Radioaktivni hemijski element. Veštački radioaktivni element
Od 26 trenutno poznatih transuranijumskih elemenata, 24 se ne nalaze na našoj planeti. Stvorio ih je čovjek. Kako se sintetišu teški i superteški elementi?
Alexey Levin
Prvu listu od trideset i tri navodna elementa, Tabelu supstanci koje pripadaju svim kraljevstvima prirode, koji se mogu smatrati najjednostavnijim sastojcima tijela, objavio je Antoine Laurent Lavoisier 1789. godine. Uz kisik, dušik, vodonik, sedamnaest metala i još nekoliko stvarnih elemenata, u njemu su se pojavili svjetlost, kalorija i neki oksidi. A kada je 80 godina kasnije Mendeljejev smislio periodni sistem, hemičari su poznavali 62 elementa. Do početka 20. stoljeća smatralo se da u prirodi postoje 92 elementa, od vodonika do uranijuma, iako neki od njih još nisu otkriveni.
Međutim, već u kasno XIX stoljeća, naučnici su pretpostavljali postojanje elemenata koji slijede uranijum u periodnom sistemu (transurani), ali oni nisu mogli biti otkriveni. Sada je poznato da zemljina kora sadrži u tragovima elemente 93 i 94 - neptunijum i plutonijum. Ali historijski, ovi elementi su prvo dobiveni umjetno, a tek onda otkriveni u sastavu minerala.
Od prva 94 elementa, 83 imaju ili stabilne ili dugovječne izotope čije je vrijeme poluraspada usporedivo sa starošću. Solarni sistem(došli su na našu planetu iz protoplanetarnog oblaka). Život preostalih 11 prirodnih elemenata je mnogo kraći, te stoga nastaju u zemljinoj kori samo kao rezultat radioaktivnih raspada kratko vrijeme. Ali šta je sa svim ostalim elementima, od 95 do 118? Nema ih na našoj planeti. Svi su dobijeni vještačkim putem.
Prvi veštački
Stvaranje vještačkih elemenata ima dugu istoriju. Osnovna mogućnost ovoga postala je jasna 1932. godine, kada su Werner Heisenberg i Dmitry Ivanenko došli do zaključka da se atomska jezgra sastoje od protona i neutrona. Dvije godine kasnije, grupa Enrica Fermija pokušala je proizvesti transuranije zračenjem uranijuma sporim neutronima. Pretpostavljalo se da će jezgro urana uhvatiti jedan ili dva neutrona, nakon čega će proći beta raspad da bi proizveo elemente 93 ili 94. Čak su požurili da objave otkriće transurana, koje je Fermi nazvao ausonijum i hesperijum u svom Nobelovom govoru 1938. Međutim, njemački radiohemičari Otto Hahn i Fritz Strassmann, zajedno s austrijskom fizičarkom Lise Meitner, ubrzo su pokazali da je Fermi pogriješio: ovi nuklidi su bili izotopi već poznatih elemenata, nastali cijepanjem jezgri urana na parove fragmenata približno iste mase. . Upravo je ovo otkriće, napravljeno u decembru 1938. godine, omogućilo stvaranje nuklearnog reaktora i atomska bomba.
Unutar jezgara nalaze se protonske i neutronske ljuske, donekle slične elektronskim omotačima atoma. Na spontane transformacije posebno su otporna jezgra sa potpuno ispunjenim ljuskama. Broj neutrona i protona koji odgovara takvim školjkama naziva se magija. Neki od njih su određeni eksperimentalno - to su 2, 8, 20 i 28. Modeli školjke omogućavaju da se teoretski izračunaju "magični brojevi" superteških jezgara, iako bez potpune garancije. Postoji razlog za očekivati da će neutron broj 184 biti magičan. Može odgovarati protonskim brojevima 114, 120 i 126, a potonji, opet, mora biti magičan. Ako je to tako, onda će izotopi 114., 120. i 126. elementa, koji sadrže po 184 neutrona, živjeti mnogo duže od svojih susjeda u periodnom sistemu - minutima, satima ili čak godinama (ova oblast tablice je obično se naziva ostrvo stabilnosti). Naučnici svoje najveće nade polažu u posljednji izotop sa dvostruko magičnim jezgrom.
Prvi sintetizovani element uopšte nije bio transuranijum, već ekamangan, koji je predvideo Mendeljejev. Tražili su ga u raznim rudama, ali bezuspješno. A 1937. godine, ekamangan, kasnije nazvan tehnecij (od grčkog - umjetni), dobiven je ispaljivanjem jezgri deuterijuma na molibdensku metu, ubrzano u ciklotronu u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Berkeley.
Laki projektili
Elementi 93 do 101 su dobijeni interakcijom jezgara uranijuma ili kasnijih jezgara transuranija sa neutronima, deuteronima (jezgra deuterijuma) ili alfa česticama (jezgra helijuma). Prvi uspjeh ovdje su postigli Amerikanci Edwin McMillan i Philip Abelson, koji su 1940. sintetizirali neptunijum-239, radeći na Fermijevoj ideji: hvatanje sporih neutrona uranijumom-238 i kasnijim beta raspadom uranijuma-239.
Sledeći, element 94, plutonijum, prvi put je otkriven proučavanjem beta raspada neptunija-238, dobijenog deuteronskim bombardovanjem uranijuma na Univerzitetu Kalifornije, Berkli ciklotron početkom 1941. I ubrzo je postalo jasno da je plutonijum-239, pod uticajem sporih neutrona, fisilan ništa lošiji od uranijuma-235 i može poslužiti kao punjenje atomske bombe. Stoga su svi podaci o proizvodnji i svojstvima ovog elementa povjerljivi, a članak MacMillana, Glenna Seaborga (za svoja otkrića podijelili su nobelova nagrada 1951) i njihove kolege s porukom o drugom transuranijumu pojavili su se u štampi tek 1946. godine.
Američke vlasti su također skoro šest godina odlagale objavljivanje otkrića 95. elementa, americija, koji je krajem 1944. godine Seaborgova grupa izolirala od proizvoda neutronskog bombardiranja plutonija u nuklearnom reaktoru. Nekoliko mjeseci ranije, fizičari iz istog tima dobili su prvi izotop elementa 96 atomske težine 242, sintetiziran bombardiranjem uranijuma-239 ubrzanim alfa česticama. Nazvan je curium u znak priznanja za naučna dostignuća Pjera i Marije Kiri, čime je otvorena tradicija imenovanja transurana u čast klasika fizike i hemije.
60-inčni ciklotron Univerziteta u Kaliforniji bio je mjesto stvaranja još tri elementa, 97, 98 i 101. Prva dva su dobila imena po mjestu rođenja - Berkeley i California. Berkeley je sintetiziran u decembru 1949. bombardiranjem americijeve mete alfa česticama sintetiziran je dva mjeseca kasnije istim bombardiranjem kurijuma. 99. i 100. element, einsteinium i fermium, otkriveni su tokom radiohemijske analize uzoraka prikupljenih na području atola Eniwetak, gdje su 1. novembra 1952. godine Amerikanci detonirali termonuklearni naboj od deset megatona "Mike", čija je školjka napravljena od uranijuma-238. Tokom eksplozije, jezgra uranijuma su apsorbovala do petnaest neutrona, nakon čega su pretrpjele lance beta raspada, što je dovelo do stvaranja ovih elemenata. Element 101, mendelevijum, otkriven je početkom 1955. Seaborg, Albert Ghiorso, Bernard Harvey, Gregory Choppin i Stanley Thomson podvrgnuli su bombardiranju alfa česticama oko milijardu (ovo je vrlo malo, ali jednostavno više nije bilo) atoma einsteiniuma elektrolitički taloženih na zlatnu foliju. Uprkos izuzetno velikoj gustoći snopa (60 triliona alfa čestica u sekundi), dobijeno je samo 17 atoma mendelevija, ali su utvrđena njihova zračenja i hemijska svojstva.
Teški joni
Mendelevij je bio posljednji transuranijum proizveden korištenjem neutrona, deuterona ili alfa čestica. Za dobivanje sljedećih elemenata bile su potrebne mete iz elementa broj 100 - fermijum, koje je tada bilo nemoguće proizvesti (i sada se u nuklearnim reaktorima fermijum dobija u nanogramskim količinama).
Naučnici su krenuli drugačijim putem: koristili su jonizovane atome, čija jezgra sadrže više od dva protona (oni se zovu teški joni), za bombardovanje ciljeva. Da bi se ubrzali snopovi jona, bili su potrebni specijalizirani akceleratori. Prva takva mašina, HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator), lansirana je u Berkliju 1957. godine, druga, U-300 ciklotron, lansirana je u Laboratoriju za nuklearne reakcije Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja u Dubni 1960. godine. Kasnije su u Dubni puštene u rad snažnije instalacije U-400 i U-400M. Još jedan UNILAC (Univerzalni linearni akcelerator) akcelerator radi od kraja 1975. godine u njemačkom Helmholtz centru za istraživanje teških jona u Wickhausenu, jednom od okruga Darmstadta.
Prilikom bombardiranja ciljeva od olova, bizmuta, uranijuma ili transurana teškim ionima nastaju visoko pobuđene (vruće) jezgre koje se ili raspadaju ili oslobađaju višak energije emisijom (isparavanjem) neutrona. Ponekad ove jezgre emituju jedan ili dva neutrona, nakon čega prolaze kroz druge transformacije - na primjer, alfa raspad. Ova vrsta sinteze naziva se hladna. U Darmstadtu su uz njegovu pomoć dobijeni elementi s brojevima od 107 (borijum) do 112 (kopernicijum). Na isti način su japanski fizičari 2004. godine stvorili jedan atom 113. elementa (godinu ranije dobiven je u Dubni). Tokom vruće fuzije, novorođena jezgra gube više neutrona - od tri do pet. Na taj način su Berkeley i Dubna sintetizirali elemente od 102 (nobelijum) do 106 (seaborgium, u čast Glena Seaborga, pod čijim je vodstvom nastalo devet novih elemenata). Kasnije je u Dubni na ovaj način napravljeno šest najmasovnijih superteškaša - od 113. do 118. Međunarodna unija za čistu i primijenjenu hemiju (IUPAC) je do sada odobrila samo nazive 114. (flerovium) i 116. (livermorijum) elemenata.
Samo tri atoma
118. element s privremenim imenom ununoctium i simbolom Uuo (prema pravilima IUPAC-a, privremena imena elemenata formiraju se od latinskog i grčkog korijena imena cifara njihovog atomskog broja, un-un-oct (ium) - 118) nastao je zajedničkim naporima dvije naučne grupe: Dubne pod vodstvom Yurija Oganesyana i Livermore National Laboratory pod vodstvom Kentona Moodyja, studenta Seaborga. Ununoktijum se nalazi ispod radona u periodnom sistemu i stoga može biti plemeniti gas. Međutim, njegova hemijska svojstva još nisu utvrđena, budući da su fizičari stvorili samo tri atoma ovog elementa s masenim brojem 294 (118 protona, 176 neutrona) i poluživotom od oko milisekunde: dva 2002. i jedan u 2005. Dobiveni su bombardiranjem mete Kalifornije-249 (98 protona, 151 neutron) jonima teškog izotopa kalcija atomske mase 48 (20 protona i 28 neutrona), ubrzanim u akceleratoru U-400. Ukupan broj kalcijumskih "metaka" bio je 4,1x1019, tako da je produktivnost Dubna "ununoctium generatora" izuzetno niska. Međutim, prema Kentonu Moodyju, U-400 je jedina mašina na svijetu koja može sintetizirati 118. element.
“Svaka serija eksperimenata o sintezi transuranija dodaje nove informacije o strukturi nuklearne materije, koje se koriste za modeliranje svojstava superteških jezgara. Konkretno, rad na sintezi 118. elementa omogućio je odbacivanje nekoliko prethodnih modela, podsjeća Kenton Moody. „Metu smo napravili od kalifornija, jer teži elementi nisu bili dostupni u potrebnim količinama. Kalcijum-48 sadrži osam dodatnih neutrona u odnosu na njegov glavni izotop kalcijum-40. Kada se njegovo jezgro spojilo sa jezgrom kalifornija, formirale su se jezgre sa 179 neutrona. Bili su u jako uzbuđenim i stoga posebno nestabilnim stanjima, iz kojih su brzo izašli, ispuštajući neutrone. Kao rezultat, dobili smo izotop elementa 118 sa 176 neutrona. A to su bili pravi neutralni atomi sa punim setom elektrona! Da su živjeli malo duže, bilo bi moguće procijeniti njihova hemijska svojstva.”
„Elementi od 113 do 118 su kreirani na osnovu izvanredne metode razvijene u Dubni pod vodstvom Yurija Oganesyana“, objašnjava član tima iz Darmstadta Alexander Yakushev. - Umjesto nikla i cinka, koji su korišćeni za gađanje ciljeva u Darmštatu, Oganesjan je uzeo izotop sa mnogo manjom atomskom masom - kalcijum-48. Činjenica je da upotreba lakih jezgara povećava vjerovatnoću njihove fuzije sa ciljnim jezgrama. Jezgro kalcijuma-48 je takođe dvostruko magično, jer se sastoji od 20 protona i 28 neutrona. Stoga je Oganesyanov izbor uvelike doprinio opstanku složenih jezgara koje nastaju kada je meta ispaljena. Uostalom, jezgro može izbaciti nekoliko neutrona i stvoriti novi transuran samo ako se ne raspadne na fragmente odmah nakon rođenja. Da bi na ovaj način sintetizirali superteške elemente, fizičari iz Dubne napravili su mete od transuranija proizvedenog u SAD - prvo plutonijum, zatim americij, kurij, kalifornij i na kraju berkelijum. Kalcijum-48 u prirodi je samo 0,7%. Ekstrahira se pomoću elektromagnetnih separatora, što je skupa procedura. Jedan miligram ovog izotopa košta oko 200 dolara. Ova količina je dovoljna za sat-dva granatiranja mete, a eksperimenti traju mjesecima. Same mete su još skuplje, njihova cijena dostiže milion dolara. Plaćanje računa za struju takođe košta prilično peni - akceleratori teških jona troše megavate energije. Generalno, sinteza superteških elemenata nije jeftino zadovoljstvo.” Na fotografiji: kada teški ion udari u područje nuklearnih sila mete, može se formirati složeno jezgro u pobuđenom stanju. Ili se raspada na fragmente približno jednake mase, ili emituje (isparava) nekoliko neutrona i prelazi u osnovno (nepobuđeno) stanje.
Metuzalem broj 117
Element 117, poznat i kao ununseptium, dobijen je kasnije - u martu 2010. godine. Ovaj element je kreiran na istoj mašini U-400, gde su, kao i ranije, joni kalcijuma-48 ispaljeni na metu napravljenu od berkelijuma-249, sintetizovanu u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridž. Kada su se jezgra berkelijuma i kalcijuma sudarila, pojavile su se visoko pobuđene jezgre ununseptijum-297 (117 protona i 180 neutrona). Eksperimentatori su uspjeli dobiti šest jezgara, od kojih je pet isparilo po četiri neutrona i pretvorilo se u ununseptium-293, a ostali su emitovali tri neutrona i dali su ununseptium-294.
U poređenju sa ununoktijumom, ununoktijum se pokazao kao pravi metuzalem. Vrijeme poluraspada lakšeg izotopa je 14 milisekundi, a težeg čak 78 milisekundi! Godine 2012. fizičari iz Dubne su dobili još pet atoma ununseptiuma-293, a kasnije i nekoliko atoma oba izotopa. U proljeće 2014. godine, naučnici iz Darmstadta su izvijestili o sintezi četiri jezgra elementa 117, od kojih su dva imala atomsku masu od 294. Poluživot ovog „teškog“ ununseptijuma, koji su izmjerili njemački naučnici, iznosio je oko 51 milisekundu ( ovo se dobro slaže sa procjenama naučnika iz Dubne).
Sada u Darmstadtu pripremaju projekat za novi linearni akcelerator teških jona na supravodljivim magnetima, koji će omogućiti sintezu elemenata 119 i 120. Slični planovi se provode u Dubni, gdje se gradi novi ciklotron DS-280. Moguće je da će za samo nekoliko godina biti moguća sinteza novih superteških transuranija. A stvaranje 120. ili čak 126. elementa sa 184 neutrona i otkriće ostrva stabilnosti postaće stvarnost.
Ako pitate naučnike koje od otkrića 20.st. što je najvažnije, onda teško da će neko zaboraviti navesti umjetnu sintezu kemijskih elemenata. U kratkom vremenskom periodu - manje od 40 godina - lista poznatih hemijskih elemenata se povećala za 18 imena. I svih 18 je sintetizovano, veštački pripremljeno.
Riječ "sinteza" obično označava proces dobivanja iz jednostavnog kompleksa. Na primjer, interakcija sumpora s kisikom je kemijska sinteza sumpor-dioksida SO 2 iz elemenata.
Sinteza elemenata se može shvatiti na ovaj način: umjetna proizvodnja od elementa s manjim nuklearnim nabojem i nižim atomskim brojem elementa s većim atomskim brojem. A sam proces proizvodnje naziva se nuklearna reakcija. Njegova jednadžba je napisana na isti način kao i jednadžba obične kemijske reakcije. Na lijevoj strani su reaktanti, na desnoj su nastali produkti. Reaktanti u nuklearnoj reakciji su meta i bombardirajuća čestica.
Cilj može biti bilo koji element periodnog sistema (u slobodnom obliku ili u obliku hemijskog jedinjenja).
Ulogu bombardirajućih čestica imaju α-čestice, neutroni, protoni, deuteroni (jezgra teškog izotopa vodonika), kao i tzv. neon, argon i drugi elementi periodnog sistema.
Da bi došlo do nuklearne reakcije, bombardirajuća čestica se mora sudariti s jezgrom ciljnog atoma. Ako čestica ima dovoljno veliku energiju, može prodrijeti tako duboko u jezgro da se s njim stopi. Pošto sve gore navedene čestice, osim neutrona, nose pozitivne naboje, kada se spoje sa jezgrom, povećavaju njegov naboj. A promjena vrijednosti Z znači transformaciju elemenata: sintezu elementa s novom vrijednošću nuklearnog naboja.
Da bi se pronašao način da se bombardirajuće čestice ubrzaju i daju im visoku energiju, dovoljnu da se spoje s jezgrama, izumljen je i konstruiran poseban akcelerator čestica, ciklotron. Zatim su izgradili posebnu tvornicu za nove elemente - nuklearni reaktor. Njegova direktna svrha je stvaranje nuklearne energije. Ali budući da u njemu uvijek postoje intenzivni tokovi neutrona, lako ih je koristiti u svrhe umjetne fuzije. Neutron nema naboj, pa ga stoga ne treba (i nemoguće je) ubrzati. Naprotiv, ispostavilo se da su spori neutroni korisniji od brzih.
Hemičari su morali da se namuče i pokažu prava čuda domišljatosti kako bi razvili načine da odvoje male količine novih elemenata od ciljane supstance. Naučite proučavati svojstva novih elemenata kada je bilo dostupno samo nekoliko atoma...
Radom stotina i hiljada naučnika, osamnaest novih ćelija je popunjeno u periodnom sistemu.
Četiri su unutar njegovih starih granica: između vodonika i uranijuma.
Četrnaest - za uranijum.
Evo kako se sve odigralo...
Tehnecijum, prometijum, astat, francijum... Četiri mesta u periodnom sistemu dugo su ostala prazna. To su bile ćelije br. 43, 61, 85 i 87. Od četiri elementa koji su trebali zauzeti ova mjesta, Mendeljejev je predvidio tri: ekamangan - 43, ekajod - 85 i ekaezijum - 87. Četvrti - br. 61 - trebalo je da pripada elementima retkih zemalja.
Ova četiri elementa bila su neuhvatljiva. Napori naučnika da ih potraže u prirodi ostali su neuspješni. Uz pomoć periodičnog zakona, sva ostala mjesta u periodnom sistemu - od vodonika do uranijuma - odavno su popunjena.
Više puta su se izvještaji o otkriću ova četiri elementa pojavili u naučnim časopisima. Ekamangan je "otkriven" u Japanu, gdje je dobio ime "nipponium", au Njemačkoj su ga zvali "mazurium". Element br. 61 je "otkriven" u različite zemlje najmanje tri puta dobio je imena “Ilinijum”, “Florence”, “Cycle Onium”. Ekajod je takođe više puta pronađen u prirodi. Dobio je imena "Alabamius", "Helvetius". Ekacesium je zauzvrat dobio imena "Virginia" i "Moldavija". Neka od ovih imena našla su se u raznim priručnicima, pa čak i u školskim udžbenicima. Ali sva ova otkrića nisu bila potvrđena: svaki put je precizna provjera pokazala da je napravljena greška, a nasumične beznačajne nečistoće su zamijenjene za novi element.
Duga i teška potraga je konačno dovela do otkrića jednog od neuhvatljivih elemenata prirode. Ispostavilo se da ekskazijum, koji bi trebao da zauzme 87. mesto u periodnom sistemu, nastaje u lancu raspada prirodnog radioaktivnog izotopa uranijuma-235. Radi se o kratkotrajnom radioaktivnom elementu.
Element br. 87 zaslužuje da se detaljnije razmotri.
Sada u bilo kojoj enciklopediji, u bilo kojem udžbeniku hemije čitamo: francijum (redni broj 87) je 1939. godine otkrila francuska naučnica Margarita Perey. Inače, ovo je treći put da čast da otkrije novi element pripada ženi (prethodno je Marie Curie otkrila polonij i radijum, Ida Noddak renijum).
Kako je Perey uspio uhvatiti neuhvatljivi element? Vratimo se mnogo godina unazad. Godine 1914. tri austrijska radiohemičara - S. Meyer, W. Hess i F. Paneth - počeli su proučavati radioaktivni raspad aktinijumovog izotopa masenog broja 227. Bilo je poznato da pripada porodici aktinouranija i da emituje β-čestice; stoga je njegov proizvod razgradnje torij. Međutim, naučnici su imali nejasne sumnje da aktinijum-227 u retkim slučajevima takođe emituje α-čestice. Drugim riječima, ovo je jedan primjer radioaktivne viljuške. Lako je shvatiti: tokom takve transformacije, izotop elementa br. 87 bi trebao biti formiran Meyer i njegove kolege su zaista primijetili alfa čestice. Bila su potrebna dalja istraživanja, ali su prekinuta Prvim svjetskim ratom.
Margarita Perey je slijedila isti put. Ali imala je na raspolaganju osjetljivije instrumente i nove, poboljšane metode analize. Zato je bila uspješna.
Francijum je klasifikovan kao veštački sintetizovan element. Ali ipak, element je prvi put otkriven u prirodi. Ovo je izotop francijuma-223. Njegovo poluvrijeme je samo 22 minute. Postaje jasno zašto je tako malo Francuske na Zemlji. Prvo, zbog svoje krhkosti, nema vremena da se koncentriše u bilo kakvim primjetnim količinama, a drugo, sam proces njegovog formiranja karakterizira mala vjerovatnoća: samo 1,2% jezgara aktinijuma-227 se raspada uz emisiju α- čestice.
U tom smislu, isplativije je umjetno pripremiti francium. Već je dobijeno 20 izotopa francijuma, a najdugovječniji od njih je francij-223. Radeći s apsolutno beznačajnim količinama francijevih soli, kemičari su uspjeli dokazati da su njegova svojstva izuzetno slična cezijumu.
Elementi br. 43, 61 i 85 ostali su neuhvatljivi. Nisu se mogli naći u prirodi, iako su naučnici već posjedovali moćnu metodu koja je nepogrešivo pokazala put traženja novih elemenata - periodični zakon. Zahvaljujući ovom zakonu, naučnicima su unapred bila poznata sva hemijska svojstva nepoznatog elementa. Pa zašto su potrage za ova tri elementa u prirodi bile neuspješne?
Proučavajući svojstva atomskih jezgara, fizičari su došli do zaključka da stabilni izotopi ne mogu postojati za elemente s atomskim brojevima 43, 61, 85 i 87. Oni mogu biti samo radioaktivni, imaju kratko vrijeme poluraspada i moraju brzo nestati. Dakle, sve ove elemente je čovjek umjetno stvorio. Putevi stvaranja novih elemenata ukazivali su periodični zakon. Pokušajmo da ga iskoristimo da ocrtamo put za sintezu ekamangana. Ovaj element br. 43 bio je prvi umjetno stvoren.
Hemijska svojstva elementa određena su njegovom elektronskom ljuskom, a zavise od naboja atomskog jezgra. Jezgro elementa broj 43 treba da ima 43 pozitivna naboja i 43 elektrona koji kruže oko jezgra. Kako možete stvoriti element sa 43 naboja u atomskom jezgru? Kako možete dokazati da je takav element stvoren?
Pogledajmo bliže koji se elementi periodnog sistema nalaze u blizini praznog prostora namenjenog elementu br. 43. Nalazi se skoro sredinom petog perioda. Na odgovarajućim mjestima u četvrtom periodu nalazi se mangan, au šestom - renijum. Stoga bi hemijska svojstva elementa 43 trebala biti slična onima mangana i renija. Nije uzalud D.I. Mendeljejev, koji je predvidio ovaj element, nazvao ga ekamangan. Lijevo od 43. ćelije je molibden, koji zauzima ćeliju 42, desno, u 44., je rutenijum.
Dakle, da bi se stvorio element broj 43, potrebno je povećati broj naboja u jezgru atoma koji ima 42 naboja za još jedno elementarno naelektrisanje. Stoga je za sintezu novog elementa br. 43 potrebno uzeti molibden kao polazni materijal. U svojoj jezgri ima tačno 42 punjenja. Najlakši element, vodonik, ima jedan pozitivan naboj. Dakle, možemo očekivati da se element broj 43 može dobiti nuklearnom reakcijom između molibdena i vodika.
Osobine elementa br. 43 trebale bi biti slične hemijskim svojstvima mangana i renijuma, a da bi se otkrilo i dokazalo stvaranje ovog elementa, mora se koristiti hemijske reakcije, slične onima kojima hemičari određuju prisustvo malih količina mangana i renija. Ovo je način na koji periodni sistem omogućava da se ucrta put za stvaranje veštačkog elementa.
Na potpuno isti način koji smo upravo naveli, prvi vještački hemijski element stvoren je 1937. godine. Dobio je značajno ime - tehnecij - prvi element proizveden tehnički, umjetno. Ovako je sintetizovan tehnecij. Molibdenska ploča je bila podvrgnuta intenzivnom bombardovanju jezgrima teškog izotopa vodonika - deuterijuma, koje su u ciklotronu ubrzane do ogromne brzine.
Teška jezgra vodonika, koja su primila vrlo visoku energiju, prodrla su u jezgra molibdena. Nakon ozračivanja u ciklotronu, molibdenska ploča je otopljena u kiselini. Iz otopine je izolirana neznatna količina nove radioaktivne tvari pomoću istih reakcija koje su potrebne za analitičko određivanje mangana (analog elementa br. 43). To je bio novi element - tehnecijum. Ubrzo su njegova hemijska svojstva detaljno proučavana. Oni tačno odgovaraju poziciji elementa u periodnom sistemu.
Sada je tehnecij postao prilično dostupan: formira se u prilično velikim količinama u nuklearnim reaktorima. Tehnecijum je dobro proučen i već je u praktičnoj upotrebi. Tehnecij se koristi za proučavanje procesa korozije metala.
Metoda kojom je stvoren element 61 vrlo je slična metodi kojom se dobija tehnecij. Element #61 mora biti element rijetke zemlje: 61. ćelija je između neodimijuma (#60) i samarija (#62). Novi element je prvi put dobiven 1938. u ciklotronu bombardiranjem neodimijuma jezgrima deuterija. Hemijski, element 61 izolovan je tek 1945. godine od fragmentacionih elemenata koji su nastali u nuklearnom reaktoru kao rezultat fisije uranijuma.
Element je dobio simbolično ime prometijum. Ovo ime mu je dato s razlogom. Starogrčki mit govori da je titan Prometej ukrao vatru s neba i dao je ljudima. Za to je bio kažnjen od bogova: bio je okovan za stijenu, a veliki orao ga je mučio svaki dan. Naziv "prometijum" ne samo da simbolizira dramatični put nauke koja krade energiju nuklearne fisije iz prirode i ovlada tom energijom, već i upozorava ljude na strašnu vojnu opasnost.
Prometijum se sada proizvodi u znatnim količinama: koristi se u izvorima atomskih baterija jednosmerna struja, sposoban da radi bez prekida nekoliko godina.
Najteži halogenidni element br. 85 je sintetizovan na sličan način. Prvo je dobijen bombardovanjem bizmuta (br. 83) jezgrima helijuma (br. 2), ubrzanim u ciklotronu do visokih energija.
Jezgra helijuma, drugog elementa u periodnom sistemu, imaju dva naboja. Stoga je za sintetizaciju 85. elementa uzet bizmut - 83. element. Novi element je nazvan astatin (nestabilan). Radioaktivan je i brzo nestaje. Takođe se pokazalo da njegova hemijska svojstva tačno odgovaraju periodičnom zakonu. Izgleda kao jod.
Transuranski elementi.
Hemičari su uložili mnogo posla u traženje elemenata težih od uranijuma u prirodi. Više puta su se u naučnim časopisima pojavila trijumfalna obaveštenja o “pouzdanom” otkriću novog “teškog” elementa sa atomskom masom većom od uranijuma. Na primjer, element br. 93 je mnogo puta „otkriven“ u prirodi, dobio je nazive „bohemia“ i „sequanium“. Ali pokazalo se da su ova „otkrića“ rezultat grešaka. Oni karakteriziraju poteškoću preciznog analitičkog određivanja sitnih tragova novog nepoznatog elementa s neproučenim svojstvima.
Rezultat ovih pretraga bio je negativan, jer na Zemlji praktički nema elemenata koji odgovaraju onim ćelijama periodnog sistema koje bi se trebale nalaziti iza 92. ćelije.
Prvi pokušaji da se veštački dobiju novi elementi teži od uranijuma povezani su sa jednom od izuzetnih grešaka u istoriji razvoja nauke. Uočeno je da pod uticajem neutronskog fluksa mnogi elementi postaju radioaktivni i počinju da emituju beta zrake. Jezgro atoma, izgubivši negativan naboj, pomiče se u periodnom sistemu jednu ćeliju udesno, a njegov serijski broj postaje još jedan - dolazi do transformacije elemenata. Tako pod uticajem neutrona obično nastaju teži elementi.
Pokušali su da utiču na uran neutronima. Naučnici su se nadali da će, baš kao i drugi elementi, uranijum pokazati β-aktivnost i da će se kao rezultat β-raspada pojaviti novi element sa brojem jedan viši. On će zauzeti 93. ćeliju u sistemu Mendeljejev. Predloženo je da bi ovaj element trebao biti sličan renijumu, pa se ranije zvao ekarenijum.
Činilo se da su prvi eksperimenti odmah potvrdili ovu pretpostavku. Štaviše, otkriveno je da u ovom slučaju ne nastaje jedan novi element, već nekoliko. Prijavljeno je pet novih elemenata težih od uranijuma. Pored ekarenijuma, „otkriveni su ekaosmijum, ekairidijum, ekaplatin i ekagold“. I sva otkrića su se pokazala greškom. Ali to je bila izuzetna greška. Ona je dovela nauku do najvećeg dostignuća fizike u čitavoj istoriji čovečanstva – otkrića fisije uranijuma i ovladavanja energijom atomskog jezgra.
Nisu pronađeni nikakvi transuranijumski elementi. U čudnim novim elementima uzalud su pokušavali da pronađu navodna svojstva koja su elementi iz ekarenijuma i ekazolda trebali imati. I odjednom su među tim elementima neočekivano otkriveni radioaktivni barij i lantan. Ne transuranijum, već najčešći, ali radioaktivni izotopi elemenata čija su mjesta u sredini Mendeljejevog periodnog sistema.
Prošlo je malo vremena prije nego što je ovaj neočekivani i vrlo čudan rezultat ispravno shvaćen.
Zašto atomska jezgra uranijuma, koji se nalazi na kraju periodnog sistema elemenata, pod dejstvom neutrona formiraju jezgra elemenata čija su mesta u njegovoj sredini? Na primjer, kada neutroni djeluju na uranijum, pojavljuju se elementi koji odgovaraju sljedećim ćelijama periodnog sistema:
Mnogi elementi pronađeni su u nezamislivo složenoj mješavini radioaktivnih izotopa formiranih u uranijumu ozračenom neutronima. Iako se pokazalo da su to stari elementi dugo poznati hemičarima, u isto vrijeme su to bile nove tvari, koje je prvi stvorio čovjek.
U prirodi nema radioaktivnih izotopa broma, kriptona, stroncijuma i mnogih drugih od trideset i četiri elementa – od cinka do gadolinija, koji nastaju kada se uranij ozrači.
To se često dešava u nauci: ono najtajanstvenije i najsloženije ispada jednostavno i jasno kada se reši i shvati. Kada neutron udari u jezgro uranijuma, ono se cijepa, cijepajući se na dva fragmenta - na dva atomska jezgra manje mase. Ovi fragmenti mogu biti različitih veličina, zbog čega nastaje toliko različitih radioaktivnih izotopa uobičajenih hemijskih elemenata.
Jedno atomsko jezgro uranijuma (92) raspada se na atomska jezgra broma (35) i lantana (57), a fragmenti cijepanja drugog mogu se pokazati kao atomska jezgra kriptona (36) i barija (56); Zbir atomskih brojeva rezultirajućih elemenata fragmentacije bit će jednak 92.
Ovo je bio početak lanca velikih otkrića. Ubrzo je otkriveno da pod udarom neutrona iz jezgra atoma uranijuma-235 ne nastaju samo fragmenti - jezgra manje mase, već i izlete dva ili tri neutrona. Svaki od njih je, zauzvrat, sposoban da ponovo izazove fisiju jezgra uranijuma. I sa svakom takvom podjelom oslobađa se mnogo energije. Ovo je bio početak ovladavanja osobom iznutra atomska energija.
Među ogromnom raznolikošću proizvoda koji nastaju zračenjem jezgri urana neutronima, kasnije je otkriven prvi pravi transuranski element broj 93, koji je dugo ostao nezapažen, nastao je djelovanjem neutrona na uranijum-238. U pogledu hemijskih svojstava, pokazalo se da je veoma sličan uranijumu i nije bio nimalo sličan: renijumu, kao što se očekivalo tokom prvih pokušaja sintetizacije elemenata težih od uranijuma. Stoga ga nisu mogli odmah otkriti.
Prvi element koji je stvorio čovjek izvan “prirodnog sistema hemijskih elemenata” nazvan je neptunijum po planeti Neptunu. Njegovo stvaranje proširilo nam je granice koje je odredila sama priroda. Isto tako, predviđeno otkriće planete Neptun proširilo je granice našeg znanja o Sunčevom sistemu.
Ubrzo je sintetizovan 94. element. Ime je dobio po poslednjoj planeti. Solarni sistem.
Zvao se plutonijum. U periodičnom sistemu Mendeljejeva, on prati neptunijum po redu, slično „poslednjoj planeti Sunčevog* sistema, Plutonu, čija orbita leži iza orbite Neptuna Element br. 94 nastaje iz neptunija tokom njegovog β-raspada.
Plutonijum je jedini transuranski element koji se sada proizvodi u nuklearnim reaktorima u veoma velikim količinama. Poput urana-235, sposoban je za fisiju pod utjecajem neutrona i koristi se kao gorivo u nuklearnim reaktorima.
Elementi br. 95 i br. 96 nazivaju se americij i kurijum. Sada se proizvode i u nuklearnim reaktorima. Oba elementa imaju vrlo visoku radioaktivnost – emituju α-zrake. Radioaktivnost ovih elemenata je tolika da se koncentrirani rastvori njihovih soli zagrijavaju, ključaju i jako svijetle u mraku.
Svi transuranski elementi - od neptunija do americijuma i kurijuma - dobiveni su u prilično velikim količinama. U svom čistom obliku, to su metali srebrne boje, svi su radioaktivni i njihova hemijska svojstva su donekle slična jedna drugoj, ali se na neki način primjetno razlikuju.
97. element, berkelijum, takođe je izolovan u svom čistom obliku. Da bi se to postiglo, bilo je potrebno smjestiti čisti plutonijski preparat u nuklearni reaktor, gdje je bio izložen snažnom toku neutrona punih šest godina. Za to vrijeme, nekoliko mikrograma elementa br. 97 akumuliranog u njemu je uklonjeno iz nuklearnog reaktora, otopljeno u kiselini, a iz smjese je izolovan najdugovječniji berkelijum-249. Veoma je radioaktivan - raspadne se za pola godine. Do sada je dobijeno samo nekoliko mikrograma berkelija. Ali ova količina je bila dovoljna naučnicima da precizno prouče njegova hemijska svojstva.
Vrlo zanimljiv element je broj 98 - kalifornij, šesti nakon uranijuma. Kalifornij je prvi put stvoren bombardiranjem kurijumske mete alfa česticama.
Priča o sintezi sljedeća dva transuranijska elementa: 99 i 100 je fascinantna. Prvo su pronađeni u oblacima i "blatu". Da bi se proučavalo šta nastaje u termonuklearnim eksplozijama, avion je proleteo kroz oblak eksplozije i uzorci sedimenta su sakupljeni na papirnim filterima. U ovom sedimentu pronađeni su tragovi dva nova elementa. Da bi se dobili precizniji podaci, na mjestu eksplozije prikupljena je velika količina “prljavštine” – tlo izmijenjeno eksplozijom i rock. Ova „prljavština“ je obrađena u laboratoriji i iz nje su izdvojena dva nova elementa. Nazvani su einsteinium i fermium, u čast naučnika A. Einsteina i E. Fermija, kojima čovječanstvo prvenstveno duguje otkriće načina za ovladavanje atomskom energijom. Ajnštajn je došao do zakona ekvivalencije mase i energije, a Fermi je napravio prvi atomski reaktor. Sada se einsteinium i fermium također proizvode u laboratorijama.
Elementi druge stotine.
Ne tako davno, teško da je iko mogao vjerovati da će simbol stotog elementa biti uključen u periodni sistem.
Veštačka sinteza elemenata učinila je svoj posao: fermijum je za kratko vreme zatvorio listu poznatih hemijskih elemenata. Misli naučnika sada su bile usmerene u daljinu, na elemente druge stotine.
Ali na tom putu postojala je barijera koju nije bilo lako savladati.
Do sada su fizičari sintetizirali nove transuranijske elemente uglavnom na dva načina. Ili su pucali na mete napravljene od transuranijumskih elemenata, već sintetiziranih, alfa česticama i deuteronima. Ili su bombardovali uranijum ili plutonijum snažnim strujama neutrona. Kao rezultat toga nastali su izotopi ovih elemenata vrlo bogati neutronima, koji su se nakon nekoliko uzastopnih β-raspada pretvorili u izotope novih transuranija.
Međutim, sredinom 50-ih, obje ove mogućnosti su se iscrpile. U nuklearnim reakcijama bilo je moguće dobiti bestežinske količine einsteinija i fermija, pa se od njih nisu mogle napraviti mete. Metoda neutronske sinteze također nije omogućila napredak dalje od fermija, jer su izotopi ovog elementa bili podložni spontanoj fisiji sa mnogo većom vjerovatnoćom od beta raspada. Jasno je da u takvim uslovima nije imalo smisla govoriti o sintezi novog elementa.
Stoga su fizičari poduzeli sljedeći korak tek kada su uspjeli akumulirati minimalnu količinu elementa br. 99 potrebnu za metu. To se dogodilo 1955. godine.
Jedno od najznačajnijih dostignuća kojim se nauka s pravom može pohvaliti je stvaranje 101. elementa.
Ovaj element je dobio ime po velikom tvorcu periodnog sistema hemijskih elemenata, Dmitriju Ivanoviču Mendeljejevu.
Mendelevijum je dobijen na sledeći način. Na komad najtanje zlatne folije nanesena je nevidljiva prevlaka koja se sastoji od približno milijardu atoma einsteinijuma. Alfa čestice sa vrlo visokom energijom, koje probijaju zlatnu foliju sa poleđina, pri sudaru sa atomima einsteinijuma mogao bi ući u nuklearnu reakciju. Kao rezultat toga, formirani su atomi 101. elementa. Pri takvom sudaru, atomi mendelevija izletjeli su s površine zlatne folije i skupili se na drugom, obližnjem tankom zlatnom listu. Na ovaj genijalan način bilo je moguće izolovati čiste atome elementa 101 iz složene mješavine einsteiniuma i njegovih proizvoda raspada. Nevidljivi plak je ispran kiselinom i podvrgnut radiohemijskom istraživanju.
Zaista je to bilo čudo. Početni materijal za stvaranje elementa 101 u svakom pojedinačnom eksperimentu bio je približno milijardu atoma einsteiniuma. To je vrlo malo manje od jedne milijarde miligrama, a bilo je nemoguće dobiti einsteinium u većim količinama. Unaprijed je izračunato da od milijardu atoma einsteiniuma, tokom višesatnog bombardiranja alfa česticama, samo jedan atom einsteiniuma može reagirati i stoga može nastati samo jedan atom novog elementa. Bilo je potrebno ne samo da se može detektovati, već i da se to uradi na način da se od samo jednog atoma odredi hemijska priroda elementa.
I to je urađeno. Uspjeh eksperimenta premašio je proračune i očekivanja. U jednom eksperimentu bilo je moguće uočiti ne jedan, već čak dva atoma novog elementa. Ukupno je u prvoj seriji eksperimenata dobijeno sedamnaest atoma mendelevija. Ispostavilo se da je to bilo dovoljno da se utvrdi činjenica formiranja novog elementa, njegovo mjesto u periodnom sistemu i odredi njegova osnovna kemijska i radioaktivna svojstva. Pokazalo se da se radi o α-aktivnom elementu s vremenom poluraspada od oko pola sata.
Mendelevijum, prvi element druge stotine, pokazao se kao svojevrsna prekretnica na putu sinteze transuranijumskih elemenata. Do sada je ostao posljednji od onih koji su sintetizirani starim metodama - zračenjem α-česticama. Sada su na scenu stupili snažniji projektili - ubrzani višestruko nabijeni ioni raznih elemenata. Određivanje hemijske prirode mendelevija iz nekoliko njegovih atoma postavilo je temelj za potpuno novu naučnu disciplinu - fizičku hemiju pojedinačnih atoma.
Simbol elementa br. 102 br - u periodnom sistemu stavlja se u zagrade. A unutar ovih zagrada leži duga i složena istorija ovog elementa.
O sintezi Nobelijuma je 1957. godine izvijestila međunarodna grupa fizičara koji su radili na Nobelovom institutu (Stokholm). Po prvi put su teški ubrzani ioni korišteni za sintezu novog elementa. Bili su to 13 C jona, čiji je tok bio usmjeren na kurijsku metu. Istraživači su zaključili da su uspjeli sintetizirati izotop elementa 102. Ime je dobio po osnivaču Nobelovog instituta i pronalazaču dinamita, Alfredu Nobelu.
Prošla je godina, a eksperimenti stokholmskih fizičara su reproducirani gotovo istovremeno u Sovjetskom Savezu i SAD-u. I pokazalo se zadivljujuće: rezultati sovjetskih i američkih naučnika nisu imali ništa zajedničko ni sa radom Nobelovog instituta, ni jedni s drugima. Niko drugi nije uspeo da ponovi eksperimente sprovedene u Švedskoj. Ova situacija izazvala je prilično tužnu šalu: „Nobel je sve što je ostalo“ (No znači „ne“ na engleskom). Simbol koji je na brzinu postavljen na periodnom sistemu nije odražavao stvarno otkriće elementa.
Pouzdanu sintezu elementa br. 102 izvršila je grupa fizičara iz Laboratorije za nuklearne reakcije Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja. Godine 1962-1967 Sovjetski naučnici su sintetizirali nekoliko izotopa elementa br. 102 i proučavali njegova svojstva. Potvrda ovih podataka dobijena je u SAD. Međutim, simbol Ne, bez ikakvog prava na to, još uvijek je u 102. ćeliji tabele.
Lawrence, element broj 103 sa simbolom Lw, nazvan po pronalazaču ciklotrona, E. Lawrenceu, sintetiziran je 1961. godine u SAD-u. Ali zasluga sovjetskih fizičara ovdje nije ništa manje važna. Dobili su nekoliko novih izotopa Lawrencijuma i prvi put proučavali svojstva ovog elementa. Lorencijum je takođe nastao upotrebom teških jona. Kalifornijska meta je ozračena jonima bora (ili americij meta jonima kiseonika).
Element br. 104 prvi su dobili sovjetski fizičari 1964. Njegova sinteza je postignuta bombardiranjem plutonijuma neonskim jonima. 104. element nazvan je kurchatovium (simbol Ki) u čast istaknutog sovjetskog fizičara Igora Vasiljeviča Kurčatova.
105. i 106. element su takođe prvi put sintetizirali sovjetski naučnici - 1970. i 1974. godine. Prvi od njih, proizvod bombardovanja americijuma neonskim ionima, nazvan je nielsborijum (Ns) u čast Nielsa Bora. Sinteza drugog je izvedena na sljedeći način: olovna meta je bombardirana jonima hroma. Sinteze elemenata 105 i 106 takođe su sprovedene u SAD.
O tome ćete naučiti u sljedećem poglavlju, a mi ćemo zaključiti ovo kratka priča o,
Kako proučavati svojstva elemenata druge stotine.
Pred eksperimentatorima je fantastično težak zadatak.
Evo njegovih početnih uslova: date nekoliko količina (desetine, u najboljem slučaju stotine) atoma novog elementa i vrlo kratkotrajni atomi (poluživot se mjeri u sekundama, ili čak djelićima sekunde). Potrebno je dokazati da su ti atomi atomi zaista novog elementa (tj. odrediti vrijednost Z, kao i vrijednost masenog broja A, da bi se znalo koji izotop novog transuranija mi pričamo) i proučavanje njegovih najvažnijih hemijskih svojstava.
Nekoliko atoma, beznačajan životni vijek...
Brzina i najveća domišljatost priskaču u pomoć naučnicima. Ali moderni istraživač - specijalista za sintezu novih elemenata - ne mora biti u stanju samo da "potkuje buvu". Takođe mora tečno govoriti teoriju.
Pratimo osnovne korake kojima se identificira novi element.
Najvažniji poslovna kartica prvenstveno radioaktivna svojstva - to može biti emisija α-čestica ili spontana fisija. Svako α-aktivno jezgro karakteriziraju specifične energetske vrijednosti α-čestica. Ova okolnost omogućava da se identifikuju poznata jezgra ili da se zaključi da su otkrivena nova. Na primjer, proučavajući karakteristike α-čestica, naučnici su uspjeli dobiti pouzdane dokaze o sintezi 102. i 103. elementa.
Energetska jezgra fragmenata nastala fisijom mnogo je lakše otkriti nego alfa čestice zbog mnogo veće energije fragmenata. Za njihovu registraciju koriste se ploče od posebne vrste stakla. Fragmenti ostavljaju blago uočljive tragove na površini zapisa. Ploče se zatim podvrgavaju hemijskoj obradi (jetkanju) i pažljivo se pregledavaju pod mikroskopom. Staklo se rastvara u fluorovodoničnoj kiselini.
Ako se staklena ploča obložena krhotinama stavi u otopinu fluorovodonične kiseline, tada će se na mjestima gdje krhotine udare staklo brže otopiti i tamo će se stvoriti rupe. Njihove veličine su stotine puta veće od originalnog traga koji je ostavio fragment. Bunari se mogu posmatrati pod mikroskopom sa malim uvećanjem. Ostalo radioaktivno zračenje manje oštećuje površinu stakla i nije vidljivo nakon jetkanja.
Evo šta kažu autori Kurčatovske sinteze o tome kako se odvijao proces identifikacije novog elementa: „Eksperiment je u toku četrdeset sati, neonska jezgra neprekidno bombarduju metu plutonijuma Napokon, ciklotron je prebačen u laboratoriju. Prošlo je nekoliko sati u vremenskom intervalu od 0,1 do 0,5 s.
A evo kako isti istraživači govore o procjeni hemijske prirode kurhatovijuma i nilsborijuma. "Šema za proučavanje hemijskih svojstava elementa br. 104 je sljedeća. Atomi trzanja izlaze iz mete u struju dušika, inhibiraju se u njoj, a zatim se kloriraju. Jedinjenja 104. elementa sa hlorom lako prodiru kroz poseban filter, ali svi aktinidi ne prolaze kroz aktinidnu seriju, tada bi ga filter zadržao korak ka popunjavanju periodnog sistema novim elementima.
Zatim su u Dubni proučavana hemijska svojstva elementa 105. Pokazalo se da se njegovi kloridi adsorbiraju na površini cijevi duž koje se kreću od mete na temperaturi nižoj od hafnij hlorida, ali višoj od niobijum hlorida. Samo atomi elementa koji je po hemijskim svojstvima sličan tantalu mogli bi se ponašati na ovaj način. Pogledajte periodni sistem: hemijski analog tantala - element br. 105! Stoga su eksperimenti adsorpcije na površini atoma 105. elementa potvrdili da se njegova svojstva poklapaju s onima predviđenim na osnovu periodnog sistema."
Položaj vodonika u periodnom sistemu
Vodonik – najčešći hemijski element, a ujedno je i najlakši. Njegov serijski broj je 1. U periodnom sistemu nalazi se u prvoj periodi. Uzimajući u obzir njegova svojstva, svrstava se u 1A i 7A grupu. Postavlja se pitanje – zašto?
Jezgro vodika sastoji se od jednog protona, oko kojeg rotira jedan elektron. Elektronska formula 1 s 1 . Molekul vodonika sastoji se od dva atoma povezana kovalentnom nepolarnom vezom. H 2 je najlakši gas. Bez boje je i mirisa.
Vodik je hemijski aktivna supstanca. On može glumiti redukciono i oksidaciono sredstvo.
1) sa nekim metalima stvara hidride
2Na+H 2 =2NaH, ovdje vodonik je oksidaciono sredstvo
H
0
+ 1
e
-
→
H
-1
Sličan proces se događa prilikom interakcije halogena - nemetala grupe 7A
2Na+Cl2 =2NaCl
Stoga je vodonik stavljen u grupu 7A
2) sa nemetalima koji pokazuju jača oksidaciona svojstva od vodonika
H 2 +Cl 2 =2HCl ovdje vodonik je redukcijski agens
H
0
- 1
e
-
→
H
+1
Sličan proces se dešava prilikom interakcije alkalnih metala – metala grupe 1A
2K+ Cl 2 =2K Cl
Stoga je vodonik stavljen u grupu 1A
Položaj lantanida i aktinida u periodnom sistemu hemijskih elemenata D.I
IN šesti period nakon lantana ima 14 elemenata sa serijskim brojevima 58-71, tzv lantanidi (riječ “lantanid” znači “poput lantana”, a “aktinidi” znači “kao aktinijum”). Ponekad se nazivaju lantanidi i aktinidi, što znači oni koji slijede lantan; prateći morsku anemonu) . Lantanidi su odvojeno postavljeni na dnu tabele, a zvjezdica u ćeliji označava redoslijed njihove lokacije u sistemu: La-Lu. Hemijska svojstva lantanida su vrlo slična. Na primjer, svi su to reaktivni metali, koji reagiraju s vodom i stvaraju hidroksid i vodonik. U lantanu (Z = 57) jedan elektron ulazi u 5d podnivo, nakon čega prestaje punjenje ovog podnivoa, a počinje se puniti nivo 4f, čijih sedam orbitala može biti zauzeto sa 14 elektrona. Ovo se dešava u atomima svih lantanida sa Z = 58 - 71. Pošto je duboki 4f podnivo ispunjen ovim elementima treći nivo spolja, imaju vrlo slična hemijska svojstva.
Iz ovoga proizilazi da lantanidi imaju jako izražen horizontalna analogija.
IN sedmi period 14 elemenata sa serijskim brojevima 90-103 čine porodicu aktinidi. Također su smješteni odvojeno - ispod lantanoida, au odgovarajućoj ćeliji dvije zvjezdice označavaju redoslijed njihove lokacije u sistemu: Ac-Lr. U aktinijumu i aktinidima, punjenje nivoa elektronima je slično lantanu i lantanidima. Međutim, za razliku od lantanida, horizontalna analogija kod aktinida je slabo izražena. Oni pokazuju više različitih oksidacijskih stanja u svojim spojevima. Na primjer, oksidacijsko stanje aktinija je +3, a uranijuma +3, +4, +5 i +6. Proučavanje hemijskih svojstava aktinida je izuzetno teško zbog nestabilnosti njihovih jezgara.
Svi aktinidi su radioaktivni. Aktinidi se dijele u dvije grupe koje se preklapaju: "transuranski elementi"- svi elementi koji slijede uranijum u periodnom sistemu i "transplutonijumski elementi"- svi prateći plutonijum. Obje grupe nisu ograničene na navedeni okvir i, kada se označava prefiks “trans-”, mogu uključivati elemente koji slijede Lawrencium - Rutherfordium, itd. To je zbog činjenice da se takvi elementi sintetiziraju u izuzetno malim količinama. U poređenju sa lantanidima, koji se (osim prometija) nalaze u prirodi u primetnim količinama, aktinide je teže sintetizirati. Ali postoje izuzeci, na primjer, uran i torijum se najlakše sintetiziraju ili pronađu u prirodi, a slijede plutonijum, americij, aktinijum, protaktinijum i neptunijum.
Položaj umjetno dobivenih elemenata u periodnoj tablici kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva
Do 2008. godine bilo je poznato 117 hemijskih elemenata (sa serijskim brojevima od 1 do 116 i 118), od kojih su 94 pronađena u prirodi (neki samo u tragovima), preostala 23 su dobijena umjetno kao rezultat nuklearnih reakcija (vidi dodatke ). Prvih 112 elemenata imaju trajna imena, ostali imaju privremena imena.
Technecium
TECHNETIUM-I; m.[iz grčkog technetos - umjetni] Hemijski element (Tc), srebrno-sivi radioaktivni metal dobiven iz nuklearnog otpada.
◁ Tehnecij, oh, oh.
tehnecijum(lat. Technetium), hemijski element VII grupe periodnog sistema. Radioaktivni, najstabilniji izotopi su 97 Tc i 99 Tc (vrijeme poluraspada, respektivno, 2,6 10 6 i 2,12 10 5 godina). Prvi umjetno proizveden element; sintetizovan od strane italijanskih naučnika E. Segre i C. Perriez 1937. bombardovanjem jezgra molibdena deuteronima. Ime je dobio od grčkog technētós - umjetno. Srebrno sivi metal; gustina 11,487 g/cm3, t pl 2200°C. U prirodi se nalazi u malim količinama u rudama uranijuma. Spektralno detektovan na Suncu i nekim zvezdama. Dobija se iz otpada nuklearne industrije. Komponenta katalizatora. Izotop 99 m Tc se koristi u dijagnozi tumora mozga i u studijama centralne i periferne hemodinamike.
TECHNETIUMTEHNECIJUM (latinski Technetium, od grčkog technetos - veštački), Tc (čitaj „tehnecij”), prvi veštački proizveden radioaktivni hemijski element, atomski broj 43. Nema stabilne izotope. Najdugovječniji radioizotopi su: 97 Tc (T 1/2 2,6 10 6 godina, hvatanje elektrona), 98 Tc (T 1/2 1,5 10 6 godina) i 99 Tc (T 1/2 2,12 10 5 godina). Kratkoživi nuklearni izomer 99m Tc (T 1/2 6,02 sata) je od praktične važnosti.
Konfiguracija dva vanjska elektronska sloja je 4s 2 p 6 d 5 5s 2. Oksidacija od -1 do +7 (valentnost I-VII); najstabilniji +7. Nalazi se u grupi VIIB u 5. periodu periodnog sistema elemenata. Radijus atoma je 0,136 nm, Tc 2+ jon je 0,095 nm, Tc 4+ jon je 0,070 nm, a Tc 7+ jon je 0,056 nm. Sukcesivne energije jonizacije su 7,28, 15,26, 29,54 eV. Elektronegativnost prema Paulingu (cm. PAULING Linus) 1,9.
D. I. Mendeljejev (cm. MENDELEEV Dmitrij Ivanovič) kada je kreirao periodni sistem, ostavio je praznu ćeliju u tabeli za tehnecijum, teški analog mangana (“ekamangan”). Tehnecij su 1937. dobili C. Perrier i E. Segre bombardiranjem molibdenske ploče deuteronima. (cm. DEUTRON). U prirodi se tehnecijum nalazi u zanemarljivim količinama u uranijumskim rudama, 5·10 -10 g na 1 kg uranijuma. Spektralne linije tehnecijuma pronađene su u spektrima Sunca i drugih zvijezda.
Tehnecij je izoliran iz mješavine fisionih produkata 235 U - otpada iz nuklearne industrije. Prilikom prerade istrošenog nuklearnog goriva, tehnecij se ekstrahira korištenjem metoda ionske izmjene, ekstrakcije i frakcijske precipitacije. Metalni tehnecij se dobija redukcijom njegovih oksida vodonikom na 500°C. Svjetska proizvodnja tehnecijuma dostiže nekoliko tona godišnje. U istraživačke svrhe koriste se kratkotrajni tehnecij radionuklidi: 95m Tc( T 1/2 =61 dan), 97m Tc (T 1/2 =90 dana), 99m Tc.
Tehnecijum je srebrno-sivi metal, sa heksagonalnom rešetkom, A=0,2737 nm, c= 0,4391 nm. Tačka topljenja 2200°C, tačka ključanja 4600°C, gustina 11,487 kg/dm3. Hemijska svojstva tehnecijuma su slična renijumu. Standardne vrijednosti potencijala elektrode: Tc(VI)/Tc(IV) par 0,83 V, Tc(VII)/Tc(VI) par 0,65 V, Tc(VII)/Tc(IV) par 0,738 V.
Prilikom sagorijevanja Tc u kisiku (cm. KISENIK) nastaje žuti viši kiseli oksid Tc 2 O 7. Njegov rastvor u vodi je tehnetička kiselina HTcO 4. Kada ispari, formiraju se tamnosmeđi kristali. Soli tehničke kiseline - pertehnati (natrijum pertehnat NaTcO 4, kalijum pertehnat KTcO 4, pertehnat srebra AgTcO 4). Prilikom elektrolize otopine tehničke kiseline oslobađa se TcO 2 dioksid, koji se zagrijavanjem u kisiku pretvara u Tc 2 O 7.
Interakcija sa fluorom, (cm. FLUOR) Tc formira zlatno-žute kristale tehnecijum heksafluorida TcF 6 kada se pomeša sa TcF 5 pentafluoridom. Dobijeni su tehnecij oksifluoridi TcOF 4 i TcO 3 F. Sintetizovani su tehnecijum oksihloridi TcO 3 Cl i TcOCl 3. Poznati sulfidi (cm. SULFIDI) tehnecij Tc 2 S 7 i TcS 2, karbonil Tc 2 (CO) 10. Tc reaguje sa azotom, (cm. DUŠNA KISELINA) koncentrovani sumpor (cm. SUMPORNA KISELINA) kiseline i carska voda (cm. AQUA REGIA). Pertehnati se koriste kao inhibitori korozije za meki čelik. Izotop 99 m Tc se koristi u dijagnostici tumora mozga, u proučavanju centralne i periferne hemodinamike (cm. HEMODINAMIKA).
enciklopedijski rječnik . 2009 .
Sinonimi:Pogledajte šta je "tehnecij" u drugim rječnicima:
Nuklidna tablica Opće informacije Naziv, simbol Tehnecij 99, 99Tc Neutroni 56 Protoni 43 Osobine nuklida Atomska masa 98.9062547(21) ... Wikipedia
- (simbol Tc), srebrno sivi metal, RADIOAKTIVNI ELEMENT. Prvi put je dobijen 1937. bombardovanjem jezgara MOLIBDENA deuteronima (jezgrima atoma DEUTERijuma) i bio je prvi element sintetizovan u ciklotronu. Tehnecij koji se nalazi u proizvodima ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik
TECHNETIUM- umjetno sintetizirana radioaktivna kemikalija. element, simbol Tc (lat. Technetium), at. n. 43, at. m. 98,91. T. se dobija u prilično velikim količinama fisijom uranijuma 235 u nuklearnim reaktorima; uspio nabaviti oko 20 izotopa T. Jedan od ... ... Velika politehnička enciklopedija
- (Tehnecijum), Tc, veštački radioaktivni element VII grupe periodnog sistema, atomski broj 43; metal. Dobili su ga italijanski naučnici C. Perrier i E. Segre 1937. godine ... Moderna enciklopedija
- (lat. Technecium) Tc, hemijski element grupe VII periodnog sistema, atomski broj 43, atomska masa 98,9072. Radioaktivni, najstabilniji izotopi su 97Tc i 99Tc (period poluraspada je 2.6.106 i 2.12.105 godina, respektivno). Prvo… … Veliki enciklopedijski rječnik
- (lat. Technetium), Tc radioakt. chem. element grupe VII je periodičan. Mendeljejevljev sistem elemenata, at. broj 43, prva od veštački dobijenih hemikalija. elementi. Naib. dugovječni radionuklidi 98Tc (T1/2 = 4,2·106 godina) i dostupni u primjetnim količinama... ... Fizička enciklopedija
Imenica, broj sinonima: 3 metal (86) ekamangan (1) element (159) Rječnik sinonima ... Rečnik sinonima
Technecium- (Tehnecijum), Tc, veštački radioaktivni element VII grupe periodnog sistema, atomski broj 43; metal. Dobili su ga italijanski naučnici C. Perrier i E. Segre 1937. ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik
43 Molibden ← Tehnecijum → Rutenijum ... Wikipedia
- (lat. Technetium) Te, radioaktivni hemijski element VII grupe periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 43, atomska masa 98, 9062; metal, savitljiv i duktilan. Postojanje elementa sa atomskim brojem 43 bilo je ... ... Velika sovjetska enciklopedija
Knjige
- Elementi. Divan san profesora Mendeljejeva, Kuramšina Arkadija Iskanderoviča, Koji hemijski element je nazvan po goblinima? Koliko je puta tehnecij „otkriven“? Šta su "transferski ratovi"? Zašto su čak i stručnjaci nekada pomešali mangan sa magnezijumom i olovo sa... Kategorija: Hemijske nauke Serija: Scientific Pop of Runet Izdavač: AST,
- Elementi: divan san profesora Mendeljejeva, Kuramshin A., Koji hemijski element je nazvan po goblinima? Koliko je puta tehnecij „otkriven“? Šta su "transferski ratovi"? Zašto su čak i stručnjaci nekada pomešali mangan sa magnezijumom, a olovo sa... Kategorija: