Искусственно полученные элементы сообщение
Обновлено: 02.07.2024
— Юрий Цолакович, расскажите, пожалуйста, немного о том, как проходит синтез химических элементов в лабораторных условиях.
Давайте вернемся к синтезу. Вещество, из которого состоит Земля, возникло в результате Большого взрыва. А элементы, которые мы видим на Земле, появились во время становления и формирования нашей планеты. Этот процесс мы можем видеть и сейчас: если масса звезды больше массы Солнца, она эволюционирует определенным образом, и в конце концов мы наблюдаем так называемую вспышку сверхновой. Происходит синтез химических элементов, и все заканчивается возникновением нейтронной звезды. Вспышка длится несколько секунд. В нашей галактике такое происходит примерно один раз в тысячу лет, в других — чаще. Эти вспышки — это и есть космические лучи, выбросы вещества во Вселенную, которые регистрируются нашими детекторами. Так возникают элементы в природе.
— От водорода до урана, насколько я помню?
Сейчас мы, имея возможность сливать ядра, можем идти дальше и дальше, синтезируя все новые элементы.
— У Периодической таблицы есть границы? Есть предел элементов, которые можно синтезировать?
— Конечно. Все в мире имеет начало и имеет конец. А где границы таблицы и чем они определяются… Собственно, этот вопрос и был основным мотивом для меня заниматься этим делом. Мотив был подогрет еще тем, что само ядерное вещество, о котором я говорил, не аморфно, оно имеет внутреннюю структуру. Если она проявляется, можно продлить время существования ядра, до сверхтяжелых элементов.
— Продлить насколько?
— Знаете, есть такое научное предсказание: если уйти достаточно далеко от урана, то будет зона — остров — со сверхтяжелыми элементами, достаточно долгоживущими. В середине этого острова будут элементы, которые будут жить миллионы и даже миллиарды лет. А это уже интересно, потому что возраст Земли исчисляется миллиардами лет. Не значит ли это, что такие элементы надо искать в недрах Земли? Но искали везде, и в космосе, и в Земле… Не нашли. Ну, это ни о чем не говорит: может, они были, но распались, потому что время их жизни немного меньше. Но вот что касается острова стабильности — он был предметом интенсивных исследований с момента появления этой теории, с 1969 года.
— Вы правы, новые ядра штучны. Мы были счастливы, когда получали один атом в день, в неделю… Новая установка, конечно, увеличит это количество, возможно, в сотни раз, но этого все равно будет недостаточно для накопления видимого количества вещества.
Из 26 известных в настоящее время трансурановых элементов 24 не встречаются на нашей планете. Они были созданы человеком. Как же синтезируют тяжелые и сверхтяжелые элементы?
Тем не менее уже в конце XIX века ученые допускали существование элементов, следующих в таблице Менделеева за ураном (трансуранов), но обнаружить их никак не удавалось. Сейчас известно, что в земной коре содержатся следовые количества 93-го и 94-го элементов — нептуния и плутония. Но исторически эти элементы сначала получили искусственно и лишь потом обнаружили в составе минералов.
Первый искусственный
Создание искусственных элементов имеет долгую историю. Принципиальная возможность этого стала понятна в 1932 году, когда Вернер Гейзенберг и Дмитрий Иваненко пришли к выводу, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Два года спустя группа Энрико Ферми попыталась получить трансураны, облучая уран медленными нейтронами. Предполагалось, что ядро урана захватит один или два нейтрона, после чего претерпит бета-распад с рождением 93-го или 94-го элементов. Они даже поспешили объявить об открытии трансуранов, которые в 1938 году в своей Нобелевской речи Ферми назвал аусонием и гесперием. Однако немецкие радиохимики Отто Ган и Фриц Штрассман вместе с австрийским физиком Лизой Мейтнер вскоре показали, что Ферми ошибся: эти нуклиды были изотопами уже известных элементов, возникшими в результате расщепления ядер урана на пары осколков приблизительно одинаковой массы. Именно это открытие, совершенное в декабре 1938 года, сделало возможным создание ядерного реактора и атомной бомбы.
Первым же синтезированным элементом стал вовсе не трансуран, а предсказанный еще Менделеевым экамарганец. Его искали в различных рудах, но безуспешно. А в 1937 году экамарганец, позднее названный технецием (от греческого — искусственный) был получен при обстреле молибденовой мишени ядрами дейтерия, разогнанными в циклотроне Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Легкие снаряды
Элементы с 93-го до 101-го были получены при взаимодействии ядер урана либо следующих за ним трансуранов с нейтронами, дейтронами (ядрами дейтерия) или альфа-частицами (ядрами гелия). Первого успеха здесь добились американцы Эдвин Макмиллан и Филип Эйбелсон, которые в 1940 году синтезировали нептуний-239, отработав идею Ферми: захват ураном-238 медленных нейтронов и последующий бета-распад урана-239.
Американские власти почти на шесть лет задержали и публикацию об открытии 95-го элемента, америция, который в конце 1944 года был выделен группой Сиборга из продуктов нейтронной бомбардировки плутония в ядерном реакторе. Несколькими месяцами ранее физики из этой же команды получили первый изотоп 96-го элемента с атомным весом 242, синтезированный при бомбардировке урана-239 ускоренными альфа-частицами. Его назвали кюрием в знак признания научных заслуг Пьера и Марии Кюри, открыв тем самым традицию наименования трансуранов в честь классиков физики и химии.
Тяжелые ионы
Менделевий стал последним трансураном, полученным с помощью нейтронов, дейтронов или альфа-частиц. Для получения следующих элементов требовались мишени из элемента номер 100 — фермия, которые тогда было невозможно изготовить (даже сейчас в ядерных реакторах фермий получают в нанограммовых количествах).
Ученые пошли другим путем: использовали для бомбардировки мишеней ионизированные атомы, чьи ядра содержат более двух протонов (их называют тяжелыми ионами). Для разгона ионных пучков потребовались специализированные ускорители. Первую такую машину HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator) запустили в Беркли в 1957 году, вторую, циклотрон У-300 — в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне в 1960-м. Позднее в Дубне заработали и более мощные установки У-400 и У-400М. Еще один ускоритель UNILAC (Universal Linear Accelerator) с конца 1975 года действует в немецком Центре по исследованию тяжелых ионов имени Гельмгольца, в Виксхаузене, одном из районов Дармштадта.
Всего три атома
- Синтези́рованные (иску́сственные) хими́ческие элеме́нты — элементы, впервые идентифицированные как продукт искусственного синтеза. Часть из них (тяжёлые трансурановые элементы, все трансактиноиды), по-видимому, отсутствует в природе; другие элементы впоследствии были обнаружены в следовых количествах в земной коре (технеций, прометий, астат, нептуний, плутоний), в фотосферах звёзд (технеций и, возможно, прометий), в оболочках сверхновых (калифорний и, вероятно, продукты его распада — берклий, кюрий, америций и более лёгкие).
Последним из элементов, найденным в природе до того, как он был синтезирован искусственно, стал франций (1939 год). Первым синтезированным химическим элементом был технеций в 1937 году. По состоянию на 2012 год, синтезированы ядерным слиянием или распадом элементы до оганесона с атомным номером 118, а также предпринимались попытки синтеза следующих сверхтяжёлых трансурановых элементов. Синтез новых трансактиноидов и суперактиноидов продолжается.
Связанные понятия
Дармшта́дтий (лат. Darmstadtium, обозначение Ds; ранее Унунни́лий, лат. Ununnillium, обозначение Uun или эка-платина) — искусственно синтезированный химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 110. Для изотопов с массовыми числами 267—273 период полураспада не превышает нескольких миллисекунд. Но для самого тяжелого из известных изотопов (с массовым числом 281) период полураспада составляет около 10 секунд.
Коперни́ций (лат. Copernicium, Cn; в качестве русского названия используется также копе́рникий; ранее использовались названия уну́нбий, лат. Ununbium, Uub и эка-ртуть) — 112-й химический элемент. Ядро наиболее стабильного из его известных изотопов, 285Cn, состоит из 112 протонов, 173 нейтронов и имеет период полураспада около 34 секунд, атомная масса этого нуклида равна 285,177(4) а. е. м.. Относится к той же химической группе, что и цинк, кадмий и ртуть.
Лоуре́нсий (Lr, англ. Lawrencium) — искусственно полученный химический элемент группы актиноидов с атомным номером 103. Атомная масса (по наиболее долгоживущему из известных изотопов, 266Lr).
Бо́рий (лат. Bohrium, обозначается символом Bh, ранее Уннилсéптий, Unnilseptium, Uns, или эка-рений) — нестабильный радиоактивный химический элемент с атомным номером 107. Известны изотопы с массовыми числами от 261 до 272. Наиболее стабильный изотоп из полученных — борий-267 с периодом полураспада 17 с.
Ду́бний (Db), до 1997 года в СССР и России известен как нильсбо́рий (Ns) — 105-й элемент таблицы Менделеева.
Фе́рмий (лат. Fermium) — радиоактивный трансурановый химический элемент с порядковым номером 100, относящийся к группе актиноидов. Как и прочие элементы тяжелее плутония, в природе не обнаружен, все известные изотопы получены искусственно.
Менделе́вий — химический элемент с атомным номером 101 в периодической системе, обозначается символом Md.
Резерфо́рдий (Rf), лат. Rutherfordium, до 1997 года в СССР и России был известен как курчато́вий (Ku) — 104-й элемент в периодической системе. Резерфордий — высокорадиоактивный искусственно синтезированный элемент, период полураспада наиболее стабильного из известных изотопов (267Rf) составляет около 1,3 часов. Этот элемент не может где-либо использоваться и про него мало что известно, поскольку он никогда не был получен в макроскопических количествах. Резерфордий — первый трансактиноидный элемент.
Моско́вий (лат. Moscovium, Mc), ранее был известен под временными названиями унунпе́нтий (лат. Ununpentium, Uup) или э́ка-ви́смут — химический элемент пятнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы), седьмого периода периодической системы химических элементов, атомный номер — 115, наиболее стабильным является нуклид 289Mc (период полураспада оценивается в 156 мс), атомная масса этого нуклида равна 289,194(6) а. е. м.. Искусственно синтезированный радиоактивный элемент.
Сибо́ргий (лат. Seaborgium, обозначается символом Sg, ранее Уннилгéксий, Unnilhexium, Unh, или эка-вольфрам) — элемент 6-й группы (в старой терминологии — побочной подгруппы VI группы) 7-го периода периодической системы элементов с атомным номером 106; короткоживущий радиоактивный элемент.
Рентге́ний (лат. Roentgenium, обозначение Rg; ранее унуну́ний, лат. Unununium, обозначение Uuu или эка-золото) — искусственно синтезированный химический элемент побочной подгруппы первой группы, седьмого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 111. Простое вещество рентгений — переходный металл. Наиболее долгоживущий (период полураспада 2,1 минуты) известный изотоп имеет массовое число 282.
Нобе́лий (No, лат. Nobelium) — искусственно полученный трансфермиевый химический элемент группы актиноидов с атомным номером 102. Имеет несколько нестабильных изотопов, самый долгоживущий из которых 259No имеет период полураспада 58 минут.
Ливермо́рий (лат. Livermorium, Lv), ранее был известен под вре́менными названиями унунге́ксий (лат. Ununhexium, Uuh) и э̀ка-поло́ний — 116-й химический элемент, относится к 16-й группе (по устаревшей классификации — к главной подгруппе VI группы) и 7-му периоду периодической системы, атомный номер — 116, массовое число наиболее устойчивого изотопа — 293 (атомная масса этого изотопа равна 293,204(5) а. е. м.). Искусственно синтезированный радиоактивный элемент, в природе не встречается.
Унбигексий (лат. Unbihexium, Ubh) — временное систематическое название гипотетического химического элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева с временным обозначением Ubh и атомным номером 126.
Флеро́вий (лат. Flerovium, Fl), ранее был известен как унунква́дий (лат. Ununquadium, Uuq), использовалось также неофициальное название эка-свинец — 114-й химический элемент 14-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы IV группы), 7-го периода периодической системы, атомный номер 114, из известных изотопов наиболее устойчив 289Fl с атомной массой 289,190(4) а. е. м.. Элемент сильно радиоактивен.
Бе́рклий (Bk, лат. Berkelium) — искусственно полученный радиоактивный трансурановый химический элемент группы актиноидов с атомным номером 97. Берклий не имеет стабильных изотопов, наиболее долгоживущий нуклид 247Bk имеет период полураспада 1380 лет.
Эйнште́йний — трансурановый химический элемент с атомным номером 99, радиоактивный серебристый металл.
Унбини́лий (лат. Unbinilium, Ubn) или эка-радий — временное, систематическое название гипотетического химического элемента в Периодической таблице Д. И. Менделеева с временным обозначением Ubn и атомным номером 120.
Трансура́новые элеме́нты (заурановые элементы, трансураны) — радиоактивные химические элементы, расположенные в периодической системе элементов Д. И. Менделеева за ураном, то есть с атомным номером выше 92.
Унуне́нний (лат. Ununennium, Uue) или эка-фра́нций — неоткрытый химический элемент в периодической таблице, с временным обозначением Uue и атомным номером 119, с прогнозированной атомной массой 316 а. е. м.Элемент 119 после его синтеза будет первым элементом в восьмом периоде периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева.
Нихо́ний (лат. Nihonium, Nh), который ранее фигурировал под временными наименованиями уну́нтрий (лат. Ununtrium, Uut) или эка-таллий, — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы III группы) 7-го периода периодической системы. Атомный номер — 113. Атомная масса наиболее устойчивого из известных изотопов, 286Nh, с периодом полураспада 20 с, составляет 286,182(5) а. е. м.. Радиоактивен.
Изотопы технеция — разновидности атомов (и ядер) химического элемента технеция, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.
Унбибий (лат. Unbibium, Ubb) − временное, систематическое название гипотетического химического элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева с временным обозначением Ubb и атомным номером 122.
Калифо́рний — радиоактивный химический элемент седьмого периода таблицы Менделеева, актиноид, один из самых дорогих металлов на Земле.
Изото́пы ура́на — разновидности атомов (и ядер) химического элемента урана, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 26 изотопов урана и еще 6 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе встречаются три изотопа урана: 234U (изотопная распространенность 0,0055 %), 235U (0,7200 %), 238U (99,2745 %).
Оганесо́н (лат. Oganesson, Og), ранее был известен под временными названиями унуно́ктий (лат. Ununoctium, Uuo) или э́ка-радо́н — химический элемент восемнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы), седьмого периода периодической системы химических элементов, атомный номер — 118. Наиболее стабильным (и единственным известным на 2016 год) является нуклид 294Og, чей период полураспада оценивается в 1 мс, а атомная масса равна 294,214(5) а. е. м. Искусственно синтезированный.
Изотопы висмута — разновидности химического элемента висмута, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Изотопы кобальта — разновидности химического элемента кобальта, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
В ядерной физике магические числа — натуральные числа, соответствующие количеству нуклонов в атомном ядре, при котором становится полностью заполненной какая-либо его оболочка.
Ядерная химия — часть химии высоких энергий, раздел физической химии — изучает ядерные реакции и сопутствующие им физико-химические процессы, устанавливает взаимосвязь между физико-химическими и ядерными свойствами вещества. Часто под ядерной химией подразумевают области исследования радиохимии (иногда как её раздел) и радиационной химии. Это разные науки, но ядерная химия является для них теоретическим фундаментом. Термин ядерная химия даже в настоящее время не является общепринятым по причине того.
Изото́пы углеро́да — разновидности атомов (и ядер) химического элемента углерода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. Углерод имеет два стабильных изотопа — 12C и 13C. Содержание этих изотопов в природном углероде равно соответственно 98,93 % и 1,07 %. Известны также 13 радиоактивных изотопов углерода (от 8C до 22C), из которых один — 14C — встречается в природе (его содержание в атмосферном углероде около 10−12). Углерод — лёгкий элемент, и его изотопы значительно различаются по массе, а.
Теннесси́н (новолат. и англ. Tennessine), ранее фигурировал под временными названиями унунсе́птий (лат. Ununseptium, Uus) или э́ка-аста́т — химический элемент семнадцатой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы седьмой группы), седьмого периода периодической системы химических элементов, обозначаемый символом Ts и обладающий зарядовым числом 117. Период полураспада более устойчивого из двух известных изотопов, 294Ts, составляет около 78 миллисекунд, атомная масса этого изотопа равна.
Проме́тий — химический элемент, относящийся к группе лантаноидов. В природе практически не встречается, так как все его изотопы радиоактивны. Впервые был получен искусственно в 1945 году. Самый долгоживущий изотоп — прометий-145 имеет период полураспада 18 лет.
Изотопы стронция — разновидности химического элемента стронция, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Моноизотопный элемент, мононуклидный элемент, изотопно-чистый элемент, однородный элемент — химический элемент, характеристический изотопный состав которого включает только один изотоп. То есть такой элемент представлен в природе только одним изотопом.
Изото́пы лития — разновидности атомов (и ядер) химического элемента лития, имеющие разное содержание нейтронов в ядре. На данный момент известны 9 изотопов лития и ещё 2 возбуждённых изомерных состояний некоторых его нуклидов, 10m1Li − 10m2Li.
Изотопы кислорода — разновидности атомов (и ядер) химического элемента кислорода, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.
Химические свойства — свойства веществ (химических элементов, простых веществ и химических соединений), имеющие отношение к химическим процессам, то есть проявляемые в процессе химической реакции и влияющие на неё.
Оптическая спектроскопия — спектроскопия в оптическом (видимом) диапазоне длин волн с примыкающими к нему ультрафиолетовым и инфракрасным диапазонами (от нескольких сотен нанометров до единиц микрон). Этим методом получено подавляющее большинство информации о том, как устроено вещество на атомном и молекулярном уровне, как атомы и молекулы ведут себя при объединении.
Изотопная распространённость (или распространённость изотопов) — относительное количество атомов разных изотопов одного химического элемента; обычно выражается в % к сумме атомов всех долгоживущих (с периодом полураспада Т > 3⋅108 лет) изотопов данного элемента в среднем в природе (либо с отнесением к той или иной природной среде, планете, региону и т. п.). Точное измерение изотопной распространённости имеет большое значение для определения атомных масс элементов.
Аста́т — химический элемент с атомным номером 85. Принадлежит к 17-й группе периодической таблицы химических элементов (по устаревшей короткой форме периодической системы принадлежит к главной подгруппе VII группы, или к группе VIIA), находится в шестом периоде таблицы. В природе отсутствует, массовое число наиболее стабильного из известных изотопов равно 210(его атомная масса равна 209,98715(5) а. е. м.). Обозначается символом At (от лат. Astatium). Радиоактивен. Простое вещество астат при нормальных.
Изотопы никеля — разновидности химического элемента никеля, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Изотопы железа — разновидности химического элемента железа, имеющие разное количество нейтронов в ядре.
Фра́нций — элемент главной подгруппы первой группы седьмого периода периодический системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 87. Обозначается символом Fr (лат. Francium). Простое вещество франций — радиоактивный щелочной металл, обладающий максимально высокой восстановительной химической активностью.
Искусственно полученные элементы отмечены верхним индексом; для них приведены значения относительных атомных масс ( без указания точности) или значения массовых чисел наиболее долго-живущих изотопов. В нижнем индексе слева от символа элемента приведен его порядковый номер в Периодической системе. Символы элементов, не являющиеся общепринятыми, заключены в круглые скобки. Элементы с порядковыми номерами 106 и 107, не имеющие пока символов, помещены в конце таблицы. [2]
Искусственно полученные элементы : Астатин - № 85, технетий - № 43, франций - № 87 ( см стр. [3]
Все эти искусственно полученные элементы в природе пока не найдены, но представляют большой научный интерес. Некоторые из них уже применяются в технике. [4]
Отвечающие им новые искусственно полученные элементы получили общее название трансурановых элементов. [6]
Назовите известные вам искусственно полученные элементы , укажите их место в таблице периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева и начертите схемы, отражающие расположение электронов по орбиталям в атомах этих элементов. [7]
Отвечающие им новые искусственно полученные элементы получили общее название трансурановых элементов. [9]
В табл. 1 приведены названия ( русские и латинские) элементов, химические знаки, порядковые номера их в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, относительная атомная масса и год открытия. Атомные массы приведены по Международной таблице 1981 г. Звездочкой обозначены искусственно полученные элементы ; древн. В квадратных скобках приведены массовые числа изотопов, обладающих наибольшим для данного радиоактивного элемента периодом полураспада. Названия и хи - мические знаки элементов, приведенные в круглых скобках, не являются общепринятыми. [11]
В табл. 1 даны названия ( русские и латинские) элементов, порядковые номера их в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, относительная атомная масса и год открытия. Атомные массы ( с четырьмя значащими цифрами) приведены по Международной таблице 1977 г. Звездочкой обозначены искусственно полученные элементы , древн. [12]
Побочная подгруппа восьмой группы периодической системы охватывает три триады d - элементов и два искусственно полученных и мало исследованных элемента. Первую триаду образуют элементы железо, кобальт и никель, вторую триаду - рутений, родий и палладий и третью триаду - осмий, иридий и платина. Искусственно полученные элементы ханий и мейтнерий с малым временем жизни замыкают известный на сегодня ряд самых тяжелых элементов. [14]
Читайте также: