Главная-Наука и техника-Синтез новых элементов. Происхождение химических элем

Синтез новых элементов. Происхождение химических элем

При обстреле урана тепловыми нейтронами из него образуются более легкие элементы с порядковыми номерами 35-65: это заставляло надеяться, что среди обломков будут найдены также изотопы элементов 43 и 61. Если вспомнить состояние вопроса получения элементов 43, 61, а также 85 и 87 в 1930 году, то можно было уловить заметный прогресс. Прежде всего, подтвердилось подозрение, что элементы 43 и 61 являются нестойкими веществами, которые "вымерли". Что касается элементов 85 и 87, то уже довольно давно их признали распавшимися радиоактивными веществами.
В 1934 году физик Иозеф Маттаух нашел эмпирическое правило, которое позволяет оценить устойчивость ядер изотопов. Согласно правилу Маттауха не может существовать второго устойчивого изотопа, если заряд его ядра отличается только на единицу от заряда ядра известного устойчивого изотопа с тем же массовым числом. Эта закономерность дополняет правило Харкинса, по которому элементы с нечетным порядковым номером (то есть нечетным числом протонов и электронов) распространены на Земле существенно реже, поскольку мала устойчивость их ядер.
По отношению к элементам 43 и 61 правило Маттауха можно изложить следующим образом. Исходя из их положения в периодической системе, массовое число элемента 43 должно быть около 98, а для элемента 61 - около 147. Однако уже были известны устойчивые изотопы для элементов 42 и 44, а также для элементов 60 и 62 с массами от 94 до 102 и соответственно от 142 до 150. Поскольку второй устойчивый изотоп с тем же массовым числом не может существовать, то элементы 43 и 61 должны иметь только нестабильных представителей. Несомненно, что когда-то элементы 43 и 61 были на Земле в достаточном количестве. Когда возникла наша Солнечная система, то путем сочетания протонов и нейтронов образовались все элементы. Однако за время существования Земли - 4,6 миллиардов лет - их неустойчивые представители постепенно совсем исчезли. Исключение составляют только те радиоактивные элементы, которые могли постоянно пополняться в пределах естественного радиоактивного ряда, ибо их исходные вещества - уран или торий - еще существуют на Земле, благодаря своим периодам полураспада, насчитывающим миллиарды лет. Элементы 43 и 61 к этим естественным радиоактивным рядам не относятся. Лишь в том случае, если имеется долгоживущий изотоп этих элементов, можно было бы надеяться обнаружить его радиохимические следы.
В то время как некоторые ученые все еще занимались ложными трансуранами, другим исследователям удалось найти вожделенные элементы 43 и 87. Вот история их открытия... В 1936 году Эмилио Сегрэ после женитьбы покинул Ферми и его коллег и уехал в Палермо, прежнюю столицу Сицилии. В тамошнем университете ему предложили кафедру физики. В Палермо, к своему большому сожалению, Сегрэ не смог продолжать изыскания, начатые с Ферми. В университете не было никакого оборудования для радиоактивных исследований. Быстро приняв решение, итальянский ученый поехал в Америку, чтобы ознакомиться с Калифорнийским университетом в Беркли, который славился самым лучшим оборудованием. В то время там находился единственный в мире циклотрон. "Те источники радиоактивности, которые я увидел, были поистине поразительными для человека, работавшего до этого только с Ra-Ве-источниками",- вспоминал физик.
Особенно заинтересовался Сегрэ отклоняющей пластиной циклотрона. Она должна была направить поток ускоренных частиц в требуемом направлении. За счет столкновений с частицами высокой энергии - ускорялись дейтроны - эта пластина очень сильно разогревалась. Поэтому ее пришлось изготовить из тугоплавкого металла - молибдена. На этот металлический молибден, бомбардируемый дейтронами, и обратил свое внимание гость из Италии. Сегрэ предположил, что из молибдена, 42-го элемента, в результате обстрела дейтронами могли, быть может, образоваться изотопы все еще неизвестного элемента 43. Возможно, по уравнению:
Мо + D = Х + n
Природный молибден является смесью шести устойчивых изотопов. Сегрэ предположил: а вдруг один из шести возможных радиоактивных изотопов элемента 43, в которые теоретически мог бы превратиться молибден,- хотя бы один - оказался настолько долгоживущим, чтобы выдержать морское путешествие в Сицилию. Ибо итальянский физик намеревался заниматься поисками элемента 43 только в институте на родине.
Исследователь пустился в обратный путь, имея в кармане кусок молибденовой пластины от циклотрона в Беркли. В конце января 1937 года он начал исследования при поддержке минералога и химика-аналитика Перрье. Оба, действительно, нашли радиоактивные атомы, которые по химическим свойствам можно было поместить между марганцем и рением. Количества экамарганца, которые вновь искусственно возродились на Земле благодаря исследовательскому гению человека, были невообразимо малы: от 10-10 до 10-12 г 43-го элемента!
Когда в июле 1937 года Сегрэ и Перрье доложили о синтезе первого искусственного элемента, давно вымершего на Земле - это был день, вошедший в историю. Для элемента 43 позднее нашли очень точное наименование: технеций, происходящее от греческого technetos - искусственный. Можно ли будет когда-либо получить его в весомых количествах и подержать в руках? Вскоре удалось ответить на этот вопрос положительно, когда обнаружилось, что при делении урана возникают изотопы 43 с относительно высоким выходом. Особое внимание привлек изотоп с массовым числом 101 и периодом полураспада 14 мин. Предполагали, что вещество Ферми с периодом полураспада 13 мин, мнимый элемент 93, должен был быть изотопом элемента 43.
Естественные радиоактивные ряды имеют окончательный вид - в этом никто больше не отваживался сомневаться, в особенности после масс-спектрографической идентификации урана-235 Демпстером. Однако имелось слабое место в ряду уран - актиний. Прошло более двадцати лет с тех пор, как в этом ряду отметили "неточность", которая была почти что предана забвению. Еще в 1913/1914 годах на это несовпадение наткнулись английский химик Крэнстон и австрийские исследователи радиоактивности Майер, Хесс и Панет при изучении актиния. В качестве бета-излучателя актиний, как известно, превращается в радиоактиний, то есть в изотоп тория. Когда ученые изучали процесс превращения, они всегда наблюдали слабое альфа-излучение. Эту остаточную активность (примерно 1 %) обнаруживал и Отто Хан в опытах по получению чистого актиния. "Я не мог решиться на то, чтобы придать значение этой небольшой величине",- сообщил Хан позднее. Он считал, что это, скорее всего, примесь.
Прошло много лет. Французская ученая Маргарита Перей, сотрудница знаменитого Радиевого института в Париже, снова пошла по этому следу, очень тщательно очистила фракции актиния и в сентябре 1939 года смогла доложить об удачном выделении нового радиоактивного изотопа. Это был столь долго отсутствовавший элемент 87, тот альфа-излучающий побочный продукт, который дает остаточную однопроцентную активность актиния. Мадам Перей нашла разветвление в уже заполненном ряду, ибо изотоп элемента 87 точно так же превращается в актиний X, как и известный радиоактиний. По предложению Перей элемент 87 назвали францием в честь ее родины.
Правда, химики и по сей день не достигли больших успехов в изучении элемента 87. Ведь все изотопы Франция - короткоживущие и распадаются в течение миллисекунд, секунд или минут. По этой причине элемент поныне остался "неинтересным" для многих химических исследований и практического использования. При необходимости его получают искусственно. Конечно, франций можно "получать" и из естественных источников, но это - сомнительное предприятие: 1 г природного урана содержит только 10[-18] г франция!
Когда периодическая система была открыта, недоставало 23-х элементов, теперь - только двух: 61- и 85-го. Как шла дальше охота за элементами? Летом 1938 года Эмилио Сегрэ вновь поехал в Беркли. Он намеревался изучить короткоживущие изотопы элемента 43. Безусловно, такие исследования надо было предпринять на месте. Изотопы с малым периодом полураспада не "пережили" бы путь в Италию. Едва прибыв в Беркли, Сегрэ узнал, что возвращение в фашистскую Италию стало для него невозможным из-за расового террора. Сегрэ остался в Беркли и продолжал там свои работы.
В Беркли с более мощным циклотроном можно было разогнать альфа-частицы до высоких энергий. После преодоления так называемого порога кулоновского взаимодействия эти альфа-частицы были в состоянии проникнуть даже в ядра тяжелых атомов. Теперь Сегрэ увидел возможность превратить висмут, элемент 83, в неизвестный элемент 85. Совместно с американцами Корсоном и Маккензи он бомбардировал ядра висмута альфа-частицами с энергией 29 МэВ, чтобы провести следующий процесс:
Bi + He = X + 2n
Реакция осуществилась. Когда исследователи закончили первую совместную работу, 1 марта 1940 года, они лишь осторожно высказали мысль "о возможном получении радиоактивного изотопа элемента 85". Вскоре после этого они были уже уверены: искусственно получен элемент 85, до того как он был найден в природе. Последнее посчастливилось сделать лишь несколько лет спустя англичанке Лей-Смит и швейцарцу Миндеру из института в Берне. Им удалось показать, что элемент 85 образуется в радиоактивном ряду тория в результате побочного процесса. Для открытого элемента они выбрали название англо-гельвеций, которое было раскритиковано как словесная несуразица. Австрийская исследовательница Карлик и ее сотрудник Бернерт вскоре нашли элемент 85 в других рядах естественной радиоактивности, тоже как побочный продукт. Однако право дать наименование этому элементу, встречающемуся лишь в следах, оставалось за Сегрэ и его сотрудниками: теперь его называют астат, что в переводе с греческого означает непостоянный. Ведь самый устойчивый изотоп этого элемента обладает периодом полураспада только 8,3 ч.
К этому времени профессор Сегрэ пытался также синтезировать элемент 61. Между тем стало ясно, что оба соседа этого элемента по периодической системе, неодим и самарий, слабо радиоактивны. Сначала это казалось удивительным, так как в то время считали, что радиоактивность присуща наиболее тяжелым элементам. Неодим, 60-й элемент, излучал бета-лучи, следовательно, должен был превращаться в элемент 61. Тот факт, что этот неизвестный химический элемент до сих пор не могли выделить, вероятно, объяснялся его быстрым радиоактивным распадом. Что же делать? Здесь выход заключался опять-таки в искусственном получении искомого элемента. Раз элемент 61 нельзя было найти в природе, физики попытались его синтезировать.
В 1941/42 годах ученые Лоу, Пул, Квилл и Курбатов из Государственного университета в Огайо бомбардировали редкоземельный элемент неодим дейтронами, разогнанными в циклотроне. Они обнаружили радиоактивные изотопы нового элемента, который назвали циклонием. Однако это был лишь след, оставленный на фотопленке.
Каковы были успехи Эмилио Сегрэ? Он облучал альфа-лучами празеодим - элемент 59. Однако переработка безусловно синтезированных им изотопов элемента 61 оказалась слишком сложной. Выделение их из других редкоземельных элементов не удалось.
Об одном безрезультатном исследовании пришло известие из Финляндии. Еще в 1935 году химик Эреметсе начал анализировать концентраты смеси оксидов самария и неодима на природное содержание в них 61-го элемента. Для этой цели было переработано несколько тонн апатита.
Первый этап борьбы за 61-й элемент имел ничейный результат. Нельзя было даже принять предложенное название "циклоний".

«МЫСЛИ В СЛУХ»

НАУЧНЫЙ РОМАН НА ОСНОВЕ НАУЧНОЙ ТЕОРИИ
МИРОЗДАНИЯ, НЕЙТРОННОЙ ФИЗИКИ И НЕЙТРОННОЙ ХИМИИ

Валерий Фёдорович Андрус

"Наша задача развить средства получения энергии из запасов, которые вечны и неисчерпаемы, развить методы, которые не используют потребление и расход каких бы то ни было "материальных" носителей. Сейчас мы совершенно уверены, что реализация этой идеи не за горами. : возможности развития этой концепции заключаются именно в том, что бы использовать для работы двигателей в любой точке планеты чистую энергию окружающего пространства..."

(Тесла, 1897)

Оставьте комментарий

Для начала скачайте таблицу превращений химических элементов
и
Ознакомьтесь с основными понятиями нейтронной физики

ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ
СИНТЕЗ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОЗИЦИИ НЕЙТРОННОЙ ФИЗИКИ

Мы говорили об искусственном синтезе элементов и отмечали, что это не элементы, а молекулы и даже сплавы. На первый взгляд может показаться, что это гипотеза и дело обстоит как–то иначе. Чтобы поставить окончательную точку над "i" в этих рассуждениях, перейдем к ядерной химии.

“...Предметом ядерной химии являются реакции, в которых происходит превращение элементов, т.е. изменение ядер их атомов.

Самопроизвольный распад радиоактивных атомов, рассмотренный выше (мы к нему вернемся), представляет собой ядерную реакцию, в которой исходным является одно ядро. Известны и другие реакции, в которых с ядром реагирует протон р, дейтрон (ядро атома дейтерия 1 2 H) d, альфа – частица α, нейтрон n или фотон γ (обычно гамма – лучи). Удалось вызвать атомные превращения и под действием быстрых электронов. Вместо α–частиц (ядер 4 Не) иногда используют ядра более легкого изотопа гелия 3 Не. В последнее время все шире применяют для бомбардировки атомных ядер ускоренные ядра более тяжелых элементов вплоть до неона.

Первой ядерной реакцией, осуществленной в лаборатории, была реакция (Резерфорд, 1919).

В этой реакции ядро азота реагирует с ядром гелия, обладающим значительной кинетической энергией. В результате соударения образуются два новых ядра: Кислород 17 О и Водорода 1 Н. Ядро 17 О стабильно, так что данная реакция не приводит к возникновению искусственной радиоактивности. В большинстве же ядерных реакций образуются нестабильные изотопы, которые затем серией радиоактивных превращений переходят в стабильные...”

Для удобства и контрастности, разобьем материал на небольшие кусочки с пояснениями.

Ядер у нас нет, но есть шестиконечный еж Азота (14 N), который бомбардируется ежом Гелия (4 Не) состоящим из атома Водорода и шести пятерок нейтронов по “плоскостям” кубика.

Рассматривая конечный результат реакции, можно смело утверждать следующее:

Еж Азота с шестью иголками присоединил на каждую иголку по одной пятерке с относительной массой 0,5, в результате чего получили ежа с относительной массой 17 – Кислород. Мы знаем, каждый новый слой пятерок это новый элемент.

Мог ли еж Азота получить все шесть пятерок в результате разрушения одного ежа Гелия? Конечно, не мог. Для получения одного ежа Кислорода понадобилось разрушить множество ежей Гелия, создавая нейтронный поток, подобный гравитационному, с той же схемой роста ежа. Этот поток мог и не совпадать с гравитационным. В результате разрушения Гелия оставались целыми и некоторые кубики Водорода. Излишние нейтроны – это или свободные тепловые носители или излучение. Результат реакции – это желаемое уравнение, не соответствующее действительности, так как не учтены избыточные нейтроны потока. Надеюсь, Вы помните, что нейтрон по НФ в 9 раз меньше по массе, чем тот, с которым идет сравнение в реакциях. Продолжим.

“...Согласно Реми, ядерные реакции можно классифицировать по аналогии с обычными химическими реакциями.

В большинстве искусственных ядерных превращений происходят так называемые реакции вытеснения или замещения. Например:

При написании ядерных реакций, используют чаще сокращенную запись, при которой бомбардирующая и выбиваемая частицы отделяются запятой и заключаются в скобки, перед которыми записывается символ исходного, а после – образующегося атома. Например, вышеприведенная реакция, которую впервые осуществил Резерфорд, может быть записана так: 14 N(б ,p) 17 O.

В такой записи приведем еще примеры ядерных реакций замещения, происходящих при бомбардировке ускоренными частицами алюминия:

17AL(d,α) 25 Mg, 27 AL(d,p) 28 AL, 27 AL(d,n) 28 Si, 27 AL(p,α) 24 Mg, 27 AL(n,p) 27 Mg...”

В этом отрывке идет речь о реакциях замещения. С позиции модели ежа здесь нет никаких реакций замещения. При бомбардировках ежа идет или абсолютно нормальный его рост, такой же, как в природе, или потеря некоторых пятерок в иголках. Владея изложенным материалом книги, можно написать полные ряды таких реакций без единого пропуска, и все они или уже получены, или их можно получить со 100% вероятностью.

“...В результате реакции присоединения бомбардирующая частиц захватывается ядром, которое, в свою очередь, не испускает никакой другой частицы, а освобождающаяся при этом энергия выделяется в виде γ–излучения, например:

27\AL(n,γ) 28 AL, 7 Li(p,γ) 8 Be...”

Это все тот же процесс нормального роста ежа, в результате которого некоторые нейтроны разрушились на осколки γ– излучение.

“...Ядерные реакции диссоциации (как и реакции термической диссоциации молекул) вызываются кинетической энергией сталкивающихся частиц. Например: 79 Вr(n,2n) 78 Вr, 2 Н(б ,n и б ) 1 Н, 2 Н(г, n) 1 H.

Последняя реакция является фотохимической реакцией, т.е. вызванной действием электромагнитного излучения, ядерной диссоциации.

В настоящее время известен целый ряд обратимых реакций:

Все реакции – это нейтронное взаимодействие ежа объекта – мишени, который находится в искусственном потоке или осколков нейтронов (γ), или нейтронов или других ежей, с бомбардирующим объектом. Если поток готовых нейтронов достаточно плотный, то он будет образовывать пятерки, и еж будет расти.

Если поток нейтронов рассеянный или его нужно получить, сначала разрушив бомбардирующего ежа, то еж–мишень теряет свои пятерки.

Реакция диссоциации – это промежуточное состояние потока между плотным и рассеянным.

О реакциях искусственного синтеза и деления мы уже говорили, но, как говорят американцы, мое слово против вашего может ничего не значить и тогда каждый останется при своем мнении. Однако реакция деления, которая сейчас будет приведена, фундаментально докажет, что взгляды НФ правильные.

Рассмотрим одну из реакций деления Урана–235, применяемую в ядерной энергетике, вследствие поглощения нейтрона.

110 54 Хе – β -110 55 Cs – β- 110 56 Ва – β–110 57 Za – β–110 58 Се стабильное ядро

235 92 U + 1 0 n → 5 1 0 n

91 36 Кг – β–91 37 Rb – β–91 38 Sr – β–91 39 – β–91 40 Zr стабильное ядро

Данная реакция – это символ торжества НФ. Как ранее утверждалось, что в результате синтеза получаются не элементы, а молекулы, так и Уран – 235 в результате деления показал, что он сплав Се и Zг. Даже теоретически нельзя получить из одного ежа делением двух ежей. Далее идут обычные превращения в нейтронном потоке по НФ (β–излучение).

Это самый яркий пример, который показывает, что различать элемент и молекулу, а тем более сплавы, мы пока не научились. Отсюда и таблица элементов, особенно после Технеция, является таблицей молекул (сплавов)!

Что за молекула U=ХеКг? Почему она обладает такой устойчивостью? Можно ли получить Уран из других составляющих элементов?

Начнем с последнего вопроса. Если Уран рассматривать как сумму относительных масс, то, естественно, его можно получить из многих вариантов слагаемых. Однако для нас они будут все на одно лицо, так как мы их не различаем. Когда с ним производят всевозможные исследования, то он всегда будет на кого–нибудь похож, более нам понятного, как нам кажется. Уран имеет серый металлический цвет, который подсказывает, что иголки его элементов имеют множество противоположно закрученных пятерок и разных ежей с различной закруткой нейтронов. Плотность Урана близка к предельной – 19,04 г/см З – это признак “воздушных структур”. Теплота плавления Урана + 1130°С, а Ксенона – 111,5°С и Криптона – 156,6°С. Молекула из двух элементов Хе и Кг в принципе не может иметь tпл. + 1130°С и тем более создать “воздушную структуру”.

Теперь внимательно посмотрим на конечные продукты реакции Се и Zr.

Церий имеет серебристо белый цвет, tпл. = 804°С, g = 6,77 г/смЗ.

Цирконий – серебристо белый цвет, tпл. = 1852°С, g = 6,52 г/смЗ

Чтобы получить характеристики Урана молекула должна состоять из Церия и Циркония, причем соединение иголок должно создавать не кубическую решетку, а ромбическую. Тогда появится сероватый цвет, увеличится “воздушность решетки” и плотностей tпл. приблизится к средней величине. Закрутка нейтронов Циркония уменьшится, а Церия увеличится. По данной реакции можно записать

U = Се Zr 4 – исходный продукт (сплав Се 20 Zr 80)

Уран получен в результате осадочных связей с узлами соединения в четыре иголки только с правильным ромбическим построением.

Подведем итоги:

Реакция синтеза – это соединение двух и более элементов в молекулу в скоротечном процессе, заменяющем медленный осадочный процесс в природе, с частичным их разрушением.

Реакция деления – это скоротечный разрыв молекулы на два и более элементов с частичным их разрушением. Количество конечных элементов равно количеству исходных в молекуле.

Как видим, с таблицей элементов придется еще помучиться.

Вернемся к ядерной реакции

Здесь Углерод получен в результате атаки α–пакетами Бора. Бор также сидит в клетке Бериллий–жидкость и имеет по три пятерки в иголках. Они оба находятся явно не на своем месте. Смотрим в таблицу Д.И. Менделеева и видим плотность в диапазоне 1,5÷2,5 г/см 3 у 11 элементов (Ве, В, С, Мg, Si, P, S, Cl, Ar, Ca, Cs).

Цезий (Сs) – 55 элемент с длиной иголок согласно относительной массы равной 44 пятеркам при плотности g = 1,959 г/см 3 . По нейтронной логике он должен стоять перед Бором и Углеродом и иметь длину иголок в две пятерки и быть невесомым в земной атмосфере, а этого на практике нет у всех трех элементов.

По анализу карбидов, который не будет приводиться, Углерод находится между Цирконием (Zr) и Ниобием (Nb). Последний (Nb) по таблице превращений садится в последнюю клетку Циркония (Zr).

Длина иголок Углерода должна быть в районе 30 пятерок. Только в этом случае алмаз может получить каналы, пробитые веревками Света как лазерным лучом с толщиной последних до 30 нитей в одной веревке.

Первый способ получения небольших алмазов, пригодных для бриллиантов состоит в следующем:

    В сосуд с водой засыпается мелкодисперсный порошок графита, которому дают спокойно осесть.

    После того, как весь порошок лег на дно, воду убирают наиболее спокойным образом.

    Спрессованную плитку необходимо нагреть ТВЧ (токами высокой частоты) в сжатом состоянии до максимальной температуры, желательно до 3000 о С и выдержать.

    Горячую плитку разместить под лазером, который должен провести свой луч построчно, наподобие кадровой развертки в телевизоре.

