreminja od drobnih delcev sekunde do milijard let.

Pomembno je razumeti, da čas v tej enačbi ni seštevan, ampak pomnožen. Na primer, če je snov v času t izgubila polovico svojih nukleonov, potem bo v obdobju 2t izgubila še polovico preostalih - to je eno četrtino prvotnega števila nukleonov.

Pojav radioaktivnih elementov

Radioaktivne snovi naravno nastajajo v zgornjih plasteh Zemljine atmosfere, v ionosferi. Pod vplivom kozmičnega sevanja se plin na visoki nadmorski višini podvrže različnim spremembam, ki pretvorijo stabilno snov v radioaktivni element. Najpogostejši plin v našem ozračju je N2, na primer iz stabilnega izotopa dušik-14 se spremeni v radioaktivni izotop ogljik-14.

Dandanes se radioaktivni element veliko pogosteje pojavi v verigi reakcij cepitve atomov, ki jih povzroči človek. To je ime za procese, pri katerih jedro matične snovi razpade na dve hčerinski jedri in nato na štiri radioaktivna jedra »vnukov«. Klasičen primer je izotop urana 238. Njegova razpolovna doba je 4,5 milijarde let. Skoraj toliko časa obstaja naš planet. Po desetih stopnjah razpada se radioaktivni uran spremeni v stabilen svinec 206. Umetno proizveden radioaktivni element se po svojih lastnostih ne razlikuje od naravnega dvojnika.

Praktični pomen radioaktivnosti

Po katastrofi v Černobilu so mnogi začeli resno govoriti o krčenju programov razvoja jedrskih elektrarn. Toda v vsakdanjem življenju prinaša radioaktivnost človeštvu ogromne koristi. Veda o radiografiji preučuje možnosti njene praktične uporabe. Na primer, bolniku vbrizgajo radioaktivni fosfor, da dobijo popolno sliko zlomov kosti. Jedrska energija služi tudi za pridobivanje toplote in električne energije. Morda bomo v prihodnosti našli nova odkritja na tem neverjetnem področju znanosti.

Možnost št. 17288

Pri reševanju nalog s kratkim odgovorom v polje za odgovor vpišite številko, ki ustreza številki pravilnega odgovora, ali številko, besedo, zaporedje črk (besed) ali številk. Odgovor naj bo zapisan brez presledkov ali kakršnih koli dodatnih znakov. Ločite ulomek od celotne decimalne vejice. Merskih enot ni treba pisati.

Če možnost določi učitelj, lahko odgovore na naloge s podrobnim odgovorom vnesete ali naložite v sistem. Učitelj bo videl rezultate reševanja nalog s kratkim odgovorom in bo lahko ocenil prenesene odgovore nalog z dolgim ​​odgovorom. Rezultati, ki jih dodeli učitelj, bodo prikazani v vaši statistiki.

Različica za tiskanje in kopiranje v MS Word

Iz tečaja kemije poznate naslednje metode ločevanja zmesi: sedimentacija, filtracija, destilacija (destilacija), magnetno delovanje, izparevanje, kristalizacija. Na slikah 1–3 so prikazani primeri uporabe nekaterih od naštetih metod.

riž. 1	riž. 2	riž. 3

Katero od naslednjih metod za ločevanje zmesi je mogoče uporabiti za čiščenje:

1) etanol in voda;

2) voda in pesek?

V tabelo zapiši številko slike in naziv ustreznega načina ločevanja zmesi.

Slika prikazuje diagram porazdelitve elektronov po energijskih nivojih atoma določenega kemičnega elementa.

Na podlagi predlagane sheme izpolnite naslednje naloge:

1) identificirati kemični element, katerega atom ima takšno elektronsko strukturo;

2) navedite številko obdobja in številko skupine v periodnem sistemu kemijskih elementov D.I. Mendelejev, v katerem se nahaja ta element;

3) ugotovite, ali je preprosta snov, ki tvori ta kemični element, kovina ali nekovina.

Odgovore zapiši v tabelo.

Periodični sistem kemičnih elementov D. I. Mendelejeva je bogato skladišče informacij o kemičnih elementih, njihovih lastnostih in lastnostih njihovih spojin, vzorcih sprememb teh lastnosti, načinih pridobivanja snovi, pa tudi o njihovi lokaciji v naravi. Na primer, znano je, da se s povečanjem atomskega števila kemičnega elementa v obdobjih polmeri atomov zmanjšajo, v skupinah pa se povečajo.

Upoštevajoč te vzorce razporedi naslednje elemente po naraščajočih atomskih polmerih: Zapiši oznake elementov v želenem zaporedju.

V odgovoru navedite oznake elementov in jih ločite z &. Na primer 11 in 22.

odgovor:

V spodnji tabeli so navedene značilne lastnosti snovi, ki imajo molekularno in ionsko zgradbo. Značilne lastnosti snovi

S pomočjo teh podatkov ugotovi, kakšno zgradbo imata snovi hidrogen jodid in karbonat
kalcij

Odgovor zapiši v predviden prostor:

1) vodikov jodid

2) kalcijev karbonat

Ugotovite, v kateri razred/skupino spadajo anorganske snovi, katerih formule so navedene v tabeli. V prazne celice tabele vnesite imena skupin/razredov, v katere ta snov spada.

Razred/ skupina
Formula snovi

1) Sestavite molekulsko enačbo za reakcijo pridobivanja železa iz hematita, kot je navedeno v besedilu.

2) Ali so lastnosti nastalega železa odvisne od količine dodanega koksa?

1) Napišite molekularno enačbo za reakcijo železa in dušikove kisline.

2) Kako legiranje z drugimi kovinami izboljša kemično odpornost železa?

Preberite naslednje besedilo in dokončajte naloge 6–8.

Železo je ena izmed kovin, ki jih ljudje najpogosteje uporabljajo. Uporablja se tako v težki kot lahki industriji, kot so gradbeništvo, obramba, kmetijstvo itd.

Železo se industrijsko pridobiva iz železove rude, ki je pretežno sestavljena iz hematita (Fe 2 O 3). Za to se v plavž postavi ruda, koks (C), ki se pri segrevanju spremeni v ogljikov monoksid, in dodatni dodatki, ki vam omogočajo, da se znebite neželenih nečistoč.

Tako pridobljeno železo se redko uporablja v čisti obliki, saj je kemično nestabilno in se med proizvodnim procesom običajno legira z različnimi dodatki, kot je nikelj. Če tega ne naredimo, lahko jeklo oksidira na zraku pri visoki vlažnosti ali temperaturi, dobro pa reagira tudi s kislinami.

Tudi za zaščito kovinske površine se pogosto uporabljajo tehnike elektrokemične ali kemične pasivacije. Železo, na primer, lahko pasiviramo s koncentrirano dušikovo ali žveplovo kislino, vendar razredčene kisline dobro reagirajo s kovino.

Rešitve nalog z dolgim ​​odgovorom se ne preverjajo samodejno.
Naslednja stran vas bo pozvala, da jih preverite sami.

1) Napišite skrajšano ionsko enačbo za reakcijo med železom in dušikovo kislino.

2) Kako pasivacija pomaga izboljšati kemično odpornost kovine?

Preberite naslednje besedilo in dokončajte naloge 6–8.

Železo je ena izmed kovin, ki jih ljudje najpogosteje uporabljajo. Uporablja se tako v težki kot lahki industriji, kot so gradbeništvo, obramba, kmetijstvo itd.

Železo se industrijsko pridobiva iz železove rude, ki je pretežno sestavljena iz hematita (Fe 2 O 3). Za to se v plavž postavi ruda, koks (C), ki se pri segrevanju spremeni v ogljikov monoksid, in dodatni dodatki, ki vam omogočajo, da se znebite neželenih nečistoč.

Tako pridobljeno železo se redko uporablja v čisti obliki, saj je kemično nestabilno in se med proizvodnim procesom običajno legira z različnimi dodatki, kot je nikelj. Če tega ne naredimo, lahko jeklo oksidira na zraku pri visoki vlažnosti ali temperaturi, dobro pa reagira tudi s kislinami.

Tudi za zaščito kovinske površine se pogosto uporabljajo tehnike elektrokemične ali kemične pasivacije. Železo, na primer, lahko pasiviramo s koncentrirano dušikovo ali žveplovo kislino, vendar razredčene kisline dobro reagirajo s kovino.

Rešitve nalog z dolgim ​​odgovorom se ne preverjajo samodejno.
Naslednja stran vas bo pozvala, da jih preverite sami.

Podana je shema redoks reakcije:

1. Naredite elektronsko tehtnico za to reakcijo.

2. Določite oksidant in reducent.

3. Razporedi koeficiente v enačbi reakcije.

Rešitve nalog z dolgim ​​odgovorom se ne preverjajo samodejno.
Naslednja stran vas bo pozvala, da jih preverite sami.

Transformacijska shema je podana: → → →

Napišite enačbe molekularnih reakcij, ki jih je mogoče uporabiti za izvedbo teh transformacij.

Rešitve nalog z dolgim ​​odgovorom se ne preverjajo samodejno.
Naslednja stran vas bo pozvala, da jih preverite sami.

Vzpostavite ujemanje med razredom organskih snovi in ​​formulo njegovega predstavnika: za vsako mesto, označeno s črko, izberite ustrezno mesto, označeno s številko.

Položaj vodika v periodnem sistemu

vodik – najpogostejši kemični element in je tudi najlažji. Njegova zaporedna številka je 1. V periodnem sistemu je v prvi periodi. Glede na njegove lastnosti ga uvrščamo v skupino 1A in 7A. Postavlja se vprašanje – zakaj?

Vodikovo jedro je sestavljeno iz enega protona, okoli katerega se vrti en elektron. Elektronska formula 1 s 1 . Molekula vodika je sestavljena iz dveh atomov, povezanih s kovalentno nepolarno vezjo. H 2 je najlažji plin. Je brez barve in vonja.

Vodik je kemično aktivna snov. Lahko deluje kot redukcijsko sredstvo in oksidacijsko sredstvo.

1) z nekaterimi kovinami tvori hidride

2Na+H 2 = 2NaH, tukaj vodik je oksidant H 0 + 1 e - → H -1

Podoben proces se pojavi med interakcijo halogenov - nekovin skupine 7A

2Na+Cl2 =2NaCl

Zato je vodik uvrščen v skupino 7A

2) z nekovinami, ki kažejo močnejše oksidativne lastnosti kot vodik

H 2 +Cl 2 =2HCl tukaj vodik je redukcijsko sredstvo H 0 - 1 e - → H +1

Podoben proces poteka med interakcijo alkalnih kovin – kovine skupine 1A

2K+ Cl 2 =2K Cl

Zato vodik uvrščamo v skupino 1A

Položaj lantanidov in aktinidov v periodnem sistemu kemičnih elementov D.I. Mendelejeva

IN šesto obdobje po lantanu je 14 elementov z zaporednimi številkami 58-71, imenovanih lantanidi (beseda "lantanidi" pomeni "kot lantan", "aktinidi" pa "kot aktinij"). Včasih jih imenujemo lantanidi in aktinidi, kar pomeni tiste, ki sledijo lantanu; po morski vetrnici) . Lantanidi so postavljeni ločeno na dnu tabele, zvezdica v celici pa označuje zaporedje njihove lokacije v sistemu: La-Lu. Kemijske lastnosti lantanidov so zelo podobne. Na primer, vse so reaktivne kovine, ki reagirajo z vodo, da tvorijo hidroksid in vodik. Pri lantanu (Z = 57) en elektron vstopi v podnivoj 5d, nakar se polnjenje tega podnivoja ustavi in ​​začne se polniti nivo 4f, katerega sedem orbital lahko zasede 14 elektronov. To se zgodi v atomih vseh lantanidov z Z = 58 - 71. Ker je globoka podnivo 4f zapolnjena v teh elementih tretji nivo zunaj, imata zelo podobne kemične lastnosti.

Iz tega sledi, da imajo lantanidi močno izraženo horizontalna analogija.

IN sedmo obdobje 14 elementov z zaporednimi številkami 90-103 sestavljajo družino aktinoidi. Postavljeni so tudi ločeno - pod lantanide, v ustrezni celici pa dve zvezdici označujeta zaporedje njihove lokacije v sistemu: Ac-Lr. Pri aktiniju in aktinoidih je zapolnjevanje nivojev z elektroni podobno kot pri lantanu in lantanoidih. Vendar pa je za razliko od lantanidov horizontalna analogija pri aktinoidih šibko izražena. V svojih spojinah kažejo več različnih oksidacijskih stanj. Na primer, oksidacijsko stanje aktinija je +3, urana pa +3, +4, +5 in +6. Preučevanje kemijskih lastnosti aktinoidov je izjemno težko zaradi nestabilnosti njihovih jeder.

Vsi aktinoidi so radioaktivni. Aktinidi so razdeljeni v dve prekrivajoči se skupini: "transuranski elementi"- vsi elementi, ki sledijo uranu v periodnem sistemu in "transplutonijevi elementi"- vse naslednje plutonij. Obe skupini nista omejeni na določen okvir in lahko pri označevanju predpone "trans-" vključujeta elemente, ki sledijo Lawrenciju - Rutherfordiju itd. To je posledica dejstva, da se takšni elementi sintetizirajo v izjemno majhnih količinah. V primerjavi z lantanidi, ki jih (razen prometija) v naravi najdemo v opaznih količinah, je aktinoide težje sintetizirati. A obstajajo izjeme, v naravi je na primer najlažje sintetizirati oziroma najti uran in torij, sledijo pa plutonij, americij, aktinij, protaktinij in neptunij.

Položaj umetno pridobljenih elementov v periodnem sistemu kemijskih elementov D. I. Mendelejeva

Do leta 2008 je bilo znanih 117 kemičnih elementov (z zaporednimi številkami od 1 do 116 in 118), od tega 94 najdenih v naravi (nekateri le v sledovih), preostalih 23 pa umetno pridobljenih z jedrskimi reakcijami (glej priloge ). Prvih 112 elementov ima stalna imena, ostali pa začasna.