Содержание
За пределами стабильности. Зачем нужны искусственные элементы и изотопы
5 апреля 2010 года российские и американские физики сообщили о синтезе 117-го элемента таблицы Менделеева. Как и его соседи по таблице, 117-й распадается слишком быстро для того, чтобы его можно было накопить в хоть сколько-то существенном количестве. Редакция «Чердака» разобралась в том, зачем нам нужны такие непостоянные элементы.
Однозначно искусственными элементами, или изотопами, можно считать только элементы тяжелее америция (95-го). Причем плутоний (номер 94) еще можно обнаружить в природе, хотя его там очень мало: в самом «богатом» его «месторождении», урановой руде, содержится полторы стомиллиардные доли этого вещества. Остальные элементы распадаются так быстро, что для исследования их можно получить только на ускорителях.
Нестабильная стабильность
Изотопией называют наличие у одного химического элемента атомных ядер разного состава. Так как число протонов у одного элемента фиксировано, его изотопы отличаются только числом нейтронов, и оно не может быть слишком большим или слишком маленьким: недостаток, а равно избыток нейтронов делает атомное ядро нестабильным.
Изотопы обозначают названием элемента с числом, которое показывает суммарное количество нуклонов, протонов и нейтронов: например, уран-235 или гелий-3. В первом 92 протона и 143 нейтрона, во втором два протона и один нейтрон.
Термоядерный реактор ITER — экспериментальная установка, которая может стать прообразом электростанций будущего. Иллюстрация: iter.org
Тритий, водород-3, получают при облучении лития, и он в сочетании с дейтерием, стабильным изотопом водород-2, легче всего вступает в термоядерную реакцию. Энергетика будущего, как считают создатели международного экспериментального термоядерного реактора ITER, а также еще ряд коллективов, будет именно термоядерной. Дейтерия много в обычной воде, а лития для синтеза трития тоже предостаточно — этот элемент сейчас активно используется в аккумуляторных батареях, и его добыча давно освоена в промышленном масштабе. Термоядерные электростанции пока не построены из-за того, что мы пока не умеем долго удерживать плазму с температурой в десятки миллионов градусов.
Однако ряд крупномасштабных проектов, вроде ITER или National Ignition Facility в США, позволяют всерьез рассматривать тритий как потенциальный энергоноситель будущего.
ITER — не просто проект, который будет реализован когда-нибудь в неопределенном будущем. Работы по строительству комплекса идут полным ходом. На снимке, сделанном в начале 2015 года, уже виден фундамент под будущий реактор. Иллюстрация: iter.org
Другие нестабильные изотопы уже сегодня применяются в медицине. На их основе синтезируют вещества, которые вводят в кровь пациента при поиске злокачественных опухолей. Радиоактивная метка накапливается раковыми клетками и «выдает» их при томографическом обследовании. Организм при этом получает некоторую дополнительную дозу облучения, однако связанные с этим риски несопоставимы с выгодами от своевременной диагностики.
Некоторые искусственные радиоактивные изотопы применяются в производстве компактных источников излучения, вживляемых прямо внутрь опухоли. Если изотоп дает альфа-лучи, которые хорошо задерживаются биологической тканью, источник выжигает только прилегающую к нему опухоль и почти не вредит здоровой ткани.
Изотопы, дающие гамма-лучи, например кобальт-60, применяют и для дистанционного облучения опухолей.
Используемый при лучевой терапии контейнер с кобальтом-60. Радиоактивный изотоп обозначен буквой G и окружен многослойной защитой, которая минимизирует облучение персонала и пациентов. Иллюстрация: KDS4444 / Wikimedia
Еще искусственные радионуклиды используют при производстве радиоактивных источников для всевозможных технических исследований. Это и дефектоскопия, просвечивание различных деталей, и проверка состояния стенок скважины. Кроме того, ионизирующим излучением от кобальта-60 стерилизуют бинты и лекарственные препараты, а также уничтожают поселившихся в музейных экспонатах насекомых — радиация во многих случаях оказывается безопаснее ядохимикатов и сильных антисептиков.
Стронций-90 также применяют для изготовления радиоизотопных источников электроэнергии. Раскаленный энергией радиоактивного распада металл греет термоэлектрический преобразователь, который превращает тепло непосредственно в электрический ток.
КПД такой схемы невысок, но зато она компактна и надежна, ее можно использовать для электроснабжения радиомаяков где-нибудь в далекой тундре. Или для электроснабжения космической техники.
За ураном и до фермия
Самые известный и полученный в наибольших количествах элемент после урана — плутоний. Он применяется в ядерном оружии, а также в описанных выше радиоизотопных термоэлектрических генераторах, РИТЭГах. Именно на плутонии работают многие аппараты, отправленные в дальний космос, а также марсоход Curiosity.
Инженер проверяет уровень радиации вблизи РИТЭГа для космического аппарата Cassini, который затем был отправлен к Сатурну и его спутникам. Обратите внимание, что на ней вовсе нет тяжелого защитного костюма. Это потому, что чистый плутоний дает лишь альфа-частицы, которые почти все задерживаются корпусом устройства. Радиационный фон вблизи генератора не создает угрозы для человека. Иллюстрация: NASA Иллюстрация: NASA
Между ураном и плутонием находится нептуний, который применяется только как промежуточный продукт для получения плутония.
Следом идет америций, который используется в ряде компактных радиоактивных источников, например во многих детекторах дыма. Всего нескольких десятых долей микрограмма достаточно для ионизации воздуха в детекторе. Ионизированный воздух начинает проводить ток, а при задымлении сила тока меняется и это заставляет сигнализацию срабатывать.
За америцием идет кюрий, который используется в РИТЭГах, а также в качестве источника альфа-излучения для анализа химического состава различных веществ методом альфа-спектроскопии. Альфа-спектрометры с кюрием стоят на марсоходах и некоторых иных космических аппаратах.
Альфа-спектрометр для марсохода Curiosity использует кюрий как источник альфа-излучения. Фото: NASA/JPL/Max-Planck-Institute for Chemistry
Берклия, калифорния и эйнштейния на сегодня удается синтезировать столь мало, что использовать их на практике затруднительно. Что же касается фермия, занимающего сотую ячейку таблицы Менделеева, то его — как и все более тяжелые элементы — вообще не удалось получить в весовых количествах.
Иными словами, даже взвесить полученный фермий не на чем: самые чувствительные весы для этой задачи непригодны. Соответственно, нельзя измерить плотность, не получается определить температуру плавления, цвет и другие характеристики.
Редкие и потому дорогие трансурановые (идущие после урана в периодической таблице) элементы интересны либо своим высоким энерговыделением, либо способностью давать только чистое альфа-излучение, которое сравнительно легко экранировать даже плотной фольгой. По этим причинам они могут оказываться предпочтительнее более распространенных радионуклидов, дающих излучение с большей проникающей способностью и требующих намного более сложной биологической защиты.
От фермия и далее
Элементы тяжелее фермия получаются в ничтожно малом и не допускающем никакого практического применения количестве, и пока что задача их синтеза относится к категории фундаментальной науки. Никто не может уверенно сказать, принесут ли такие исследования пользу в будущем.
Однако то же самое говорили в начале XX века про работы, посвященные строению атома. Сто лет назад ученые уже открыли атомное ядро, но еще не знали ни о существовании нейтронов, ни о фундаментальных законах квантовой механики, которым подчиняются атомы. Спустя всего три десятка лет были запущены первые ядерные реакторы и взорвана первая ядерная бомба.
Рисунок на стене дома, где в 1867 году родилась Мария Склодовская-Кюри. Через сто лет ядерные реакторы будут строить на промышленной основе. Фото: Nihil novi / Wikimedia
В исследованиях трансфермиевых элементов и их изотопов ключевую роль играет такое понятие, как «остров стабильности». Это предполагаемые ядра атомов, которые будут если не стабильны, то хотя бы достаточно долгоживущи. Гипотеза о существовании «острова стабильности» отчасти подкрепилась синтезом в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне элементов от 114-го и далее, но у ученых нет на сегодня методики, которая позволяет заранее рассчитать характеристики всех возможных атомных ядер.
Работы по синтезу все более и более тяжелых атомных ядер могут помочь в создании более полной модели атомного ядра, а это уже вполне конвертируемое в технологии знание.
Например, одним из возможных решений проблемы радиоактивных отходов является их трансмутация, процесс, отчасти напоминающий синтез искусственных элементов. Если облучать отработанное ядерное топливо, то часть наиболее опасных изотопов в нем «выгорает», превращаясь в менее активные и потому не столь опасные вещества. Управление этим процессом требует хорошего понимания устройства ядра атомов.
Контейнеры с отработанным ядерным топливом. Снимок кажется слегка мутным неспроста — он сделан через толщу воды, которая поглощает смертоносное излучение. Фото: United States Department of Energy
До урана, в природе не встречается
Перед ураном в таблице Менделеева стоят несколько элементов, которые тоже практически отсутствуют в природе.
Технеций, само название которого обозначает «искусственный», используют в медицине для самых разнообразных исследований с использованием изотопных меток.
Причем, что особенно интересно, технеций стоит в таблице не рядом с ураном, а между молибденом и рутением, его порядковый номер всего лишь 43 против 92 у урана.
Под номером 84 идет печально знаменитый полоний, крайне токсичный из-за своей очень высокой радиоактивности. Впрочем, ему тоже находили вполне мирное применение: к примеру, советский «Луноход» долгими лунными ночами согревал именно полоний.
Луноход, копия. Его приборный отсек обогревался полонием. Фото: Вадим Кондратьев / Wikimedia
В 85-й ячейке расположен астат. На основе его положения в таблице Менделеева можно сделать вывод, что его свойства должны быть аналогичны йоду или брому, но астат чрезвычайно нестабилен и в силу этого назван: от греческого ἄστατος, «неустойчивый». На вид это темно-синие кристаллы, которые в сколько-нибудь значимых количествах синтезировать не удалось. Химики даже не знают, может ли астат формировать двухатомные молекулы подобно хлору или брому. Столь же загадочен франций — никто толком не знает, как он выглядит.
По всей видимости, это серебристый металл с температурой плавления всего 27 градусов Цельсия. Если бы он не был столь радиоактивен и редок, то, вероятно, таял бы в руках.
Актиний — номер 87 — в природе встречается тоже крайне редко, поэтому его обычно синтезируют в ядерных реакторах. Несмотря на редкость, элементу нашли несколько вариантов применения: в источниках гамма-излучения, а также в медицинских исследованиях.
Алексей Тимошенко
Теги
ФизикаХимияРоссийская наука
Может ли человек делать химические элементы
Из 26 известных в настоящее время трансурановых элементов 24 не встречаются на нашей планете. Они были созданы человеком. Как же синтезируют тяжелые и сверхтяжелые элементы?
Алексей Левин
Первый список из тридцати трех предполагаемых элементов, «Таблицу субстанций, принадлежащих всем царствам природы, которые могут считаться простейшими составными частями тел», опубликовал Антуан Лоран Лавуазье в 1789 году.
Вместе с кислородом, азотом, водородом, семнадцатью металлами и еще несколькими настоящими элементами в нем фигурировали свет, теплород и некоторые окислы. А когда 80 лет спустя Менделеев придумал Периодическую систему, химики знали 62 элемента. К началу XX века считалось, что в природе существуют 92 элемента — от водорода до урана, хотя некоторые из них еще не были открыты.
Тем не менее уже в конце XIX века ученые допускали существование элементов, следующих в таблице Менделеева за ураном (трансуранов), но обнаружить их никак не удавалось. Сейчас известно, что в земной коре содержатся следовые количества 93-го и 94-го элементов — нептуния и плутония. Но исторически эти элементы сначала получили искусственно и лишь потом обнаружили в составе минералов.
Из 94 первых элементов у 83 имеются либо стабильные, либо долгоживущие изотопы, период полураспада которых сравним с возрастом Солнечной системы (они попали на нашу планету из протопланетного облака).
Жизнь остальных 11 природных элементов много короче, и потому они возникают в земной коре лишь в результате радиоактивных распадов на краткое время. А как же все остальные элементы, от 95-го до 118-го? На нашей планете их нет. Все они были получены искусственным путем.
Первый искусственный
Создание искусственных элементов имеет долгую историю. Принципиальная возможность этого стала понятна в 1932 году, когда Вернер Гейзенберг и Дмитрий Иваненко пришли к выводу, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Два года спустя группа Энрико Ферми попыталась получить трансураны, облучая уран медленными нейтронами. Предполагалось, что ядро урана захватит один или два нейтрона, после чего претерпит бета-распад с рождением 93-го или 94-го элементов. Они даже поспешили объявить об открытии трансуранов, которые в 1938 году в своей Нобелевской речи Ферми назвал аусонием и гесперием. Однако немецкие радиохимики Отто Ган и Фриц Штрассман вместе с австрийским физиком Лизой Мейтнер вскоре показали, что Ферми ошибся: эти нуклиды были изотопами уже известных элементов, возникшими в результате расщепления ядер урана на пары осколков приблизительно одинаковой массы.
Именно это открытие, совершенное в декабре 1938 года, сделало возможным создание ядерного реактора и атомной бомбы.
Первым же синтезированным элементом стал вовсе не трансуран, а предсказанный еще Менделеевым экамарганец. Его искали в различных рудах, но безуспешно. А в 1937 году экамарганец, позднее названный технецием (от греческого — искусственный) был получен при обстреле молибденовой мишени ядрами дейтерия, разогнанными в циклотроне Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Легкие снаряды
Элементы с 93-го до 101-го были получены при взаимодействии ядер урана либо следующих за ним трансуранов с нейтронами, дейтронами (ядрами дейтерия) или альфа-частицами (ядрами гелия). Первого успеха здесь добились американцы Эдвин Макмиллан и Филип Эйбелсон, которые в 1940 году синтезировали нептуний-239, отработав идею Ферми: захват ураном-238 медленных нейтронов и последующий бета-распад урана-239.
Следующий, 94-й элемент — плутоний — впервые обнаружили при изучении бета-распада нептуния-238, полученного дейтронной бомбардировкой урана на циклотроне Калифорнийского университета в Беркли в начале 1941 года.
А вскоре стало понятно, что плутоний-239 под действием медленных нейтронов делится не хуже урана-235 и может служить начинкой атомной бомбы. Поэтому все сведения о получении и свойствах этого элемента засекретили, и статья Макмиллана, Гленна Сиборга (за свои открытия они разделили Нобелевскую премию 1951 года) и их коллег с сообщением о втором трансуране появилась в печати лишь в 1946 году.
Американские власти почти на шесть лет задержали и публикацию об открытии 95-го элемента, америция, который в конце 1944 года был выделен группой Сиборга из продуктов нейтронной бомбардировки плутония в ядерном реакторе. Несколькими месяцами ранее физики из этой же команды получили первый изотоп 96-го элемента с атомным весом 242, синтезированный при бомбардировке урана-239 ускоренными альфа-частицами. Его назвали кюрием в знак признания научных заслуг Пьера и Марии Кюри, открыв тем самым традицию наименования трансуранов в честь классиков физики и химии.
60-дюймовый циклотрон Калифорнийского университета стал местом сотворения еще трех элементов, 97-го, 98-го и 101-го.
Первые два назвали по месту рождения — берклием и калифорнием. Берклий был синтезирован в декабре 1949 года при обстреле альфа-частицами мишени из америция, калифорний — двумя месяцами позже при такой же бомбардировке кюрия. 99-й и 100-й элементы, эйнштейний и фермий, были обнаружены при радиохимическом анализе проб, собранных в районе атолла Эниветок, где 1 ноября 1952 года американцы взорвали десятимегатонный термоядерный заряд «Майк», оболочка которого была изготовлена из урана-238. Во время взрыва ядра урана поглощали до пятнадцати нейтронов, после чего претерпевали цепочки бета-распадов, которые и вели к образованию этих элементов. 101-й элемент, менделевий, был получен в начале 1955 года. Сиборг, Альберт Гиорсо, Бернард Харви, Грегори Чоппин и Стэнли Томсон подвергли альфа-частичной бомбардировке около миллиарда (это очень мало, но больше просто не было) атомов эйнштейния, электролитически нанесенных на золотую фольгу. Несмотря на чрезвычайно высокую плотность пучка (60 трлн альфа-частиц в секунду), было получено лишь 17 атомов менделевия, но при этом удалось установить их радиационные и химические свойства.
Тяжелые ионы
Менделевий стал последним трансураном, полученным с помощью нейтронов, дейтронов или альфа-частиц. Для получения следующих элементов требовались мишени из элемента номер 100 — фермия, которые тогда было невозможно изготовить (даже сейчас в ядерных реакторах фермий получают в нанограммовых количествах).
Ученые пошли другим путем: использовали для бомбардировки мишеней ионизированные атомы, чьи ядра содержат более двух протонов (их называют тяжелыми ионами). Для разгона ионных пучков потребовались специализированные ускорители. Первую такую машину HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator) запустили в Беркли в 1957 году, вторую, циклотрон У-300 — в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне в 1960-м. Позднее в Дубне заработали и более мощные установки У-400 и У-400М. Еще один ускоритель UNILAC (Universal Linear Accelerator) с конца 1975 года действует в немецком Центре по исследованию тяжелых ионов имени Гельмгольца, в Виксхаузене, одном из районов Дармштадта.
В ходе бомбардировок тяжелыми ионами мишеней из свинца, висмута, урана или трансуранов возникают сильно возбужденные (горячие) ядра, которые либо разваливаются, либо сбрасывают избыточную энергию посредством испускания (испарения) нейтронов. Иногда эти ядра испускают один-два нейтрона, после чего претерпевают и другие превращения — например, альфа-распад. Такой тип синтеза называется холодным. В Дармштадте с его помощью получили элементы с номерами от 107 (борий) до 112 (коперниций). Этим же способом в 2004 году японские физики создали один атом 113-го элемента (годом ранее он был получен в Дубне). При горячем синтезе новорожденные ядра теряют больше нейтронов — от трех до пяти. Этим способом в Беркли и в Дубне синтезировали элементы со 102-го (нобелий) до 106-го (сиборгий, в честь Гленна Сиборга, под руководством которого было создано девять новых элементов). Позднее в Дубне таким путем изготовили шесть самых массивных сверхтяжеловесов — с 113-го по 118-й. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry) пока утвердил лишь имена 114-го (флеровий) и 116-го (ливерморий) элементов.
Всего три атома
118-й элемент с временным названием унуноктий и символом Uuo (по правилам IUPAC, временные имена элементов образуются от латинских и греческих корней названий цифр их атомного номера, un-un-oct (ium) — 118) был создан совместными усилиями двух научных групп: дубнинской под руководством Юрия Оганесяна и Ливерморской национальной лаборатории под руководством Кентона Муди, ученика Сиборга. Унуноктий в таблице Менделеева расположен под радоном и поэтому может быть благородным газом. Однако его химические свойства пока выяснить не удалось, поскольку физики создали лишь три атома этого элемента с массовым числом 294 (118 протонов, 176 нейтронов) и периодом полураспада около миллисекунды: два в 2002 году и один в 2005-м. Их получили бомбардировкой мишени из калифорния-249 (98 протонов, 151 нейтрон) ионами тяжелого изотопа кальция с атомной массой 48 (20 протонов и 28 нейтронов), разогнанными на ускорителе У-400. Общее число кальциевых «пуль» составило 4,1х1019, так что производительность дубнинского «унуноктиевого генератора» крайне мала.
Однако, по словам Кентона Муди, У-400 — единственная в мире машина, на которой можно было синтезировать 118-й элемент.
«Каждая серия опытов по синтезу трансуранов добавляет новую информацию о структуре ядерной материи, которую используют для моделирования свойств сверхтяжелых ядер. В частности, работы по синтезу 118-го элемента позволили отбросить несколько прежних моделей, — вспоминает Кентон Муди. — Мы сделали мишень из калифорния, поскольку более тяжелые элементы в нужных количествах были недоступны. Кальций-48 содержит восемь добавочных нейтронов по сравнению со своим основным изотопом кальцием-40. При слиянии его ядра с ядром калифорния образовывались ядра со 179 нейтронами. Они находились в сильно возбужденных и поэтому особо нестабильных состояниях, из которых быстро выходили, сбрасывая нейтроны. В результате мы получили изотоп 118-го элемента со 176 нейтронами. И это были настоящие нейтральные атомы с полным набором электронов! Живи они чуть подольше, можно было бы судить и об их химических свойствах».
Мафусаил номер 117
Элемент 117, он же унунсептий, был получен позже — в марте 2010 года. Этот элемент был рожден на той же машине У-400, где, как и раньше, обстреливали ионами кальция-48 мишень из берклия-249, синтезированного в Окриджской национальной лаборатории. При столкновении ядер берклия и кальция возникали сильно возбужденные ядра унунсептия-297 (117 протонов и 180 нейтронов). Экспериментаторам удалось получить шесть ядер, пять из которых испарили по четыре нейтрона и превратились в унунсептий-293, а оставшееся испустило три нейтрона и дало начало унунсептию-294.
В сравнении с унуноктием унунсептий оказался настоящим Мафусаилом. Период полураспада более легкого изотопа — 14 миллисекунд, а более тяжелого — целых 78 миллисекунд! В 2012 году дубнинские физики получили еще пять атомов унунсептия-293, позже — несколько атомов обоих изотопов. Весной 2014 года ученые из Дармштадта сообщили о синтезе четырех ядер 117-го элемента, два из которых имели атомную массу 294.
Период полураспада этого «тяжелого» унунсептия, измеренный немецкими учеными, составил около 51 миллисекунды (это хорошо согласуется с оценками ученых из Дубны).
Сейчас в Дармштадте готовят проект нового линейного ускорителя тяжелых ионов на сверхпроводящих магнитах, который позволит провести синтез 119-го и 120-го элементов. Аналогичные планы осуществляют и в Дубне, где строится новый циклотрон ДС-280. Не исключено, что всего через несколько лет станет возможным синтез новых сверхтяжелых трансуранов. И сотворение 120-го, а то и 126-го элемента со 184 нейтронами и открытие острова стабильности станут реальностью.
Полный список искусственных синтетических элементов
Нравится? Поделиться этим!
Синтетические элементы — это искусственные элементы. В природе они не встречаются. Чтобы узнать больше об этих элементах, читайте дальше…
Синтетические элементы — это нестабильные химические элементы, которые в природе не встречаются на Земле.
Эти элементы синтезируются в лаборатории. Все они нестабильны и радиоактивны по своей природе, а значит, излучают излучения и распадаются на другие элементы. Их открытие помогло заполнить пустые пробелы в таблице Менделеева, и позже они были созданы для исследовательских целей.
Список синтетических элементов
В таблице Менделеева 118 элементов, из которых 92 являются природными элементами, а остальные являются синтетическими элементами. Технеций (атомный номер 43) был первым обнаруженным синтетическим элементом, который заполнил таинственный пробел между элементами, молибденом (атомный вес 42) и рутением (атомный вес 44) в периодической таблице. Прометий (атомный номер 61), астат (атомный номер 85), франций (атомный номер 87) и трансурановые элементы составляют синтетические элементы. Трансурановые элементы — это те элементы, атомный номер которых больше, чем у урана (атомный вес 9).2). Вот список всех синтетических элементов.
| Элемент | Символ | Ат. № |
| Технеций | ТК | 43 |
| Прометий | вечера | 61 |
| Астатин | В | 85 |
| Франций | Пт | 87 |
| Нептуний | Нп | 93 |
| Плутоний | Пу | 94 |
| Америций | Ам | 95 |
| Кюриум | См | 96 |
| Берклиум | Бк | 97 |
| Калифорния | См. | 98 |
| Эйнштейний | Эс | 99 |
| Фермиум | FM | 100 |
| Менделевий | Мд | 101 |
| Нобелий | № | 102 |
| Элемент | Символ | Ат. № . |
| Лоренсиум | Лр | 103 |
| Резерфордий | РФ | 104 |
| Дубниум | Дб | 105 |
| Сиборгиум | Сг | 106 |
| Борий | Бх | 107 |
| Хассиум | Гс | 108 |
| Мейтнерий | Мт | 109 |
| Дармштадтиум | Дс | 110 |
| Рентгений | Рг | 111 |
| Коперниций | Сп | 112 |
| Унунтриум | Уут | 114 |
| Унунпентиум | Ууп | 115 |
| Унунсептиум | Уус | 117 |
| Унуноктий | Ууо | 118 |
Производство
Впервые синтетические элементы были обнаружены в 1937 году, а техниций был первым синтезированным элементом.
Эти элементы производятся в процессе ядерного синтеза. Для производства этих элементов используются ядерные реакторы или ускорители частиц. В ускорителях частиц частицы двух элементов сталкиваются друг с другом на очень высокой скорости. Когда ядра двух элементов сливаются друг с другом, образуется более крупный элемент. Нейтроны, альфа-частицы, дейтроны и т. д. называются снарядами. Когда они падают на тяжелый элемент, образуется новый элемент. Технеций был получен бомбардировкой молибдена дейтронами. Позже было обнаружено, что нейтроны могут выбрасывать уран с образованием новых элементов. В результате этого процесса образовался первый трансурановый элемент — нептуний. Ученым потребовалось 20 лет, чтобы произвести элементы от плутония до лоуренсия (см. список синтетических элементов).
Именование
IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) дал названия почти всем синтетическим элементам. В то время как некоторые названы в честь места, где они были обнаружены (америций и калифорний), большинство этих элементов названо в честь ученого, который их открыл (эйнштейний, кюрий, менделевий и т.
д.). Для того, чтобы назвать любой элемент, его существование должно быть доказано его первооткрывателем. Элементы называются предварительными именами, пока они не будут названы официально. Элементы от унунбия до унуноктиума еще не получили своих официальных названий и поэтому известны под своими условными именами. Куриум назван в честь известного ученого Пьера Кюри и его жены Марии Кюри. Точно так же менделевий назван в честь Дмитрия Менделеева, ученого, который создал периодическую таблицу.
Применение
Технеций используется в медицине, где он играет важную роль в медицинских тестах, в которых используются радиоактивные элементы. Он также используется в качестве катализатора в некоторых химических реакциях. Плутоний используется в качестве топлива во многих ядерных реакторах. Атомная бомба, сброшенная на Нагасаки в 1945 году, содержала плутоний. Америций используется в детекторах дыма. Существует очень мало применений синтетических элементов, и они обычно используются для производства новых элементов.
Большинство из них производятся только для изучения их свойств.
Открытие синтетических элементов стало поворотным моментом в истории химических элементов. Доктор Гленн Сиборг и доктор Эдвин Макмиллан были удостоены Нобелевской премии по химии за открытие трансурановых элементов.
Без категорий
Получайте обновления прямо в папку «Входящие»
Подпишитесь, чтобы получать последние и лучшие статьи с нашего сайта автоматически каждую неделю (плюс-минус)… прямо в папку «Входящие».
Обновления блога
Адрес электронной почты
*
Синтетические элементы — wikidoc
В химии химические элементы, обозначенные как синтетические , слишком нестабильны, чтобы встречаться в природе на Земле. Эти синтетические элементы обладают настолько коротким периодом полураспада по сравнению с возрастом Земли, что любые атомы этих элементов, которые могли существовать, когда сформировалась Земля, давно распались. Из-за этого атомы синтетических элементов присутствуют на Земле только как продукт экспериментов с участием ядерных реакторов или ускорителей частиц посредством ядерного синтеза или поглощения нейтронов.
Уран и торий не имеют стабильных изотопов, но встречаются в природе в земной коре и атмосфере, поэтому ни один из этих двух элементов не называется синтетическим. Кроме того, нестабильные элементы, такие как полоний, радий и радон, которые образуются в результате распада урана и тория, также могут быть обнаружены в природе, несмотря на очень короткие периоды полураспада.
Первым элементом, открытым путем синтеза, был технеций. Это открытие заполнило пробел в периодической таблице, и тот факт, что не существует стабильных изотопов технеция, объясняет его естественное отсутствие на Земле (и пробел). При периоде полураспада 4,2 миллиона лет от образования Земли не осталось технеция. Лишь незначительные следы технеция встречаются в природе в земной коре (как продукт спонтанного деления урана-238 или в результате захвата нейтронов молибденовыми рудами), но технеций естественным образом обнаруживается в красных гигантских звездах.
Атомная масса природных элементов основана на средневзвешенном содержании природных изотопов, встречающихся в земной коре и атмосфере.