    Замедленный и мягкий процесс позволит получить кристаллы толщиной с плитку. При этом можно контролировать и прозрачность, повторяя проход лазерного луча.

    Для получения больших и очень больших алмазов весь процесс на финише необходимо провести еще медленнее. Четыре первых технологических пункта повторяем. Форма графита должна соответствовать форме будущего алмаза.

    Горячий графит помещаем в камеру глубокой заморозки в регулируемый механизм встряхивания и резко снижаем температуру в камере до величины близкой к –260 о С. Достигая тем самым ударного теплового потока из центра заготовки к поверхности, который мягко разрушит часть соединений. После полного охлаждения производим мягкие встряхивания до получения полной прозрачности заготовки. В результате встряхивания наименьшие колебания будет получать структура алмаза, которая полностью связана между собой. Не связанный по вертикали графит будет иметь свободную раскачку, что приведет к обламыванию иголок и открытию каналов для веревок Света.

С момента возникновения нашей планеты прошло около 4,5 миллиардов лет. Сейчас на Земле сохранились только те элементы, которые не распались за это время, то есть смогли «дожить» до сегодняшнего дня - иными словами, время их полураспада дольше, чем возраст Земли. Названия этих элементов мы можем увидеть в Периодической таблице элементов (до урана).

Все элементы тяжелее урана образовались когда-то в процессе ядерного синтеза, но не дожили до наших дней. Потому что уже распались.

Вот поэтому люди вынуждены воспроизводить их заново.

Например: Плутоний. Период его полураспада всего 25 тысяч лет - совсем немного по сравнению с жизнью Земли. Этот элемент, утверждают эксперты, непременно существовал при зарождении планеты, но уже распался. Плутоний производится искусственно десятками тонн и является, как известно, одним из мощных источников энергии.

Что представляет собой процесс искусственного синтеза?

Ученые не в состоянии воссоздать ситуацию условного «сотворения мира» (т.е. необходимое состояние материи при температурах в миллиарды градусов Цельсия) в лабораторных условиях. «Сотворить» элементы в точности так, как это происходило при образовании Солнечной системы и Земли, невозможно. В процессе искусственного синтеза специалисты действуют доступными здесь на Земле средствами, но получают общее представление о том, как могло это происходить тогда и как, возможно, происходит сейчас на далеких звездах.

В общих чертах эксперимент происходит следующим образом. К ядру природного элемента (к примеру, кальция) добавляются нейтроны до тех пор, пока ядро не перестает принимать их. Последний изотоп, перегруженный нейтронами, проживает очень недолго, а произвести следующий не получается вообще. Это и есть критическая точка: предел существования ядер, перегруженных нейтронами.

Как много новых элементов можно создать?

Неизвестно. Вопрос о границе Периодической системы до сих пор открыт.

Кто придумывает название для новых элементов?

Сама процедура признания нового элемента очень сложна. Одним из ключевых требований является то, что открытие должно быть независимо перепроверено, экспериментально подтверждено. Значит, его надо повторить.

Так, например, для официального признания 112-го элемента, который был получен в Германии в 1996 году, понадобилось 14 лет. Церемония «крещения» элемента прошла только в июле 2010 года.

В мире есть несколько наиболее известных лабораторий , сотрудникам которых удалось синтезировать один или даже несколько новых элементов. Это Объединенный институт ядерных исследований в Дубне (Московская область), Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса в Калифорнии (США), Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли (США), Европейский Центр по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца в Дармштадте (Германия) и др.

После того, как Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) признает факт синтеза новых химических элементов, право предлагать для них названия получают их официально признанные первооткрыватели.

При подготовке использованы материалы статей и интервью академика Юрия Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

Синтези́рованные (иску́сственные) хими́ческие эле́менты - 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, америций, кюрий, берклий, калифорний), 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 унуноктия с атомным номером 118, а также предпринимались попытки синтеза следующих сверхтяжёлых трансурановых элементов. Синтез новых трансактиноидов и суперактиноидов продолжается.

Наиболее известными лабораториями, синтезировавшими по несколько новых элементов и несколько десятков или сотен новых изотопов, являются Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли и Ливерморская национальная лаборатория в США, Объединённый институт ядерных исследований в СССР/России (Дубна), Европейский Центр по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца в Германии, Кавендишская лаборатория Кембриджского университета в Великобритании, Институт физико-химических исследований в Японии и другие последние десятилетия над синтезом элементов в американских, немецком и российском центрах работают международные коллективы.

  • 1 Открытие синтезированных элементов по странам
    • 1.1 СССР, Россия
    • 1.2 США
    • 1.3 Германия
    • 1.4 Спорные приоритеты и совместные результаты
      • 1.4.1 США и Италия
      • 1.4.2 СССР и США
      • 1.4.3 Россия и Германия
      • 1.4.4 Россия и Япония
  • 2 Примечания
  • 3 Ссылки

Открытие синтезированных элементов по странам

СССР, Россия

В СССР и России были синтезированы элементы нобелий (102), флеровий (114), унунпентий (115), ливерморий (116), унунсептий (117), унуноктий (118).

США

В США были синтезированы элементы прометий (61), астат (85), нептуний (93), плутоний (94), америций (95), кюрий (96), берклий (97), калифорний (98), эйнштейний (99), фермий (100), менделевий (101), сиборгий (106).

Германия

В Германии были синтезированы элементы хассий (108), мейтнерий (109), дармштадтий (110), рентгений (111), коперниций (112).

Спорные приоритеты и совместные результаты

Для ряда элементов приоритет равноутверждён согласно решению совместной комиссии ИЮПАК и ИЮПАП или остаётся спорным:

США и Италия

Технеций (43) - в результате совместной работы получен на ускорителе в Беркли, Калифорния и химически идентифицирован в Палермо, Сицилия.

СССР и США

Лоуренсий (103), резерфордий (104), дубний (105).

Россия и Германия

Борий (107).

Россия и Япония

Унунтрий (113).

Примечания

  1. Emsley John. Nature"s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. - New. - New York, NY: Oxford University Press, 2011. - ISBN 978-0-19-960563-7.
  2. Институт в Дубне стал четвёртым в мире по количеству открытых изотопов
  3. Isotope ranking reveals leading labs англ.
  4. http://flerovlab.jinr.ru/rus/elements.html
  5. Временное название для 115-го элемента; предложено название ланжевений.
  6. Временное название для 117-го элемента;
  7. Временное название для 118-го элемента; предложено название московий.
  8. R. C. Barber et al. Discovery of the transfermium elements (англ.) // Pure and Applied Chemistry. - 1993. - Т. 65. - № 8. - С. 1757-1814.
  9. последнее время мне неоднократно приходилось писать о ситуации с попранием приоритета советских ученых в синтезе сверхтяжелых
  10. О защите приоритета
  11. Chemistry: Periodic Table: darmstadtium: historical information
  12. http://element114.narod.ru/Projects/ao-iupac.html
  13. О защите приоритета
  14. Временное название для 113-го элемента; предложены названия беккерелий, японий, рикений, нихоний.

"Если бы в результате какой-то мировой катастрофы
все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными, и к следующим поколениям людей перешла бы только одна фраза, то какое утверждение,
составленное из наименьшего количества слов, передало бы наибольшую информацию? Я считаю, что
это атомно-молекулярная теория: все тела состоят
из атомов и молекул - маленьких частиц, которые
находятся в постоянном движении, притягиваются
друг к другу на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если их плотнее прижать друг к другу. В одной этой фразе содержится невероятное количество
информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения."
Ричард Фейнман.

В 1869 году Д.И.Менделеев обнародовал периодический закон и его следствие - таблицу элементов.
В 1870 году он назвал таблицу "естественной", а
еще через год - "периодической". Вид первых вариантов таблиц был далек от современного. В то
время были известны только 63 элемента (сейчас
118), не были известны инертные газы, актиноиды,
а, самое главное, отсутствовали сведения о строении атомов. Таблица состояла из 6 вертикальных
столбцов (предшественники современных периодов) и содержала 67 элементов (63 известных + 4
предсказанных). Три из предсказанных (экабор,
экасилиций и экаалюминий) вскоре были открыты
и получили названия соответственно: скандий Sc,
германий Ge и галлий Ga. После этого периодический закон получил всеобщее признание.

"Короткая" форма таблицы, 2000-й год

Объяснение периодической системы элементов – одна из важнейших задач атомной физики.

Сформулируем прежде всего те принципы, на которых основано это объяснение:
1). Состояние электрона в атоме полностью определяется четырьмя квантовыми числами:
главным квантовым числом
n = 1, 2, 3, …;
орбитальным
квантовым числом
l = 0, 1, …, n-1;
магнитным квантовым числом m = 0, ±1, ±2, …, ±l;
магнитным спиновым
квантовым числом
ms = +1/2, -1/2.

2) Принцип Паули: В атоме может существовать только один электрон в состоянии,
характеризуемом данными значениями
четырех квантовых чисел; т.е. два электрона
в одном и том же атоме должны
различаться значениями по крайней мере
одного квантового числа.
3) Атом (как и любая система) устойчив тогда,
когда находится в состоянии с наименьшей
возможной энергией.

Совокупность электронов, обладающих одинаковым главным квантовым числом образует
слой. Слои имеют названия:
n
1
2
3
4
5
6
...
Название
K
L
M
N
O
P
...
Совокупность электронов, имеющих одинаковые
n и l, образует оболочку. Названия оболочек:
l
0
1
2
3
4
5
...
Название
s
p
d
f
g
h
...

Принцип Паули ограничивает число электронов
на той или иной электронной оболочке. Действительно, электроны в невозбужденном атоме
стремятся перейти в состояние с наименьшей
энергией (в устойчивое состояние), которое соответствует минимальным значениям главного
и орбитального чисел. Однако возможность такого перехода ограничена принципом Паули.
Поэтому электроны в невозбужденном атоме
находятся в таких состояниях, при которых
энергия атома является наименьшей, но
распределение по состояниям удовлетворяет
принципу Паули.

Установим теперь, сколько электронов может находится на оболочке и в атоме.

Т.к. число ms может иметь два значения, то в
атоме может быть два электрона с одинаковыми числами n, l, m.
При заданном l квантовое число m может иметь
(2 l +1) значений, следовательно, на оболочке может быть 2(2 l +1) электронов, т.е.
l
0
1
2
3
4
5
6
Название
s
p
d
f
g
h
i
Макс. число
электронов
2
6
10
14
18
22
26

При заданном n квантовое число l может принимать n значений: 0, 1, 2, …, n -1. Поэтому максимальное число электронов в слое можно выразить суммой арифметической прогрессии:
2 2(2(n 1) 1)
2
2(2l 1)
n 2n (17.1)
2
l 0
n 1
n
1
2
3
4
5
6
7
Название
K
L
M
N
O
P
Q
Макс. число
электронов
2
8
18
32
50
72
98

Графические изображения электронных s-, p- и d-оболочек

Графические
изображения
электронных
s-, p- и dоболочек

Графическое изображение 4f-оболочки

Схематические изображения электронных оболочек

Вид электронных оболочек

Конфигурация электронных оболочек атомов записывается с помощью следующих обозначений. Каждая оболочка обозначается соответствующим n и буквой, обозначающей l, а индексом справа вверху обозначается число электронов. Например:
Водород
1s1
Гелий
1s2
Литий
1s22s1
Углерод
1s22s22p2
Кислород
1s22s22p4
Аргон
1s22s22p63s23p6

Итак, принцип Паули дает следующую картину построения электронной оболочки атомов. Каждый
вновь присоединяемый электрон связывается в
состоянии с наименьшими возможными квантовыми числами. Эти электроны постепенно заполняют
слой с одним и тем же главным квантовым числом
n. Когда построение слоя заканчивается, получается устойчивая структура (инертный газ). Следующий электрон начинает заполнение уже нового
слоя и т.д. Эта идеальная схема соблюдается до
18 элемента таблицы Менделеева (до аргона).
Начиная с 19-го элемента (калия) наблюдаются отступления от идеальной схемы. Причина этих отступлений заключается в том, что идеальная схема
не учитывает взаимодействия электронов между
собой.

Например, 19-ый электрон калия должен (согласно идеальной схеме) находиться в 3d-оболочке. Однако химические и спектроскопические
данные указывают на то, что этот электрон находится в 4s-оболочке. Детальный расчет с
учетом взаимодействия электронов показывает, что состояние 3d действительно отвечает
большей энергии, чем 4s.

По этой же причине 20-ый электрон кальция тоже
присоединяется в 4s-состояние, а нормальное заполнение 3d-оболочки начинается у скандия. Аналогичное нарушение нормального порядка наблюдается у рубидия, цезия, франция. Другое отступление
от нормального порядка заполнения слоев имеет
место у редких земель (Z = 57 - 70): идет заполнение
4f-оболочки после заполнения оболочек 5s, 5p и 6s.

Еще несколько примеров конфигураций электронных оболочек атомов:
19 Калий
1s22s22p63s23p64s1 = 4s1
20 Кальций
4s2
36 Криптон
4s23d102p6
37 Рубидий
4s23d102p65s1 = 5s1
43 Технеций
5s14d6
54 Ксенон
5s24d105p6
55 Цезий
6s1
56 Барий
6s2
57 Лантан
6s25d1
71 Лютеций
6s25d14f14
86 Радон
6s25d104f146p6

Таким образом, атомная физика полностью объяснила периодическую таблицу элементов. Причем
теория не только объяснила, но и уточнила таблицу. До 1922г. элемент Z=72 не был известен. Он
был предсказан Менделеевым, и ему было оставлено место в группе редких земель. Однако по теоретическим соображениям, группа редких земель
должна содержать 14 элементов (т.к. на 4f оболочке может находиться 14 электронов), т.е. должна
заканчиваться 71-м элементом, а элемент Z=72
должен быть аналогом циркония и титана. На это
впервые указал Н. Бор, и вскоре элемент 72 (гафний) был открыт в циркониевых рудах и по своим
химическим и оптическим свойствам оказался аналогом титана и циркония, а не элементов группы
редких земель.

Недостатки короткой формы таблицы

Из-за того, что короткая таблица ограничена 8-ю
столбцами, приходится подразделять 4-й и следующие периоды на ряды и подгруппы, что лишено
химического смысла. Например, в I группе находятся щелочные металлы и резко отличающиеся
от них по химическим свойствам золото, серебро и
медь. В VII группе находятся галогены и тугоплавкий металл рений. Максимально противоречива
структура VIII группы. В нее включена "триада" железа (Fe, Co, Ni), семейство платиновых металлов
(Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) и инертные газы. Имеются и
другие недостатки.

Длинная форма таблицы

В 1989 году Международный союз теоретической и
прикладной химии (International Union of Pure and
Applied Chemistry - IUPAC, ИЮПАК) отменил короткую форму и утвердил новую "длинную" форму. Она состоит из 18 групп, обозначенных арабскими цифрами. Но чтобы сохранить преемственность, параллельно новым номерам групп записаны старые номера римскими цифрами с указанием
подгрупп (а, б), как в короткой форме. При этом fэлементы (лантаноиды и актиноиды) остались в
третьей группе, и для них, как и раньше, выделены отдельные строки.

"Длин-ная" фор-ма таб-лицы, 2004г

"Длинная"
форма
таблицы,
2004г

Перио-дическая система элемен-тов, предло-женная Н.Бором в 1921г

Периодическая
система
элементов,
предложенная
Н.Бором
в 1921г

Перио-дическая система, предло-женная Н.Бором, и дополнен-ная новыми элементами

Периодическая
система,
предложенная
Н.Бором, и
дополненная новыми
элементами

Состав атомных ядер

Ядра состоят из протонов и нейтронов. Электрический заряд протона e = 1.6·10-19 Кл, у нейтрона электрический заряд равен 0. Массы протона и нейтрона почти одинаковы:
mp = 1.6724·10-27кг = 938.3 Мэв,
mn = 1.6748·10-27кг = 939.6 Мэв
mn - mp = 1.3 Мэв
Свойства протона и нейтрона по отношению к ядерным силам одинаковы; современная физика считает их двумя состояниями одной частицы: нуклона. Сумма протонов и нейтронов в ядре (т.е. число
нуклонов) называется массовым числом:
A=Z+N

В настоящее время известно (существуют в природе
или получены искусственно) ок. 3000 ядер с различными значениями Z и A, из них стабильных 268
и 17 "долгоживущих" (долгоживущими называются
радиоактивные ядра, период полураспада которых
больше, чем 5·108лет, и поэтому они есть в природе). Всего стабильных и долгоживущих ядер 285;
остальные ядра - радиоактивные, их более 2700.
Число протонов Z равно порядковому номеру элемента в таблице Д.И.Менделеева. В настоящее
время известны ядра со значениями Z от 0 до 118.
Число нейтронов N может быть различным; ядра с
одинаковыми числами протонов, но разными числами нейтронов, называются изотопами.

Большинство элементов имеют по несколько стабильных изотопов, рекорд принадлежит олову
(Z=50), у которого 10 стабильных изотопов.
Но некоторые элементы (их 24) имеют только по одному стабильному изотопу, а элементы с номерами Z = 43 (технеций), Z = 61 (прометий), а также
все, элементы, начиная с Z = 84 (полоний), не имеют ни одного стабильного изотопа.
Примеры изотопов:
Общее обозначение: AXZ , где X - символ химического элемента. Иногда пишут так: ZA X.
Водород имеет 2 стабильных изотопа (они есть в
природе): 1H1 (легкий водород, протий) и 2H1 (тяжелый водород, дейтерий), а также радиоактивный
изотоп 3H1 (сверхтяжелый водород, тритий).

Другие примеры изотопов:
Гелий имеет 2 стабильных изотопа (они также есть в
природе): 4He2 (обычный гелий) и 3He2 (легкий гелий). Искусственно получены короткоживущие (доли секунды) изотопы 6He2, 8He2, 10He2.
Уран имеет 2 нестабильных, но долгоживущих изотопа (есть в природе): 238U92 (99.3%) и 235U92 (0.7%).
Искусственно получены еще 12 изотопов с временами жизни от 2.5·105лет до нескольких минут.
Ядра с одинаковыми массовыми числами A (но разными Z и N) называются изобарами. Например:
Радиоактивный сверхтяжелый водород тритий 3H1 и
стабильный легкий гелий 3He2.
Радиоактивный углерод-14 ("радиоуглерод") 14C6 и
стабильный азот 14N7.

Искусственные химические элементы

До 1937г оставались неизвестными 4 элемента до
урана: с номерами Z = 43, 61, 85, 87. В 1937г итальянские физики К.Перрье (C.Perrier) и Э.Сегре (E.Segre), работавшие на циклотроне в г. Беркли (США),
облучая молибден дейтронами (ядрами дейтерия)
получили элемент №43, названный технецием:
2
H1 Mo42 Tc43 n
98
99
Для определения химических свойств технеция его
растворили в царской водке, и обнаружили, что он
не осаждается с цирконием, ниобием и молибденом,
а осаждается с марганцем и рением, которые, следовательно, являются химическими гомологами технеция, причем в периодической таблице один из них
находится выше технеция, а другой ниже.

Технеций (Technetium, Tc)

В настоящее время известно 16 изотопов технеция с
массовыми числами от 92 до 107. Наиболее долгоживущие из них: 98Tc43 (T1/2=4.2·106 лет) и 99Tc43 (T1/2=
2.1·105 лет). Позднее технеций в ничтожных количествах был обнаружен в урановых рудах, где он образуется при делении ядер урана. В свободном виде это
серебристо-серый металл, ρ = 11.5 г/см3, Тпл = 2172оС.
Используется как источник бета-частиц в различных
приборах, а также в медицине. Установлено также,
что соли технециевой кислоты (например, KTcO4) являются высокоэффективными ингибиторами коррозии. В количествах, достаточных для практического
использования, технеций получают из отходов атомной промышленности.

Франций

Элемент №87 был обнаружен в 1939 году французским радиохимиком Маргаритой Перей (Marguerite
Perey) в продуктах распада природного радиоактивного изотопа актиния-227:
227
Ac89
223
Fr87 He2
4
В настоящее время известно 34 изотопа франция с
массовыми числами от 199 до 232. Наиболее долгоживущий из них: 223Fr87 (T1/2=22 минуты). Он испытывает альфа- и бета-распады, при этом образуются
соответственно астат-219 и радий-223. В ядерной реакции 18O8 + 197Au79 → 210Fr87 + 5n получают изотоп
210Fr (T =3 минуты). Он испытывает альфа-распад,
87
1/2
при этом образуется астат-206.

Франций

Франций - первый элемент 7-го периода таблицы
Д.И.Менделеева и самый химически активный щелочной металл. Формула его электронной оболочки 7s1.
В настоящее время изотоп франция-223 используют
в радиохимических определениях актиния-227, т.к.
его бета-излучение легче регистрировать, чем
альфа-частицы актиния. Других практических применений франций и его соли не имеют в связи с
малым периодом полураспада. М.Перей пыталась
применить франций в медицине. Ей далось обнаружить, что франций накапливается в клетках ра-ковых
опухолей, но из-за быстрого распада не ус-певает
оказать терапевтическое действие.

Астат (Astatium, At)

Элемент №85 был получен в 1940 году (Д.Корсон,
К.Р.Маккензи, Э.Сегре, Калифорнийский университет в Беркли) в реакции:
4He
209Bi → 211At + 2n
+
2
83
85
В настоящее время известно 37 изотопов астата с
массовыми числами от 191 до 229. Наиболее долгоживущие из них: 209At85 (T1/2=5.5 часа), 210At85 (T1/2 =
8.3 часа) и 211At85 (T1/2=7.2 часа); они испытывают
альфа-распады и e-захваты, при этом образуются
соответственно висмут и полоний.
Гомологом астата является йод. Астат - предпоследний элемент 6-го периода; за ним следует инертный газ радон. Формула электронной оболочки астата 4f145d106s26p5.

Применение астата

Изотоп астат-211 считается перспективным для применения в медицине. Это чистый (т.е. без сопровождающего гамма- или бета-излучения) источник
альфа-частиц. При его распаде образуются альфа
-частицы, с энергией 6,8 МэВ. Длина их пробега в
биологических тканях составляет всего 60 мкм, поэтому при локализации астата в опухоли ионизация происходит в малом объёме, и окружающие
ткани не страдают от его радиоизлучения. Астат
считается эффективным средством лечения щитовидной железы, т.к. подобно йоду, может накапливаться в этом органе, а также меланомы (одного из
наиболее злокачественных новообразований).

Прометий (Prometium, Pm)

В 1945г американские химики Д.Маринский (J.Marinsky), Л.Гленденин (L.Glendenin) и Ч.Кориэлл (C.Coryell) с помощью ионообменных смол выделили 61й элемент из продуктов деления урана. R 1950-му
году химические свойства этого элемента были
исследованы, и комиссия IUPAC присвоила этому
элементу название прометий (в честь мифического героя Прометея).
В настоящее время известно 14 изотопов прометия с
массовыми числами от 140 до 154. Наиболее долгоживущий из них: 145Pm61 (T1/2=18 лет).
Прометий является одним из лантаноидов, и по химическим свойствам от них не отличается. Формула его электронной оболочки 6s24f5.

Применение прометия

Металлический прометий имеет гексагональную кристаллическую структуру, плотность 7.3г/см3, температура плавления ок.1100оС, кипения ок.3000оС.
Наибольшее практическое значение имеет бетаактивный изотоп 147Pm61 (T1/2=2.6 года), который образуется в ядерных реакторах. Его распад не сопровождается гамма-излучением, поэтому его используют для производства безопасных радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде оксида Pm2O3, а также как компонент световых
составов радиолюминофоров (люминесцентных
составов, которые светятся под действием бетачастиц) длительного действия (несколько лет).

Первые трансурановые элементы: нептуний и плутоний

Эти элементы получают в результате реакции
радиационного захвата нейтрона ядрами ура238
239
на-238:
n
U 92
U 92
239
Np93 e e
(23мин)
Np93
239
Pu94 e e
(2.3дня)
239
239
U 92
Это тяжелые металлы с плотностью ок. 20 г/см3 и
температурой плавления ок. 640оС. Их физические и химические свойства изучены так же
хорошо, как и естественных элементов.

Нептуний и плутоний получили свои названия по
аналогии с названиями планет Солнечной системы: Нептун и Плутон, которые расположены за
Ураном. Нептуний впервые получили Э.Макмиллан (McMillan E.) и Ф.Абельсон (Abelson Ph.) в национальной лаборатории им. Э.Лоуренса в г. Беркли (США) в 1940 году. В той же лаборатории, в том
же 1940 году Э.Макмиллан и Г.Сиборг (Seaborg G.)
получили плутоний (нобелевская премия по химии
1951г). Для изучения физических и химических
свойств этих элементов к 1942 году ценой больших усилий удалось получить ок. 0.5 мг солей этих
элементов. В настоящее время изотоп 239Pu94 производится в количествах, измеряемых десятками
тонн в год.

В настоящее время известно 15 изотопов нептуния,
наиболее долгоживущий среди них изотоп 237Np93
(T1/2 =2.14·106 лет).
У плутония известно 20 изотопов, наиболее долгоживущий среди них изотоп 244Pu94 (T1/2=8.2·107 лет).
Изотоп 239Pu94 имеет T1/2 = 24100 лет.
По строению электронной оболочки атома и по своим химическим свойствам оба эти элемента относятся к актиноидам (идет заполнение 5f-оболочки
при заполненных 6s-, 6p- и 7s- оболочках). В свободном виде это серебристо-белые металлы, температура плавления ок. 640оС, кипения ок. 3500оС.
Как и все тяжелые металлы, эти элементы очень
токсичны, как в свободном виде, так и в виде химических соединений.

Америций
После того, как было накоплено достаточное количество плутония-239, появилась возможность получения следующих трансурановых элементов.
95-й элемент был получен в 1944 г также в лаборатории им. Э.Лоуренса в г. Беркли (США) группой
американских физиков под рук. Г.Сиборга в результате двух реакций захвата нейтрона ядрами
плутония и бета-распада плутония-241:
n
239
Pu94
240
Pu94
n 240 Pu94 241Pu94
241
Pu94
241
Am95 e e

Назван в честь страны открытия, латинское название Americium (Am). В настоящее время известно
11 изотопов америция, наиболее долгоживущий
среди них изотоп 243Am95 (T1/2 = 7370 лет).
По строению электронной оболочки атома и по своим химическим свойствам относится к актиноидам.
В свободном виде это серебристый металл, температура плавления ок. 1180оС, кипения 2070оС,
плотность 13.7 г/см3.
Применяется для изготовления нейтронных источников (в смеси с бериллием). Сообщалось также, что
некоторые изотопы америция имеют малую критическую массу, и могут использоваться для создания тактического ядерного оружия ("ядерных снарядов" и "ядерных пуль").

Кюрий
96-й элемент также был получен в 1944 г в той же
лаборатории в США той же группой физиков под
рук. Г.Сиборга в результате реакции
4
He2
239
Pu94
Cm96 n
242
Назван в честь Пьер Кюри и Марии Склодовской-Кюри, латинское название Curium (Cm). В настоящее
время известно 14 изотопов кюрия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 247Cm96 (T1/2 = 1.6·107
лет). По строению атома и по химическим свойствам относится к актиноидам. В свободном виде
это серебристо-белый металл, температура плавления ок. 1345оС, кипения 3200оС, плотность 13.5
г/см3. Применяется для изготовления компактных
источников тока в космонавтике.

Берклий
После накопления достаточного количества америция, в 1949 году в той же лаборатории в США под
рук. Г.Сиборга был получен 97-й элемент в результате реакции
4
241
243
He2
Am95
Bk97 2n
названный в честь города Беркли (Berkeley), латинское название Berkelium (Bk). В настоящее время
известно 10 изотопов берклия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 247Bk97 (T1/2 = 1380 лет). По
строению атома и по химическим свойствам относится к актиноидам. Температура плавления
986оС, кипения 2585оС, плотность 14.8 г/см3. Применяется, так же, как и кюрий, для изготовления
компактных источников тока в космонавтике.

Калифорний
После накопления достаточного количества кюрия, в
1950 году в США под рук. Г.Сиборга был получен
98-й элемент в результате реакции
4
He2 242Cm96 245Cf98 n
Латинское название Californium (Cf). Сейчас известно 15 изотопов калифорния, наиболее долгоживущий среди них изотоп 251Cf98 (T1/2 = 900 лет). По
строению атома относится к актиноидам. Температура плавления 900оС, плотность 15.1 г/см3.
Практическое значение имеет 252Cf98 (T1/2 = 2.6 г),
который является мощным источником нейтронов
(3·1012 нейтронов на 1 г 252Cf98). Возможно также
использование 251Cf98 для изготовления компактных ядерных пуль (критическая масса 10г).

Эйнштейний и Фермий
99-й и 100-й элементы открыли американские физики А.Гиорсо (A.Ghiorso), С.Томпсон (S.G.Thompson) и Г.Хиггинс (G.H.Higgins) в 1952г при анализе
продуктов взрыва водородной бомбы. В момент
взрыва за время 10-7с образуется 1024 нейтронов,
поэтому ядро урана успевает захватить сразу 1517 нейтронов, а дальше в результате цепочки бета-распадов образуются 99-й и 100-й элементы:
U 92 15n
238
U 92 ...
253
253
Es99
U 92 17n 255U 92 ... 255 Fm100
238
Названия даны в честь А.Эйнштейна и Э.Ферми. Латинские названия: Einsteinium (Es) и Fermium (Fm).

Позднее эти элементы были также получены по традиционной схеме, облучением ядер берклия и калифорния альфа-частицами.
В настоящее время известно 13 изотопов эйнштейния и 16 изотопов фермия. Наиболее долгоживущие среди них: изотоп 254Es99 (T1/2 = 276 дней) и
257Fm
100 (T1/2 = 94 дня).
По строению атома и по химическим свойствам оба
эти элемента относятся к тяжелым актиноидам
(почти заполнена 5f-оболочка: у эйнштейния 11
электронов, у фермия 12 электронов на 5f-оболочке при заполненных 6s-, 6p- и 7s- оболочках).
Мишени, содержащие атомы эйнштейния и фермия,
использовались для получения следующих трансурановых элементов.

Менделевий
После того, как было накоплено достаточное количество атомов эйнштейния, в 1955 году в той же лаборатории в США, что и предыдущие трансурановые элементы (рук. Г.Сиборг) был получен 101-й
элемент в реакции:
4
He2
253
Es99
256
Md101 n
Название дано в честь Д.И.Менделеева, латинское
название Mendelevium (Md).
По строению атома менделевий относится к тяжелым актиноидам: 13 электронов на 5f-оболочке
при заполненных 6s-, 6p- и 7s- оболочках. Сейчас
известно 9 изотопов менделевия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 258Md101 (T1/2 = 55 дней).

Нобелий, Nobelium (No)
Впервые о синтезе 102-го элемента сообщила в 1957
г международная группа физиков, работав-ших в
Стокгольме (Швеция), которая и назвала его в
честь А.Нобеля. Однако в дальнейшем это открытие не подтвердилось. В 1958 г группа Г.Сиборга объявила об открытии 254No102, однако свойства
этого изотопа были определены с большой погрешностью.
В 1961 г в России, в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковном г. Дубна был построен ускоритель тяжелых ионов: циклотрон У-400, на котором в 1963-1966 гг под рук.
Г.Н.Флерова были получены надежные сведения
об этом элементе.


У-400

Ускоритель тяжелых ионов Дубненский циклотрон
У-400

102-й элемент был получен в 3-х реакциях:
15
N7 243 Am95 254 No102 4n
16
O8 242 Pu94 254 No102 4n
22
Ne10
U 92
238
256
No102 4n
В настоящее время известно 10 изотопов нобелия,
наиболее долгоживущий среди них изотоп 259No102
(T1/2 = 58 минут).
Нобелий является последним элементом группы актиноидов: у него полностью заполнена 5f-оболочка
(14 электронов), а также заполнены 6s-, 6p- и 7sоболочки.

Лоуренсий, Lawrencium (Lr)
Впервые о синтезе ядер 103-го элемента в 1961 г сообщил А.Гиорсо (лаборатория в Беркли). Название дано в честь американского физика Эрнеста
Лоуренса, создателя циклотрона (нобелевская
премия 1939г). В 1965-1967 гг Г.Н.Флеров в Дубненской лаборатории ОИЯИ получил 103-й элемент в реакции 18
243
256
O8
Am95
Lr103 5n
и исследовал свойства этого элемента. Сейчас известны 9 изотопов лоуренсия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 260Lr103 (T1/2 = 3 минуты).
По современным уточненным данным Лоуренсий является уже d-элементом, т.к. с него начинается заполнение d-оболочки (1 электрон на 6d-оболочке).

Резерфордий (Rf)
С 60-х гг прошлого века, после того, как был построен У-400, дубненская лаборатория получила возможность на-равных соревноваться в синтезе трансурановых элементов с лабораторией в Беркли. Первый изотоп 104-го элемента был получен Г.Н.Флеровым в 1964 г в реакции 22
242
260
Ne10
Pu94
Rf104 4n
Вскоре после этого Г.Сиборг в Беркли получил несколько других изотопов. Сейчас известно 8 изотопов
резерфордия, наиболее долгоживущий среди них
изотоп 261Rf104 (T1/2 = 70 секунд). По химическим свойствам резерфордий является d-элементом, аналогом гафния и циркония (2 электрона на 6d-оболочке). В России 104-й элемент назывался Курчатовий,
но в 1997г ИЮПАК утвердил название Резерфордий

105-й элемент Дубний (Db) впервые получен в 1970 г
в Дубне в реакции
22
Ne10 243 Am95 262 Db105 4n
Сейчас известно 4 изотопа дубния, наиболее долгоживущий среди них изотоп 262Db105 (T1/2=40 секунд).
106-й элемент Сиборгий (Sg) получен в 1974 г в реакции
54
207
259
Cr24
Pb82
Sg106 2n
назван в честь Гленна Сиборга.
107-й элемент Борий (Bh) получен в 1976г в реакции
54
Cr24
209
Bi83
261
Bh107 2n
назван в честь Нильса Бора (N.Bohr).

108-й элемент Хассий (Hs) синтезирован в 1984 г в
лаборатории г. Дармштадт (Германия) в реакции:
58
Fe26 208 Pb82 265 Hs108 n
Назван в честь немецкой земли Гессен (Hassia). Наиболее долгоживущий изотоп 270Hs108 (T1/2 = 22с).
109-й элемент Мейтнерий (Mt) синтезирован там же
в 1982 г в реакции: 58
209
266
Fe26
Bi83
Mt109 n
Назван в честь австрийской ученой Лизе Мейтнер.
Наиболее долгоживущий изотоп 278Mt109 (T1/2 = 7.6с).
110-й элемент Дармштадтий (Ds) синтезирован там
же в 1995г в реакции
62
Ni28
208
Pb82
269
Ds110 n
Наиболее долгоживущий изотоп 281Ds110 (T1/2 = 9.6с).

111-й элемент Рентгений (Rg) синтезирован в 1994 г
в лаборатории г. Дармштадт в реакции:
64
Ni28 209 Bi83 272 Rg111 n
Наиболее долгоживущий изотоп 281Rg111 (T1/2 = 26с).
112-й элемент Коперниций (Cn) синтезирован там же
в 1996 г в реакции:
70
Zn30
208
Pb82
Cn112 n
277
Наиболее долгоживущий изотоп 285Cn112 (T1/2 = 30с).
113-й элемент Нихоний (Nh) синтезирован в 2004г в
Японском исследовательском центре в реакции
48
Ca20
237
Np93
282
Nh113 3n
Японцы называют свою страну Нихон (страна восходящего солнца). Наиболее долгоживущий изотоп
286Nh
113 (T1/2 =19.6с).

114-й элемент Флеровий (Fl) синтезирован в России
в ОИЯИ (г. Дубна) в 1999 г в реакции:
48
Ca20 244 Pu94 288 Fl114 4n
Назван в честь Георгия Николаевича Флерова. Наиболее долгоживущий изотоп 289Fl114 (T1/2 = 2.7с).
115-й элемент Московий (Mc) синтезирован в 2004 г
там же в реакции: 48
243
272
Ca20
Am95
Mc115 2n
Наиболее долгоживущий изотоп 289Mc115 (T1/2 =0.16с).
116-й элемент Ливерморий (Lv) синтезирован в США
в 2000г в исследовательском центре в г. Ливермор
в реакции
48
Ca20 248Cm96 293 Lv116 3n
Наиболее долгоживущий изотоп 293Lv116 (T1/2 = 53мс).

117-й элемент Теннесин (Ts) синтезирован в США в
2010 г в реакции: 48
249
294
Ca20
Bk97
Ts117 3n
Назван в честь штата Теннеси, где в г. Ок-Ридж находится Национальная лаборатория Министерства энергетики США. Наиболее долгоживущий изотоп 294Ts117 (T1/2 = 51мс).
118-й элемент Оганесон (Og) синтезирован в России
в ОИЯИ (г. Дубна) в 2006 г в реакции:
86
Kr36 208 Pb82 293Og118 n
Назван в честь Юрия Цолаковича Оганесяна. Пока
известен один изотоп, T1/2=0.89мс. Оганесон завершает седьмой период таблицы Менделеева, по химическим свойствам он должен быть аналогом инертных газов, отсюда название ("он", а не "ий").

Зависимость энергии связи ядра от параметра деформации

Пунктирная кривая соответствует Z2/A > 49, т.е.
Z > 125, A > 320.
Для сплошной кривой
Z2/A < 49.
Оценки с помощью капельной модели ядра показывают, что ядро с числом
протонов Z > 125, должно "мгновенно" (за ядерное
время 5·10-22 с) разделиться на осколки, т.е. периодическая таблица Менделеева должна закончиться в районе 125-го элемента.

Зависимость T1/2
спонтанного деления от параметра
Z2/A. Белые кружочки - экспериментальные данные; пересекающая рисунок сплошная кривая рассчитана по капельной модели
ядра.
(10-6 года = 31.5с)
Похожие публикации: