Реферат на тему синтетические элементы

Обновлено: 30.06.2024

В химии , А синтетический элемент представляет собой химический элемент отсутствует из природной среды , и которые, должны соблюдаться, должны быть получены искусственно путем ядерной реакции . Это могут быть элементы, которые присутствовали во время формирования Земли, но с тех пор распались, или элементы, слишком тяжелые, чтобы образоваться в результате звездного нуклеосинтеза - за исключением, в некоторых случаях, во время взрывов сверхновых . К первой категории относятся все синтетические элементов с атомным номером от до 94 (что соответствует плутоний ) и из которых не изотоп не имеет срок службы больше , чем 400 миллионов лет ( 1 / ₁₀ от возраста Земли): эти элементы больше не присутствует на Земле , за исключением незначительных количествах , за исключением тех , которые являются результатом распада из тория или урана , и которые непрерывно реформирована (например, радий , радон и полоний ). Ко второй категории относятся все элементы, атомный номер которых строго больше 94.

Резюме

Природные элементы присутствуют в следах

Всего девять элементов [ исх. желаемый], присутствующий на Земле в следовых количествах, и который необходимо синтезировать, чтобы избавиться от него в значительных количествах. Типичным примером является плутоний , следы которого обнаружены в урановой руде, но который синтезируется в ядерных реакторах для получения достаточного количества делящегося материала . То же самое относится и к технеция , то технеций-99m - изомер , который широко используется в ядерной медицины , и которые должны быть синтезированы из молибдена-99 сам по себе , синтезированного облучением от ядерного топлива в выделенных электростанций . Помимо полония , франция , актиния и протактиния , эти элементы обычно считаются синтетическими, как и другие, поскольку они были впервые обнаружены как продукты ядерных реакций в лаборатории до того, как они были разработаны. :

Элемент	Символ	Z	Открытие
Технеций	Tc	43 год	Характеристика в молибдена подвергают нейтронной активации	УНИПА , 1936 г.
Прометий	Вечера	61 год	Характеристика в продукте деления из урана	ОРНЛ , 1945 г.
Полоний	По	84	Характеристика из урана	П и М. Кюри , 1898 г.
Штат	В	85	Синтез ядерным синтезом : 4 2 Он + 209 83 Би → 213 85 При * → 211 85 При + 2 1 0 нет	ЛБНЛ , 1940 г.
Франций	Пт	87	Характеристика образца актиния 227 89 Ac	Институт Кюри , 1939 г.
Актиний	Ac	89	Характеристика из урана. Характеристика как лантаноподобного вещества.	А.-Л. Дебьерн , 1899 Ф. Гизель , 1902
Протактиний	Па	91	Характеристика из урана	К. Фаянс , 1913 г.
Нептуний	Np	93	Синтез нейтронным захватом : 1 0 п + 238 92 U → 239 92 U → 239 93 Np + β -	ЛБНЛ , 1940 г.
Плутоний	Мог	94	Синтез ядерным синтезом : 238 92 U ( 2 1 Д , 2 1 0 п ) 238 93 Np → 238 94 Pu + β -	ЛБНЛ , 1940 г.

Синтетические элементы

По определению, синтетические элементы отсутствуют в естественной земной среде. С момента открытия ядерного деления в 1938 году 26 элементов и сотни изотопов были произведены искусственно. В первую очередь это трансурановые актиниды вплоть до лоуренсия , затем трансактиниды :

Слово полимер дословно означает — много сегментов (от греческого polus - много и teros - части, сегменты). Этот термин охватывает все вещества, молекулы которых построены из множества элементов, или звеньев. Эти элементы включают в себя как отдельные атомы, так и небольшие группы атомов, соединенных химическими связями.
В данной работе рассматривается строение и способы получения синтетических полимеров, а также их классификация и применение в условиях современной жизни.
Известно, что среди полимеров большую группу представляют, полученные путем синтеза из низкомолекулярных соединений – синтетические полимеры. Получают синтетические полимеры по реакциям цепных или ступенчатых процессов, а именно цепной полимеризации, ступенчатой поликонденсации или полиприсоединения. В последнее время широко используется метод изменения свойств природных и синтетических полимеров путем введения в полимерную макроструктуру фрагментов иной структуры – химическая модификация полимеров.

Содержание

Введение……………………………………………………………….
1. Строение синтетических полимеров…………………………………..
2. Способы получения синтетических полимеров…………………….
2.1 Полимеризация……………………………………………………..
2.2 Поликонденсация………………………………………………….
2.3 Полиприсоединение……………………………………………….
3. Классификация синтетических полимеров ………………………..
4. Использование полимеров в современной жизни………………….
Заключение………………………………………………………………
Список литературы………………………………………………….

Работа содержит 1 файл

Реферат.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный аэрокосмический университет

имени академика М. Ф. Решетнёва.

Кафедра организации и управления наукоемкими производствами.

Дисциплина: промышленные технологии и инновации.

Тема реферата: Синтетические полимерные материалы.

Проверил: Алексеев А.В.

Выполнила: студентка группы УИ-01

1. Строение синтетических полимеров…………………………………..

2. Способы получения синтетических полимеров…………………….

3. Классификация синтетических полимеров ……………………….

4. Использование полимеров в современной жизни………………….

В данной работе рассматривается строение и способы получения синтетических полимеров, а также их классификация и применение в условиях современной жизни.

Известно, что среди полимеров большую группу представляют, полученные путем синтеза из низкомолекулярных соединений – синтетические полимеры. Получают синтетические полимеры по реакциям цепных или ступенчатых процессов, а именно цепной полимеризации, ступенчатой поликонденсации или полиприсоединения. В последнее время широко используется метод изменения свойств природных и синтетических полимеров путем введения в полимерную макроструктуру фрагментов иной структуры – химическая модификация полимеров.

Синтетические полимеры внедрились во все сферы человеческой деятельности – технику, здравоохранение, быт. Ежедневно мы сталкиваемся с различными пластмассами, резинами, синтетическими волокнами. Полимерные материалы обладают многими полезными свойствами: они высокоустойчивы в агрессивных средах, хорошие диэлектрики и теплоизоляторы. Некоторые полимеры обладают высокой стойкостью к низким температурам, другие - водоотталкивающими свойствами и так далее.

Недостатками многих синтетических полимеров является склонность к старению и, в частности, к деструкции – процессу уменьшению длины цепи и размеров молекул. Деструкция может быть вызвана механическими нагрузками, действий света, теплоты, воды и особенно кислорода и озона. Процесс уменьшения цепи идёт за счёт разрушения связей С-С и образования радикалов, которые в свою очередь, способствуют дальнейшему разрушению полимерных молекул.

Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями.

1. Строение синтетических полимеров

Полимеры - это высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из повторяющихся структурных элементов - звеньев, соединенных в цепочки химическими связями, в количестве, достаточном для возникновения специфических свойств. К специфическим свойствам следует отнести следующие способности: способность к значительным механическим обратимым высокоэластическим деформациям; к образованию анизотропных структур; к образованию высоковязких растворов при взаимодействии с растворителем; к резкому изменению свойств при добавлении ничтожных добавок низкомолекулярных веществ [3] .

По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы. Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи или вытянутой в линию последовательности циклов (линейные полимеры, например каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные полимеры, например амилопектин), трехмерной сетки (сшитые полимеры, например отверждённые эпоксидные смолы). Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза) [5] .

Приведенные физико-химические особенности можно объяснить исходя из представления о строении полимеров. Говоря о строении, следует подразумевать элементный состав вещества, порядок связи атомов, природу связей, наличие межмолекулярных взаимодействий. Характерным для полимеров является наличие длинных цепных молекул с резким различием характера связей вдоль цепи и между цепями. Особенно следует отметить, что нет изолированных цепных молекул. Молекула полимера всегда находится во взаимодействии с окружающей средой, могущей иметь как полимерный характер (случай чистого полимера), так и характер обычной жидкости (разбавленные растворы полимеров). Поэтому для характеристики полимера не достаточно указания типа связей вдоль цепи - необходимо еще иметь сведения о природе межмолекулярного взаимодействия. Следует иметь в виду, что характерные свойства полимеров могут быть реализованы только тогда, когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, образующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия любого происхождения. Именно в этом и состоит основная особенность строения полимерных тел. Поэтому можно утверждать, что весь комплекс аномальных свойств полимеров определяется наличием линейных цепных молекул с относительно слабым межмолекулярным взаимодействием. Разветвление этих молекул или соединение их в сетку вносит некоторые изменения в комплекс свойств, но не меняет положения дел по существу до тех пор, пока остаются достаточно длинные цепные линейные отрезки. Напротив, утрата цепного строения молекул при образовании из них глобул или густых сеток приводит к полной утрате всего комплекса характерных для полимеров свойств [7] .

Следствием вышеуказанного является возникновение гибкости цепной молекулы. Она заключается в её способность изменять форму под влиянием теплового движения звеньев или внешнего поля, в которое помещен полимер. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. В реальных молекулах полимеров валентные углы имеют вполне определённую величину, а звенья расположены не произвольно, и положение каждого последующего звена оказывается зависимым от положения предыдущего [3] .

Для большинства синтетических полимеров повторяющимся элементом структуры являются небольшие группы атомов, соединенных определенным образом. Один из наиболее простых с точки зрения химического строения полимеров — полиэтилен имеет в качестве повторяющегося элемента группу CH₂.

Исходная молекула, из которой образуется полимер, носит название мономерного звена (от греческого monos — единичный). Как показывает этот пример, мономерное звено не всегда является повторяющимся элементом цепи.

Однако не всегда звенья цепи идентичны. Многие синтетические полимеры образуются при взаимодействии двух различных видов мономерных звеньев или химических соединений. Это приводит к структуре типа

в которой звенья [A] и [B] регулярно чередуются по всей длине цепи.

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами. Сополимеры, в которых звенья каждого типа образуют достаточно длинные непрерывные последовательности, сменяющие друг друга в пределах макромолекулы, называются блоксополимерами. К внутренним (неконцевым) звеньям макромолекулы одного химического строения могут быть присоединены одна или несколько цепей другого строения. Такие сополимеры называются привитыми [7] .

У сополимеров соотношение двух различных звеньев [A] и [B] не постоянно, а расположение их в цепи обычно имеет случайный характер, например

Такое построение характерно для многих синтетических каучуков.

Одно из звеньев, скажем В, может соединится с А не только по концам, но и в третьей точке. Это дает возможность цепям разветвляться:

Такой полимер может "расти" из каждой точки разветвления, образуя сложную высоко разветвленную трехмерную структуру.

Полимеры, содержащие несколько звеньев, обычно называются димерами, тримерами, тетрамерами и т.д., по числу входящих в них исходных молекул, или мономерных звеньев, а термин полимер (точнее, высокополимер) относится к случаю, когда число входящих в цепь звеньев достаточно велико. Минимальное число мономерных звеньев высокополимера около 100. Максимальное число звеньев теоретически не ограничено [3] .

Полимеры, у которых наблюдаются достаточно интенсивные крутильные колебания, называются гибкоцепными, а полимеры, у которых повороты одной части цепи относительно другой затруднены - жесткоцепными.

Молекулы могут вращаться и изменять своё строение без разрыва химических связей, образуя различные конформации, под которыми понимают различные пространственные формы молекулы, возникающие при изменении относительной ориентации отдельных её частей в результате внутреннего вращения атомов или групп атомов вокруг простых связей, изгиба связей и др.

В зависимости от состава основной (главной) цепи синтетические полимеры, делят на: гетероцепные, в основной цепи которых содержатся атомы различных элементов, чаще всего углерода, азота, кремния, фосфора, и гомоцепные, основные цепи которых построены из одинаковых атомов. Из гомоцепных полимеров наиболее распространены карбоцепные полимеры, главные цепи которых состоят только из атомов углерода, например полиэтилен, полиметилметакрилат, политетрафторзтилен. Примеры гетероцепных полимеров - полиэфиры (полиэтилентерефталат, поликарбонаты), полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы, белки, некоторые кремнийорганические полимеры [5] .

2. Способы получения синтетических полимеров

Процесс полимеризации был объяснён в 1920 году немецким химиком Германом Штаудипгером, описавшим, как молекулы соединяются в цепочки — из сотен тысяч атомов. Работа Штаудингера дала толчок развитию промышленности пластмасс, и в начале 1930-х развернулось производство многих важных полимеров.

Полимеризация - цепная реакция, при которой мономеры, содержащие кратные связи или неустойчивые циклы, путем последовательного присоединения к активному центру образуют макромолекулы. Молекулярная масса полученного полимера равна сумме молекулярных масс мономеров, вступивших в реакцию. Процесс полимеризации, имея цепной механизм, включает три основные стадии (реакции) и: образование активного центра – инициирование или возбуждение молекул мономера; рост цепи; обрыв или передача цепи. Эти стадии цепной полимеризации можно представить следующей схемой:

М М * - образование активного центра

М * + М₁ М – М₁ * - рост цепи

М * _n М_n - обрыв или передача цепи

Цепными реакциями называются такие, в которых активные частицы вызывают цепь последовательных реакций. Если в полимеризации участвуют молекулы одного мономера, то её называют гомополимеризацией. Если же в полимеризации участвуют молекулы двух и более мономеров, то процесс называют сополимеризацией [4] .

Образование полимера из мономеров возможно под действием физических факторов, таких как температура, давление или механическое перемешивание. В других случаях полимеризация протекает с участием катализатора — вещества, которое инициирует реакцию, но само при этом остаётся без изменений. Некоторые полимеры включают разные мономеры.

Синтетический элемент - один из 24 химических элементов, не встречающихся на Земле естественным образом: они созданы путем манипулирования человеком фундаментальными частицами в ядерном реакторе, ускорителе частиц или взрыве атомного бомба; таким образом, их называют "синтетическими", "искусственными", или "техногенными". Синтетическими элементами являются элементы с атомными номерами 95 - 118, как показано в le на сопровождающей периодической таблице: эти 24 элемента были впервые созданы в период с 1944 по 2010 год. Механизм создания синтетического элемента состоит в том, чтобы нагнетать дополнительные протоны на l элемента с атомным числом ниже 95. Все синтетические элементы являются нестойкими, но распадаются с широко различающейся скоростью: их период полураспада колеблется от 15,6 млн лет до нескольких сотен микросекунд.

Пять других элементов, которые были созданы искусственно и, таким образом, первоначально считались синтетическими, позже были обнаружены как существующие в природе в трацовых количествах. Первый, технеций, был создан в 1937 году. Еще одним таким элементом является плутоний, атомное число 94, впервые синтезированный в 1940 году. Именно элемент с наибольшим числом протонов (и эквивалентным атомным числом) встречается в природе, но он делает это в таких крошечных количествах, что гораздо практичнее его синтезировать. Плутоний чрезвычайно хорошо известен благодаря его применению в атомарных бомбах и ядерных реакторах. Никакие элементы с атомным числом больше 99 не имеют никакого применения вне научных исследований, так как они имеют чрезвычайно короткий период полураспада, и, таким образом, никогда не производились в больших количествах.

Свойства

Любые элементы с атомным числом более 94, присутствовавшие при формировании Земли около 4,6 миллиарда лет назад, достаточно быстро распались на львиные элементы относительно возраста Земли, что любые атомы этих элементов, которые могли, когда образовалась Земля, давно распались. Атомы синтетических элементов, присутствующих сейчас на Земле, являются продуктом атомарных бомб или экспериментов, которые включают ядерные реакторы или ускорители частиц, посредством ядерного слияния или поглощения нейтронов.

Атомная масса для природных элементов основана на среднем изобилии природных изотопов, встречающихся в земной коре и атмосфере. Для синтетических элементов изотоп зависит от средств синтеза, поэтому понятие естественного изобилия изотопов не имеет значения. Поэтому для синтетических элементов общее количество леонов (протонов плюс нейтронов) наиболее стабильного изотопа, т.е. изотопа с наибольшим периодом полувыведения указано в bra ets как атомная масса.

История

Технеций

Первым элементом, который был синтезирован, а не обнаружен в природе, был технеций в 1937 году. Это открытие заполнило пробел в периодической таблице, и тот факт, что стабильных изотопов технеция не существует, в её естественном отсутствии на Земле (и щели). При самом долгоживущем изотопе технеция 97Tc, имеющем 4,21-миллионный период полураспада, от образования Земли не осталось технеция. Только минутные следы технеция встречаются естественным образом в земной коре как спонтанный продукт деления 238U или захватом нейтронов в молибденовых рудах но технеций присутствует естественным образом в красных гигантских звездах.

Кюрий

Первым чистейшим синтетическим элементом, который был изготовлен, был кюрий, синтезированный в 1944 году Гленном Т. Сиборгом, Ральфом А. Джеймсом и Гиорсо путем бомбардировки плутония альфа-частицами.

Восемь других

Вскоре последовал синтез америция, беркелия и |. Ххиий и фермий были созданы командой учёных под руководством ХиГиорсо в 1952 году во время изучения радиоактивного дебриса от детонации первого водородного бомба. Синтезированные изотопы были 253 с периодом полураспада 20,5 суток и фермием-255 с периодом полураспада около 20 часов. Затем были созданы менделеум, нобелий и lawrencium.

Херфордиум и дубний

В разгар холодной войны команды из Советского Союза и США самостоятельно создавали герфордиум и дубний. Именование и кредитование для синтеза этих элементов оставались нерешенными в течение многих лет, но в конечном итоге общий кредит был признан ИЮПАК/ИЮПАП в 1992 году. В 1997 году ИЮПАК принял решение дать дубнию своё нынешнее название в честь города Дубна, где работала сборная России, так как для многих существующих синтетических элементов уже использовались имена, выбранные американцами, тогда как для элемента 104 было принято название herfordium (выбранный американской командой).

Последние тринадцать

Между тем, американская команда создала морской бассейн, а следующие шесть элементов были созданы немецкой командой: bohrium, hassium, m n, stadtium, roentgenium и copernicium. Элемент 113, нихониум, был создан японской командой, последние пять известных элементов, флеровий, moscovium, m, essine, и оганессон, были созданы русско - американскими коллаборациями и завершают седьмой ряд периодической таблицы.

Перечень синтетических элементов

Следующие элементы не встречаются на Земле естественным образом. Все они являются трансураниевыми элементами и имеют атомное число 95 и выше.

Другие элементы обычно получаются посредством синтеза

Все элементы с атомными числами от 1 до 94 встречаются естественным образом, по меньшей мере, в краке, но следующие элементы часто получают посредством синтеза. Технеций, прометий, астатин, нептуний и плутоний были обнаружены путем синтеза до их обнаружения в природе.

Позже было обнаружено, что пять других элементов, которые были созданы искусственно и поэтому первоначально считались синтетическими, существуют в природе в следовых количествах. Первый, технеций , был создан в 1937 году. [2] Плутоний с атомным номером 94, впервые синтезированный в 1940 году, является еще одним таким элементом. Это элемент с наибольшим числом протонов (и эквивалентным атомным номером), встречающимся в природе, но он происходит в таких крошечных количествах, что гораздо практичнее его синтезировать. Плутоний чрезвычайно хорошо известен благодаря его использованию в атомных бомбах и ядерных реакторах. [3] Никакие элементы с атомным номером больше 99 не используются вне научных исследований, так как они имеют чрезвычайно короткий период полураспада и, следовательно, никогда не производились в больших количествах.

Содержание

Любые элементы с атомным номером больше 94, присутствовавшие при образовании Земли около 4,6 миллиарда лет назад, распались достаточно быстро на более легкие элементы относительно возраста Земли, так что любые атомы этих элементов, которые могли существовать, когда Земля образовалась, давно уже разложился. [4] [5] Атомы синтетических элементов, присутствующие в настоящее время на Земле, являются продуктом атомных бомб или экспериментов, в которых используются ядерные реакторы или ускорители частиц , посредством ядерного синтеза или поглощения нейтронов . [6]

Атомная масса для физических элементов основан на средневзвешенное обилие естественных изотопов , которые происходят в земной «ы коры и атмосферы . Для синтетических элементов изотоп зависит от средств синтеза, поэтому концепция естественного изотопного содержания не имеет значения. Таким образом, для синтетических элементов общее количество нуклонов ( протоны плюс нейтроны ) наиболее стабильного изотопа , то есть изотопа с самым длинным периодом полураспада , указано в скобках как атомная масса.

Первым элементом, который был синтезирован, а не обнаружен в природе, был технеций в 1937 году. [7] Это открытие заполнило пробел в периодической таблице , и тот факт, что стабильные изотопы технеция не существуют, объясняет его естественное отсутствие на Земле (и разрыв). [8] Поскольку самый долгоживущий изотоп технеция, 97 Tc, имеет период полураспада 4,21 миллиона лет , [9] технеций не остается от образования Земли. [10] [11] Только минутные следы технеция встречаются в природе в земной коре, как спонтанный продукт деления в 238 U или по захват нейтронов в молибденовых рудах, но технеций естественным образом присутствует в красных звездах-гигантах. [12] [13] [14] [15]

Первым полностью синтетическим элементом был кюрий , синтезированный в 1944 году Гленном Т. Сиборгом , Ральфом А. Джеймсом и Альбертом Гиорсо путем бомбардировки плутония альфа-частицами. [16] [17] [18] [19]

Вскоре последовал синтез америция , берклия и калифорния . Эйнштейний и фермий были созданы группой ученых под руководством Альберта Гиорсо в 1952 году во время изучения радиоактивных обломков от взрыва первой водородной бомбы. [20] Синтезированные изотопы были эйнштейний-253 с периодом полураспада 20,5 дней и фермий-255 с периодом полураспада около 20 часов. Затем были созданы менделевий , нобелий и лоуренсий .

Между тем, американская команда создала сиборгию , а следующие шесть элементов были созданы немецкой командой: борий , гания , мейтнерии , Darmstadtium , рентгения и Коперниции . Элемент 113, нихоний , был создан японской командой; последние пять известных элементов, флеровий , московий , ливерморий , теннессин и оганессон , были созданы российско-американскими коллаборациями и завершают седьмую строку периодической таблицы.

Следующие элементы не встречаются на Земле в природе. Все они являются трансурановыми элементами и имеют атомные номера 95 и выше.

Имя элемента	Химический символ	Атомный номер	Первый определенный синтез
Америций	Являюсь	95	1944 г.
Кюрий	См	96	1944 г.
Берклиум	Bk	97	1949 г.
Калифорний	Cf	98	1950
Эйнштейний	Es	99	1952 г.
Фермий	FM	100	1952 г.
Менделевий	Мкр	101	1955 г.
Нобелий	Нет	102	1966 г.
Лоуренсий	Lr	103	1961 г.
Резерфордий	Rf	104	1966 (СССР), 1969 (США) *
Дубний	Db	105	1968 (СССР), 1970 (США) *
Сиборгий	Sg	106	1974
Бориум	Bh	107	1981
Калий	Hs	108	1984
Мейтнерий	Mt	109	1982 г.
Дармштадтиум	Ds	110	1994 г.
Рентгений	Rg	111	1994 г.
Копернициум	Cn	112	1996 г.
Nihonium	Nh	113	2003–4
Флеровий	Fl	114	1999 г.
Московиум	Mc	115	2003 г.
Ливерморий	Lv	116	2000 г.
Tennessine	Ц	117	2010 г.
Оганессон	Og	118	2002 г.
* Общий кредит на открытие.

Все элементы с атомными номерами от 1 до 94 встречаются в природе, по крайней мере, в следовых количествах, но следующие элементы часто получают путем синтеза. Технеций, прометий, астат, нептуний и плутоний были открыты путем синтеза до того, как их нашли в природе.

Читайте также: