Содержание
Новые химические элементы названы московием и оганессоном — Газета.Ru
Новые химические элементы названы московием и оганессоном — Газета.Ru | Новости
Гидрометцентр: непогода надвигается на ряд регионов России в ближайшие дни
01:14
Гендиректор «Зенита» Медведев объяснил неудачи команды в выездных матчах
01:10
Минобороны Молдавии сообщило о начале совместных учений с военными Румынии и…
01:05
ТАСС: заболеваемость коронавирусом в мире за неделю выросла почти на 20%
00:56
«Известия»: в даркнете и Telegram-каналах стали предлагать услуги…
00:52
«Ливерпуль» выдал худший старт в АПЛ с сезона-2012/13
00:50
Рогов: ВС Украины готовят провокации на ряде ГЭС и могут начать новое…
00:49
Медведев считает, что видео экс-командира «Азова» не вызовет международную…
00:46
Стремоусов: на Андреевском направлении взяты в плен офицеры военной разведки…
00:39
Легенда сборной Испании Пуйоль извинился за шутку про отношения.
..
00:35
Наука
Международный союз теоретической и прикладной химии озвучил рекомендованные названия для 113-го, 115-го, 117-го и 118-го элементов таблицы Менделеева. Об этом сообщается на сайте союза.
Так, 113-й элемент будет называться ниппонием, 115-й — московием (в честь Московской области), 117-й — теннессином, 118-й — оганессоном (в честь российского ученого Юрия Оганесяна). Название 113-му элементу дали открывшие его японцы, 115-му, 117-му и 118-му — команда российских и зарубежных ученых.
Официально элементы получат свои имена в ноябре 2016 года.
Ранее сообщалось, что российские ученые были признаны первооткрывателями трех новых химических элементов — 115-го, 117-го и 118-го. 113-й элемент впервые также был зарегистрирован в ОИЯИ в 2003 году в реакции кальция-48 с америцием-243. Время жизни элемента составляло около секунды. В 2004 году японские ученые из института РИКЕН осуществили первый эксперимент по облучению мишени висмута-209 ускоренными ионами цинка-70, в результате чего также был зарегистрирован изотоп 113-го элемента, просуществовавший несколько миллисекунд.
Его первооткрывателями были признаны японские ученые.
Всего за последние 50 лет Периодическая таблица Менделеева пополнилась 17 новыми элементами, из которых в ОИЯИ синтезировано девять, в том числе за последние 10 лет — пять наиболее тяжелых (сверхтяжелых) элементов, замыкающих Периодическую таблицу.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Картина дня
«Это акт терроризма». Бастрыкин доложил Путину о взрыве на Крымском мосту
Путин: авторы, исполнители и заказчики теракта на Крымском мосту — спецслужбы Украины
Турция собирает саммит стран Запада и РФ по Украине. В Кремле об этом ничего не известно
Турция предложила переговоры в Стамбуле по ситуации на Украине между РФ и США с союзниками
Украина получит от США ракеты GMLRS. Что это изменит для российских военных
Что войдет в новый пакет военной помощи ВСУ от США
Медведев: ответом на теракт на Крымском мосту может быть только уничтожение террористов
Стремоусов: на Андреевском направлении взяты в плен офицеры военной разведки Украины
Bloomberg: ЕК готовится направить замороженные активы РФ на восстановление Украины
Глава погранкомитета Белоруссии: Украина взорвала мосты и заминировала дороги на границе
Новости и материалы
Гидрометцентр: непогода надвигается на ряд регионов России в ближайшие дни
Гендиректор «Зенита» Медведев объяснил неудачи команды в выездных матчах
Минобороны Молдавии сообщило о начале совместных учений с военными Румынии и Британии
ТАСС: заболеваемость коронавирусом в мире за неделю выросла почти на 20%
«Известия»: в даркнете и Telegram-каналах стали предлагать услуги «эвакуации» из РФ
«Ливерпуль» выдал худший старт в АПЛ с сезона-2012/13
Рогов: ВС Украины готовят провокации на ряде ГЭС и могут начать новое контрнаступление
Медведев считает, что видео экс-командира «Азова» не вызовет международную реакцию
Легенда сборной Испании Пуйоль извинился за шутку про отношения с экс-голкипером Касильясом
Деятельность музыкального дуэта «2 Маши» приостановлена
Медведев заявил о «стандартном раздолбайстве» при мобилизации в России
Тренер «Краснодара» о судействе в матче с «Ростовом»: так можно у «ПСЖ» Лигу 1 выиграть
Кокорин прокомментировал поражение «Ариса» от АЕКа
Глава Минторга Белоруссии Богданов: мораторий на рост цен не приведет к дефициту товаров
Том Круз станет первым актером, который снимется в фильме в открытом космосе
Экс-тренер «Урала» Шалимов призвал реформировать РПЛ из-за скучных матчей
Тренер «Ливерпуля» Клопп признал, что его команда выбыла из чемпионской гонки
Белорусский телеканал ОНТ показал видеофрагменты с пьяными украинскими пограничниками
Все новости
Военная операция России на Украине. День 228-й
Онлайн-трансляция военной спецоперации РФ на Украине — 228-й день
Крысы, шум и горы мусора: почему нью-йоркцы выступают против веранд ресторанов
В Нью-Йорке отказались закрыть веранды ресторанов, несмотря на требования жителей
«Еды и выпивки на столах не будет». Интервью с Валдисом Пельшем о шоу «Поем на кухне всей страной»
Валдис Пельш рассказал о самых необычных участниках шоу «Поем на кухне всей страной»
«Клуб полуночников» — сериал, где подростки из хосписа пугают друг друга в ожидании смерти
Рецензия на сериал «Клуб полуночников» от автора «Призраков дома на холме» Майка Флэнагана
«Освобождение от колониальных соглашений». Как закончился экономический саботаж на Сахалине
Экономист Крутаков объяснил, как создание нового оператора проекта «Сахалин-1» помогло защитить российские активы
Дальнобойщик и гиды. Кто погиб при взрыве на Крымском мосту
Стало известно о заказчике и водителе взорвавшейся на Крымском мосту фуры
Лучшие фотографии недели
Как происходит транспортное сообщение после взрыва на Крымском мосту
Песков: президент Путин проведет оперативное совещание с Совбезом РФ 10 октября
«Красные линии обозначены». В МИДе назвали границы, которые нельзя переступать Украине и Западу
В МИДе заявили, что поставки дальнобойных вооружений Украине станут «красной линией» для РФ
«Нерушимое братство» отменено: Киргизия отказалась проводить учения ОДКБ
В Минобороны Киргизии сообщили, что учения «Нерушимое братство» в рамках ОДКБ отменены
«Носферату, симфонии ужаса» — 100 лет. 5 фактов о первом вампирском фильме в истории
Вдова автора «Дракулы» пыталась уничтожить все копии картины, но не преуспела
«Риторика США была глупой». Трамп рассказал, что повлияло на решение Путина начать спецоперацию
Экс-президент США Трамп призвал Россию и Украину незамедлительно начать мирные переговоры
«Переправа стабильно работает». Что сейчас с Крымским мостом
The New York Times: взрыв на Крымском мосту организовали спецслужбы Украины
Алена Солнцева
Вещи на память
О неохоте к перемене мест
Ольга Васильева
Малыш и гаджет
О том, как смартфоны влияют на развитие и образование детей
Мария Дегтерева
Щас спою
О том, можно ли запрещать украинские песни
Анастасия Миронова
Готовы нa фронт, но от пирогов нa ночь откaзaться не могут
О том, почему у нac столько добровольцев с ожирением, диaбетом и гипертонией
Марина Ярдаева
К станку, не отходя от колыбели
О том, что такое самореализация в декрете
—>
Читайте также
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Заключение
| Рис.18. Известные к 2016 году изотопы сверхтяжелых элементов и реакции их образования. Для каждого изотопа указаны название элемента, его масса и период полураспада.  Нейтрон-дефицитные тяжелыеизотопы с Z < 113 были получены в реакциях «холодного слияния». Изотопы 112 − 118 с большим числом нейтронов образованы в реакциях «горячего слияния» [100, 101] Характеристики и реакции образования тяжелых и сверхтяжелых атомных ядер Таблица 3:
Таблица 4:
Создание Д.
|
40 ± 0.01) · 1010 л
1 ± 0.4 ч
7 ± 1.9 д
5 ±
И. Менделеевым Периодической системы химических элементов является ярким достижением отечественной науки. Опубликованная им в 1871 г. периодическая таблица содержала 64 химических элемента. Открытие радия в 1898 году стало началом новой эпохи в развитии химии − эпохи атомной и ядерной физики, давшей ключ к изучению сложной внутренней структуры атомов. Исследования ведущих ядерных центров мира, в том числе Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований (Дубна), привели к росту числа химических элементов до 118. Продвижение в область сверхтяжелых элементов − это не только вопрос о существовании границы Периодической системы Менделеева, но и расширение наших представлений о Вселенной, происходящих в ней физических процессах и динамике ее развития.Открытие элементов 113, 115, 117 и 118: что это дает
Борис Жуйков
«Троицкий вариант» №13(207), 28 июня 2016 года
Об автореБорис Жуйков — радиохимик, докт. |
хим. наук, зав. Лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН, ранее много лет работавший в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (Дубна), занимался исследованием свойств новых элементов.Открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева всегда вызывало интерес у широкой публики. Дело даже не столько в научной значимости этих открытий, а в том, что в школе все проходили Периодический закон, и некоторые даже помнят символы, обозначающие элементы. Это понятно, знакомо. Но сейчас за этими открытиями стоят сложные исследования в ядерной физике и радиохимии, о которых многие не имеют представления.
В настоящее время новые элементы получают только на ускорителях тяжелых ионов. (Ранее их обнаруживали в земных минералах, продуктах ядерных реакторов и ядерных взрывов.) Тяжелыми ионами, ускоренными в циклотронах или линейных ускорителях, бомбардируют мишени из тяжелых элементов, и в результате реакции слияния с испусканием одного или нескольких нейтронов синтезируется новый элемент с порядковым номером (зарядом ядра) — суммой зарядов ядер налетающего иона и ядра мишени.
Затем образующиеся ядра претерпевают радиоактивный распад. Для синтеза наиболее устойчивых изотопов выбирают такие комбинации ядер, в которых содержится по возможности большее число нейтронов и составные ядра имеют низкую энергию возбуждения. Выход получаемых тяжелых элементов чрезвычайно мал — отдельные атомы или десятки атомов, иногда за месяцы облучения на ускорителе. Период полураспада — секунды, а иногда и доли миллисекунд. Довольно сложно выделить ядра новых элементов из всей смеси образующихся продуктов ядерных реакций и правильно идентифицировать полученные продукты. Для этого создаются специальные установки, которые в результате регистрируют цепочку распадов с испусканием альфа-частиц и образованием изотопов более легких элементов, иногда цепочка оканчивается спонтанным делением ядра.
В нашей стране начиная с 1950-х годов работы по синтезу новых элементов на ускорителях тяжелых ионов проводились в Дубне под руководством акад. Г. Н. Флёрова (1913–1990) — основателя этого направления.
Сейчас эти работы проводятся под научным руководством акад. Ю. Ц. Оганесяна. В мире существует лишь несколько ускорителей и установок, где можно получать трансактиноидные элементы (т. е. элементы с зарядом ядра Z более 103).
Последнее решение IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии [1]) о признании открытия сразу четырех элементов — под номерами 113, 115, 117 и 118 — привлекло внимание российской общественности еще и потому, что приоритет в трех из них — 115, 117 и 118 — признан за российско-американской коллаборацией, включающей Лабораторию ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова Объединенного института ядерных исследований (Дубна) (ФЛЯР ОИЯИ), Ливерморскую национальную лабораторию им. Э. Лоуренса (LLNL), Окриджскую национальную лабораторию (ORNL) и Университет Вандербильта. Приоритет в открытии элемента 113 признан за группой из японского ускорительного научного центра RIKEN.
Установление приоритета — непростая задача, так как неточности в первых сообщениях об открытии в какой-то мере неизбежны.
Вопрос — какие неточности существенны, а какие можно принять и насколько выводы авторов обоснованны. Решение IUPAC основывалось на отчетах объединенной рабочей группы экспертов (Joint Working Party, JWP) [2, 3] и разработанных ранее критериях открытия. Согласно существующей практике авторам предоставляется право предложить названия новых элементов.
Элемент 113 предложено назвать нихонием (nihonium, Nh). Nihon — одно из двух названий Японии на японском языке, означающее «Страна восходящего солнца». Это первый элемент, открытый в Азии. Дубнинская группа оспаривала это первенство.
Приоритетные работы были опубликованы ФЛЯР ОИЯИ и RIKEN почти одновременно в 2004 году, группа из Дубны опубликовала работу даже несколько раньше. Для синтеза новых ядер в Японии использовали «холодную» реакцию слияния, бомбардируя изотопом цинка мишень из висмута 70Zn + 209Bi, с образованием изотопа 278113 (время жизни — миллисекунды и десятые доли миллисекунд).
В Дубне применили более выгодную (с точки зрения выхода и периодов полураспада) ядерную реакцию ионов тяжелого изотопа кальция и америция 48Ca + 243Am, которая приводит к образованию изотопов 288115 и 287115. Эти радионуклиды, испуская альфа-частицы, распадаются сначала соответственно в 284113 и 283113 (время жизни — сотни миллисекунд), а затем по цепочке в долгоживущие изотопы элемента 105 (дубния, Db). 268Db выделяли химически и затем регистрировали спонтанное деление.
Но промежуточные нуклиды в этих цепочках распада на тот момент не были известны, и их независимая физическая идентификация не проводилась. А химическое выделение и идентификацию Db на основе ионного обмена, проведенные в ФЛЯР ОИЯИ, объединенная рабочая группа посчитала неселективными и неубедительными. Также не были приняты во внимание попытки исследовать химические свойства элемента 113 методом газовой хроматографии, хотя этот метод ранее успешно использовался для изучения химии других трансактиноидных элементов.
В результате заключили, что заявка Дубны в данном случае не соответствует критериям открытия элементов.
В то же время все промежуточные продукты распада синтезированного в Японии изотопа 278113 (всего 3 события за 8 лет работы) были подтверждены, в том числе в специальных экспериментах в новом исследовательском центре по тяжелым ионам Ланжо в Китае. Таким образом, приоритет в открытии элемента 113 был признан за японской группой.
Элемент 115 был синтезирован в Дубне, и в честь региона, где расположен этот международный центр, авторами было предложено название московий (moscovium, Mc). Элемент получали опять же в ядерной реакции 48Ca + 243Am с образованием 287115 и 288115 (время жизни — десятки и сотни миллисекунд соответственно). Позднее был получен 289115 и другие изотопы этого элемента. В отличие от первого цикла химических экспериментов, которые дубнинская группа проводила самостоятельно, позднее, в 2007 году, химическое выделение продукта распада — 268Db осуществлялось уже с привлечением американских специалистов из Ливермора, и была достаточно убедительно доказана принадлежность этого элемента — продукта распада 115-го элемента — к V группе Периодической системы.
Более того, в 2013 году коллаборации из немецкого Центра исследований c тяжелыми ионами в Дармштадте (GSI) удалось повторить дубнинские результаты по получению изотопов элемента 115 в ядерной реакции 48Ca + 243Am. Таким образом, приоритет в открытии элемента 115 был признан за российско-американской группой.
Элемент 117 предложено назвать теннеcсин (tennessine, Ts) в честь американского штата Теннесси, где расположена Окриджская национальная лаборатория. Окончание в названии — по аналогии с астатином и другими элементами группы галогенов (на английском языке). Этот элемент также был синтезирован в Дубне, в ядерной реакции 48Ca + 249Bk. Роль американских коллег из Окриджа в основном состояла в изготовлении уникальной мишени берклия-249, который получали на высокопоточном реакторе в ORNL. В 2010–2013 годах было зарегистрировано всего 13 цепочек распадов 293117 и 294117, причем характеристики (время жизни и энергия альфа-распада) продукта распада 289115 соответствовали данным, полученным ранее для этого радионуклида в другой ядерной реакции 48Ca + 243Am.
По этой причине заявка на открытие этого элемента была признана отвечающей установленным критериям.
Элементу 118 авторами предложено название оганесон (oganesson, Og). Он должен являться аналогом радона и других инертных газов, и его открытие завершает седьмой период таблицы Менделеева. Этот элемент предложено назвать в честь Юрия Цолаковича Оганесяна за его пионерский вклад в исследование трансактиноидных элементов и важные ядерно-физические достижения в открытии сверхтяжелых ядер и исследовании «острова ядерной стабильности». В истории существовал только еще один пример, когда имя элемента присваивалось действующему ученому. Элемент 106 был назван в 1997 году сиборгием (Sg) в честь Гленна Сиборга (1912–1999), лауреата Нобелевской премии, автора открытия плутония и целого ряда трансплутониевых элементов.
В 2002–2012 годах в Дубне при облучении мишени 249Cf ионами 48Ca было обнаружено несколько событий образования 294118 (время жизни — порядка 1 миллисекунды), сопровождающихся последовательным распадом 290Lv (ливермория), 286Fl (флеровия) и 282Cn (коперниция).
Время жизни и энергии альфа-частиц этих изотопов Fl и Cn были подтверждены американской коллаборацией на циклотроне в Беркли, поэтому объединенная рабочая группа рекомендовала признать открытие.
Следует отметить, что все вновь предложенные названия и символы элементов пока еще не утверждены IUPAC.
* * *
Какое значение имеет открытие этих новых элементов?
Вопрос «Сколько хлеба и угля это может дать?» абсолютно некорректен. Пользу от развития определенной ветви фундаментальной науки часто невозможно предсказать, и такого рода аргументы не должны тормозить ее развитие. Попытки заранее расписать доход и политические выгоды от научных открытий смехотворны. Соображения престижа также не должны как-то ограничивать развитие направления, потому что его истинное значение может раскрыться много позже. И наоборот, широко разрекламированные достижения могут не иметь никакого значительного продолжения. Вообще, наука должна руководствоваться своей логикой, а не логикой людей, далеких от нее.
Общество должно доверять ученым, и «удовлетворение собственного любопытства за государственный счет» — это нормальное положение в данной области человеческой деятельности. И именно ученые, квалифицированные специалисты должны определять, на что следует тратить деньги, а что может подождать или вообще бесперспективно.
Другой вопрос, какое научное значение может иметь этот результат об открытии новых элементов. Что он изменяет в наших представлениях о структуре ядра и химических свойствах элементов вообще?
С физической точки зрения эти результаты могут иметь значение для лучшего понимания ядерной структуры и ядерного взаимодействия. С 1960-х годов бурно обсуждался вопрос о существовании так называемых островов стабильности в районе зарядов ядер Z = 114 и 126 как проявление оболочечной структуры ядер. Поэтому получение первых трансактиноидных элементов, которые имели гораздо больший период полураспада, чем предсказывалось старой «капельной» моделью строения ядра, было действительно принципиально важно.
Сейчас в оболочечной модели никто не сомневается. Полученные результаты по новым элементам и новым изотопам позволяют уточнить существующие модели ядра и ядерных реакций. Хотя и не ожидается принципиально новых явлений, набор новых данных всегда полезен. Очевидно, что вершины острова стабильности существующими методами не достигнуть: просто нет таких комбинаций в ядерных реакциях — в получаемых изотопах не хватает нейтронов. Ранее много лет проводились попытки обнаружения в природных образцах СТЭ, которые были бы настолько долгоживущими, что могли остаться со времен образования Солнечной системы. Но эти попытки не увенчались успехом. Некогда заявленные результаты не нашли ни экспериментального, ни теоретического подтверждения.
С химической точки зрения ситуация несколько иная. Здесь действительно можно ожидать принципиально новых явлений. Дело в так называемых «релятивистских эффектах». В атомах с большим зарядом ядра электроны приобретают релятивистские скорости, и обычное уравнение Шрёдингера, используемое для описания атомов, уже не работает.
В частности, знакомые всем «гантельки» р-электронов в VII-периоде претерпевают изменения, и одна из них превращается в шар. В результате электронная структура атомов меняется. У новых элементов возможно значительное отклонение химических свойств от экстраполированных по Периодической таблице и возникновение необычных химических свойств.
В отношении «релятивистских эффектов» существует много спекуляций, очевидно направленных на поднятие интереса к вопросу. Например, высказывалось предположение, что элемент 104 резерфордий (Rf) — формальный аналог титана, циркония и гафния — может оказаться p-элементом, по химическим свойствам близким к свинцу. Или заявлялось, что элемент 114 флеровий (Fl) — аналог свинца — может оказаться инертным газом. На самом деле при аккуратном рассмотрении выясняется, что, хотя атом Rf и имеет необычную конфигурацию внешней электронной оболочки (ds2p), по своим химическим свойствам это типичный d-элемент, аналог гафния. А Fl, обладая повышенной летучестью (как это следует и из любых экстраполяций), в конденсированном состоянии остается типичным металлом.
Вообще, абсолютно некорректно любое отклонение от экстраполяции по Периодической системе приписывать «релятивистским эффектам»: оно может быть обусловлено совершенно другими причинами, например межконфигурационным взаимодействием.
Так или иначе, исследование релятивистских эффектов позволяет лучше понять и химические свойства давно известных и повсеместно применяемых элементов. Также это позволяет лучше разобраться в том, каким образом электронное строение атомов и молекул, которое можно рассчитать, определяет их конкретные химические свойства. Это до сих пор является далеко не до конца решенным вопросом. Дальнейшее продвижение по Периодической таблице может привести к образованию совсем новой группы элементов — g-элементов (начиная с элемента 121) с интересными свойствами. Все эти вопросы еще ждут подробного исследования.
Однако приходится отметить, что в последних открытиях исследования химических свойств новых элементов вообще не фигурируют (химически выделялся лишь продукт распада элемента 115 — элемент 105, Db, чтобы подтвердить конец цепочки распада).
Но такое исследование трудно было провести ввиду низкого выхода и коротких периодов полураспада полученных изотопов. Тем не менее это возможно, хотя требует нового подхода к постановке химических экспериментов.
Открытие новых элементов дает еще один пример того, что значительные достижения российских ученых возможны в тесной коллаборации с учеными из США, Германии и других развитых стран. Именно такие работы и поднимают престиж нашей науки.
[1] International Union of Pure and Applied Chemistry.
[2] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill В.M., Vardaci E., Yamazaki T. Discovery of the elements with atomic numbers Z = 113, 115 and 117 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2016. V. 88. P. 139–153.
[3] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T. Discovery of the elements with atomic numbers Z = 118 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. 2016. V. 88. P. 155–160.
[4] Hamilton H., Hofman S., Oganessian Y.T. Search for Superheavy Nuclei // Annu.
Rev. Nucl. Part. Sci., 2013. V. 63. P. 383–405.
Как рождаются новые химические элементы?
Светлана Соколова, главный редактор сайта Года науки и техники в России, рассказала заместителю директора Лаборатории ядерных реакций Андрею Попеко о синтезе сверхтяжелых элементов и перспективах в этой области, а также о пользе, которую эти исследования могут принести обществу.
Объединенный институт ядерных исследований в Дубне строит первую в мире фабрику сверхтяжелых элементов
Шестнадцать новых элементов появились в периодической таблице во второй половине 20-го века и еще пять в 21-м веке. Теперь таблица заканчивается оганесоном (Og 118). Он был синтезирован в 2002 и 2005 годах в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне.
Оганесон — один из так называемых сверхтяжелых элементов, следующих за ураном (U 92). Некоторые из этих элементов образовались около 10 миллиардов лет назад в результате ядерных реакций внутри звезд.
Большинство из них давно сгнило. Все встречающиеся в природе химические элементы были обнаружены в 1940с. Последним был франций (Fr 87). Все последующие элементы производились – и производятся – в лабораториях.
ОИЯИ в настоящее время строит первую в мире фабрику сверхтяжелых элементов для синтеза элементов 119, 120 и 121 и углубленного изучения свойств ранее полученных элементов. Об этом суперпроекте мы поговорили с заместителем директора Лаборатории ядерных реакций им. Флерова ОИЯИ Андреем Попеко.
«Это просто арифметика»
Андрей Георгиевич, во-первых, почему «завод»? И чем он будет отличаться, например, от коллайдера?
Это «завод», потому что это ускоритель плюс вся инфраструктура вокруг него. Отличие от коллайдера принципиальное. В коллайдере частицы разгоняются почти до скорости света, а затем сталкиваются друг с другом. Получаются новые частицы или другие интересные события. А для синтеза сверхтяжелых элементов нельзя использовать сверхвысокие энергии.
Наоборот, чем сильнее вы ударите одно ядро о другое, тем быстрее система разрушится. Ничего полезного вы не получите.
Что вы сделаете, чтобы получить «что-то полезное»?
Нам нужно соединить ядра атомов так, чтобы они касались друг друга. Дело в том, что ядра с одинаковым зарядом отталкиваются. Чтобы преодолеть отталкивание, частицы следует разогнать до скорости, равной примерно 10% скорости света.
Мишень, т.е. слой материала, нанесенный на тонкую титановую фольгу, облучают ядрами ускорителя. Реакция бомбардирующих частиц с материалом мишени приведет к образованию новых частиц. Их «отловит» система детектирования, состоящая из пластин из кристаллического кремния. Это даст, в некотором смысле, электронную фотографию. Можно будет определить координаты, время прибытия и энергию частицы. В будущем мы надеемся, что эффективность завода будет в 10 раз больше, чем раньше. Тогда откроются очень большие перспективы для экспериментов. Для нас начнется совсем другая жизнь.
Итак, короче говоря, есть вещество, из которого сделана мишень, и есть вещества, которые летят сквозь эту мишень. В результате можно получить совершенно новый химический элемент, верно? До сих пор не понятно, как это работает.
Важно выбрать правильную комбинацию материала мишени и вещества, которое столкнется с ним. Условия здесь следующие: целевой материал должен существовать в природе или может быть получен искусственно в значительных количествах. Это первое требование. Но мы не должны смотреть на периодическую таблицу. В этом случае пользы от него будет немного. Мы должны использовать изотопную таблицу. Черные квадраты — долгоживущие изотопы, существующие в природе. Теперь можно взять частицу, которая привела бы к образованию нужного элемента. Здесь действует закон сохранения электрического заряда. Например, если вам нужен элемент 118, вы берете изотоп с ядерным зарядом 9.8 (калифорний) для цели, а для обстрела цели берешь кальций с ядерным зарядом 20.
20+98=118. Все просто.
Вы можете брать любые другие комбинации. Если вы хотите элемент 120, то 120 будет два раза 60. Берем элемент 60, неодим. Делаем его мишенью и используем для облучения этой мишени. Получаем элемент 120. Это просто арифметика. Нет необходимости тратить всю свою жизнь на то, чтобы что-то разобрать. Плюс есть известные законы.
Ученый секретарь ЛЯР ОИЯИ Александр Карпов у таблицы изотопов химических элементов. Сергей Карпухин/ТАСС
«Ядро не капля жидкости»
Какова именно вероятность получения сверхтяжелого элемента?
Он состоит как минимум из двух частей: вероятности ядерного синтеза и вероятности выживания образовавшегося ядра в процессе охлаждения. Потому что ядра остывают так же, как, например, жидкость. Но в жидкости испаряются именно молекулы, а нейтроны испаряются из ядер. Нейтроны уносят энергию ядра, и система охлаждается. Это первый. Во-вторых, ядра должны сливаться. К сожалению, чем ближе масса мишени и масса бомбардирующей частицы друг к другу, тем хуже они сливаются.
Это лишь некоторые обстоятельства, ограничивающие образование сверхтяжелых ядер.
Какие эксперименты сейчас проводятся на «фабрике»?
Конечно, сделан новый ускоритель, лучший способ показать его работоспособность — это повторить ранее достигнутые результаты. Так, в январе этого года нам удалось провести опыты по синтезу 115-го элемента, московия. Впервые он был получен в 2003 году.
В настоящее время проводятся эксперименты по получению пучков ускоренных частиц, необходимых для синтеза более тяжелых элементов.
Раньше мы работали в основном с кальцием. Это 20-й элемент Периодической таблицы. Он использовался для обстрела цели. А самый тяжелый элемент, из которого можно сделать мишень, это калифорний, 98. Соответственно, 98+20 это 118. То есть, чтобы получить элемент 120, нам нужно перейти к следующей частице. Скорее всего это титан: 22+98=120.
Работы по настройке системы еще много. Не хочу забегать вперед, но если мы сможем успешно провести все модельные эксперименты, то первые эксперименты по синтезу 120-го элемента, вероятно, начнутся в этом году.
А почему сверхтяжелые элементы вообще существуют? По каким законам природы?
Ядра атомов имеют структуру, которая чем-то похожа на структуру атомных оболочек. Ведь электроны удерживаются на орбите неспроста, ведь орбиты имеют особую сложную структуру. Примерно то же самое происходит и в ядрах. Структурные эффекты объясняют существование сверхтяжелых элементов. Ядро в норме не ведет себя как капля жидкости, не является аморфным телом, а имеет внутреннюю структуру. Без него сверхтяжелых ядер вообще бы не существовало. А наличие структурных свойств у ядерной материи приводит к тому, что эти ядра живут секунды, а мы надеемся, что они могут жить часы, дни, а может быть, и миллионы лет.
Бесструктурные ядра, следующие за элементами 103 и 104, больше не будут иметь права на существование. Это открытие структурных эффектов является крупным достижением в понимании природы ядерных сил.
«Никогда не бывает скучно»
Можно ли использовать сверхтяжелые элементы в народном хозяйстве?
Это определенно правильный вопрос, но мы проводим фундаментальное исследование.
Накопить какое-то количество атомов 118-го элемента, знаете ли, совершенно невозможно. Я думаю, пять атомов этого элемента были зарегистрированы в истории. И живут они менее миллисекунды.
В частности, очень интересно, как изменятся химические свойства элементов по мере продвижения по таблице. Только две трети элементов таблицы Менделеева «укладываются» в периодический закон, связывающий химические свойства элементов с зарядами атомных ядер. И тут возникают несоответствия: полностью инертных элементов нет, элементы, которые должны быть газами, становятся твердыми и проявляют металлические характеристики и т. д.
Канал транспортировки пучка сверхтяжелых элементов циклотрона ДЦ-280. Сергей Карпухин/ТАСС
Интересно также, как элементы образовались в природе. Не только сверхтяжелые. Теория не исключает, что сверхтяжелые элементы могли дожить до нашего времени после, скажем, образования Солнечной системы. И в этом случае их можно найти в природе.
Среди прочего, открытие новых элементов демонстрирует высокий уровень науки, техники и образования, что, в свою очередь, приносит экономические и политические дивиденды.
Какие страны сейчас лидируют в поиске сверхтяжелых элементов?
Только две страны, США и Россия, могут проводить такие исследования в одиночку. А причина в том, что должны быть материалы для изготовления мишеней, а это тяжелые трансурановые элементы, такие как кюрий, берклий, калифорний. Для производства этих элементов необходимы специальные реакторы.
Германия и Япония также активно занимаются поиском сверхтяжелых элементов, конечно, не в одиночку, а в кооперации с теми, у кого есть изотопы. Эти эксперименты очень длительны. Ведется регулярная работа: планомерная, но интенсивная. Японцы получили три атома 113-го элемента за 10 лет. Это своего рода мировой рекорд по настойчивости. Я не думаю, что кто-то еще делал это и будет делать.
Циклотронный комплекс ДЦ-280 для экспериментов по синтезу сверхтяжелых элементов и изучению их химических свойств. Сергей Карпухин/ТАСС
Каковы конкурентные преимущества России?
Во-первых, в России существует давняя и эффективная школа по синтезу новых элементов, которую основал Георгий Флеров.
В частности, его группе приписывают открытие 102-го элемента, нобелия.
Во-вторых, есть школа создания ускорителей. Как известно, первый ускоритель был построен в США, в Беркли, а второй — в Ленинграде, в Радиевом институте. И, в-третьих, мы умеем производить материал для мишеней – изотопы трансурановых элементов. Вот наши преимущества: научная школа, ускорители, изотопы. Это три кита успеха.
Андрей Георгиевич, Вы всю жизнь занимаетесь синтезом новых элементов. Уже более полувека. Вам все еще нравится?
Да, мне все еще нравится. Важным моментом является то, что развитие техники на самой грани возможностей обязательно к чему-то приведет. Например, к созданию новых технологий. Во всяком случае, это никогда не бывает скучно. Уверяю вас, это величайшая радость — открыть для себя что-то, о чем никто не знает. Это никогда не перестает быть веселым.
СЛОВАРЬ
Георгий Флеров (1913—1990). Советский физик-ядерщик, один из основателей ОИЯИ и один из пионеров поиска трансурановых элементов.
Принимал участие в открытии элементов 103, 104, 105 и 106.
Юрий Оганесян (1933 г.р.). Ученик Флерова и один из тех, кто синтезировал резерфордий, дубний и другие сверхтяжелые элементы. Академик РАН, научный руководитель Лаборатории ядерных реакций им. Флерова. В 2016 году в его честь был назван 118-й элемент оганесон.
Изотоп. Вид атома химического элемента с тем же атомным номером, но другим массовым числом. Например, изотоп водорода Н — дейтерий 2 Н, который используется в производстве термоядерного оружия.
Остров стабильности. Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Но только строго определенное количество этих «кирпичиков» связывается между собой в единое тело, представляющее собой ядро атома. Оказывается, есть еще комбинации, которые «не работают». Поэтому наш мир в принципе находится в море нестабильности. Есть ядра, которые существовали с момента образования Солнечной системы, и они стабильны.
Водород, например. Области с такими ядрами называются «континентами». Он постепенно дрейфует в море нестабильности по мере того, как мы приближаемся к более тяжелым элементам. Но оказывается, что вдали от суши возникает островок стабильности, где рождаются долгоживущие ядра.
Сверхтяжелые элементы. Элементы, следующие за ураном (с атомным номером 92). Некоторые из них появились около 10 миллиардов лет назад в результате ядерных реакций внутри звезд. Большинство из них давно сгнило. Теперь осталось только синтезировать их в лабораториях.
Светлана Соколова
4 новых элемента будут добавлены в таблицу Менделеева. Вот что это значит.
Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) объявил о добавлении в периодическую таблицу четырех новых элементов с атомными номерами 113, 115, 117 и 118.
Это очень важно, так как эти четыре элемента — сверхтяжелые, лабораторные и очень радиоактивные — заполняют незаполненные места в седьмой строке периодической таблицы.
Их открытия также открывают перед учеными двери для создания еще более тяжелых и, возможно, полезных синтетических элементов в будущем.
Здесь мы разберем, что означают открытия (то есть, кроме того факта, что люди, у которых есть татуировки с таблицей Менделеева, теперь будут устаревшими).
Эти четыре новых элемента не существуют в природе
Каждому элементу присваивается атомный номер, который соответствует количеству протонов в его ядре. Водород, самый легкий элемент, имеет атомный номер один, а его ядро содержит один протон. Элемент № 2 — гелий — имеет два.
Эти новые элементы имеют 113, 115, 117 и 118 протонов соответственно. Атомы с таким количеством протонов слишком нестабильны, чтобы существовать в природе. Это потому, что протоны естественным образом отталкиваются друг от друга. В более мелких атомах сильное ядерное взаимодействие — мощная энергия, высвобождаемая при ядерном взрыве, — удерживает протоны связанными. Но в более крупных атомах он теряет свою власть, и атомы распадаются на более стабильные элементы с меньшим количеством протонов.
(Уран с 92 протонами — самый тяжелый из существующих в природе элементов.)
Как создать новые, более тяжелые элементы: столкновение более легких
Элементы с очень высокими атомными номерами должны быть созданы путем сближения двух меньших атомов. в надежде, что некоторые из их протонов слипнутся.
«Чтобы создать 117, — поясняет журнал Scientific American, — исследователи врезали ядра кальция (с 20 протонами в каждом) в мишень из берклия (97 протонов на атом)». Но это намного сложнее, чем кажется. Берклиум (названный в честь Беркли, Калифорния) чрезвычайно редок; команде потребовалось более двух лет, чтобы накопить 13 миллиграммов для целей эксперимента.
Созданный элемент 117 почти мгновенно распадается и исчезает. Его период полураспада (количество времени, необходимое для распада половины заданного количества элемента) составляет пятьдесят тысячных секунды. Элемент 113, созданный бомбардировкой висмута ионами цинка, также быстротечен: он распадается менее чем за тысячную долю секунды, сообщают его японские первооткрыватели.
И чтобы было ясно, эти элементы были не , а обнаруженными. Лаборатории годами располагали доказательствами их существования. Но IUPAC имеет длительный процесс проверки заявлений.
юмикрум /Flickr
Какой смысл открывать новые элементы?
Так зачем же доказывать существование этих едва заметных элементов, не имеющих очевидной практической ценности? Один, потому что мы можем. Важно доказывать научные теории данными наблюдений. Это усиливает дальнейшие предсказания, которые мы можем сделать на основе периодической таблицы.
Во-вторых, потому что однажды мы можем создать несколько очень тяжелых и очень полезных новых элементов.
Квантовая теория утверждает, что можно создать чрезвычайно тяжелые элементы — с более чем 120 протонами — которые также очень стабильны (это означает, что они будут сопротивляться распаду). Эти элементы существовали бы на «островке стабильности» в конце таблицы Менделеева, и никто не знает, какими свойствами они могли бы обладать.
Как мы назовем эти новые элементы?
IUPAC приписывает совместной российско-американской команде открытие 115, 117 и 118, а японской команде открытие 113. «Для ученых это имеет большую ценность, чем олимпийская золотая медаль», — Рёдзи Ноёри, лауреат Нобелевской премии, объяснил Guardian. Первооткрыватели дают названия элементам.
«Новые элементы могут быть названы в честь мифологического понятия, минерала, места или страны, свойства или ученого и будут представлены на общественное обсуждение в течение пяти месяцев, прежде чем будет принято окончательное решение о новом официальном названии и символе. сделано», — сообщает Science Alert.
Краткий обзор периодической таблицы
Это периодическая таблица элементов. Он описывает вес и химические свойства всех известных элементов во Вселенной.
ИЮПАК
Он следует этим правилам (в основном, хотя есть много исключений).
Элементы в таблице Менделеева расположены слева направо:
- легче к тяжелее
- от более металлического до менее металлического
- от более положительно заряженного до более отрицательно заряженного до инертного (ни положительно, ни отрицательно заряженного)
Гениальность периодической таблицы заключается в том, что ее изобретатель Дмитрий Менделеев обнаружил, что по мере утяжеления элементов эта закономерность повторяется.
Каждый раз, когда шаблон повторяется, формируется новая строка.
В результате получается таблица, которая позволяет человеку легко сканировать вес элементов, а также угадывать, как они будут реагировать на другие элементы на столе. Итак, мы знаем, что химически натрий (обозначение Na) во многом похож на калий (обозначение K), хотя калий почти вдвое тяжелее натрия. И так далее.
Наша цель в этом месяце
Сейчас не время для платного доступа. Настало время указать на то, что скрыто на виду (например, сотни отрицателей выборов в бюллетенях по всей стране), четко объяснить ответы на вопросы избирателей и дать людям инструменты, необходимые им для активного участия в американской политике. демократия. Подарки читателям помогают сделать наши журналистские статьи, основанные на исследованиях, бесплатными для всех. К концу сентября мы планируем добавить 5000 новых финансовых спонсоров в наше сообщество сторонников Vox. Поможете ли вы нам достичь нашей цели, сделав подарок сегодня?
В их стихии
News Story
Химики Нью-Йоркского университета делятся своими фаворитами в честь 150-летия периодической таблицы
Читаете это с мобильного телефона? Ваш телефон содержит не менее 30 различных природных элементов, включая литий.
Или, может быть, вы пьете сельтерскую воду — соединение двух элементов (углерода и кислорода в виде углекислого газа), растворенное в двух других элементах (водород и кислород в виде воды).
Химические элементы, из которых состоит все вокруг нас, — повод для празднования каждый день, но 2019 год особенный, потому что он отмечает 150-летие периодической таблицы. Разработанный русским ученым Дмитрием Менделеевым в 1869 году (с участием многих других ученых до и после Менделеева), знакомый плакат на стенах кабинета химии начинался как новый способ сортировки и классификации элементов.
В периодической таблице Менделеева он систематизировал 63 элемента, известных в 1869 г.по их атомному весу, группируя те, которые имеют схожие свойства. Он также предусмотрительно оставил на столе свободные места, чтобы предвидеть элементы, которые еще не были обнаружены.
Менделеев был на верном пути — за последующие полтора века ученые добавили много новых элементов в пробелы в таблице, доведя сегодня количество элементов до 118.
Как отметило ранее в этом году Американское химическое общество, «изменения в периодической таблице продолжаются и по сей день и, вероятно, продолжат удивлять нас в будущем. Совсем недавно, в 2016 году, четыре последних пробела в периоде 7 — элементы 113, 115, 117 и 118 — были официально заполнены». Как и многие элементы, два из новейших названы в честь мест, где проводились исследования по созданию элементов: московий и теннессин.
В честь 150-летия таблицы Менделеева NYU News попросил группу химиков Нью-Йоркского университета назвать свои любимые элементы и рассказать нам, почему они их любят. От лития (№ 3) до галлия (№ 31) — вот их выбор.
Литий
Литий — мой самый любимый элемент в наши дни. Это один из самых легких элементов, и он невероятно преображает. Все наши сотовые телефоны и компьютеры оснащены литий-ионными аккумуляторами, а Нобелевская премия по химии в этом году была присуждена за разработку литий-ионных аккумуляторов.
В моей лаборатории мы хорошо знакомы с этим элементом, поскольку разрабатываем методы, которые позволяют нам заглянуть внутрь батарей, чтобы определить, хорошо ли они работают, и получить подсказки о том, как улучшить батареи, продлить срок их службы и обеспечить их безопасность.
.
Углерод
Дирк Траунер, Дженис Катлер, профессор химии
Мне нравится углерод, потому что правила, по которым связываются атомы углерода, очень просты, но структуры, которые можно создать с их помощью (и несколькими более легкими и тяжелыми второстепенными действующими лицами), такой разнообразный. После одной лекции студенты могут предложить молекулы, которые никогда раньше не создавались и о которых даже не думали, но которые, скорее всего, стабильны. Вы можете поставить ферму (и свою карьеру) на углерод!
Азот
Нед Симан, Маргарет и Герман Сокол Профессор химии
Азот
Азот. Это элемент, который присущ двум семантофоретическим молекулам [которые несут информацию] биологии, нуклеиновым кислотам и белкам. Без азота биология в основном состоит из сахара и жира.
Кремний
Кит Верпель, Маргарет и Герман Сокол Профессор медицинской химии
Кремний
Кремний. Он есть почти во всем: в камнях, песке, компьютерах, в этих маленьких пакетиках, которые вы найдете внутри обуви.
Этот элемент больше всего похож на углерод, но он настолько не похож на углерод, что приводит к неожиданному химическому поведению, которое может оказаться действительно полезным. И просто для протокола: нет, я не думаю, что может существовать жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, на основе кремния вместо углерода.
Кальций
Марк Уолтерс, доцент кафедры химии
Кальций
Сейчас мой любимый элемент — кальций. Это вещество нашей геосферы в виде компонента известняковых и гипсовых минералов и нашей биосферы в виде костей, зубов, ракушек и даже яичной скорлупы. Это дает нам основу и структуру. Но не только мы… Как компонент портландцемента и облицовочного гипса (гипсокартон), он также служит для изготовления оболочек и жилья для людей.
Это компонент мела, который до появления маркеров сухого стирания служил для улучшения структуры наших идей и выражений, произнесенных или безмолвно набросанных на чистом листе.
Железо
Энди Гамильтон, профессор химии и президент Нью-Йоркского университета
Утюг
Большинство химиков-органиков обычно говорят, что их любимым элементом является углерод из-за его роли в качестве основного строительного элемента жизни.
Но для меня больше всего интересен элемент железа (Fe). Железо — это элемент, который даже в биологических условиях может иметь доступ к нескольким степеням окисления для выполнения ряда критических функций.
В состоянии Fe 2+ его можно найти (в окружении моей любимой молекулы — порфиринового кольца) в гемоглобине. Эта замечательная комбинация Fe 2+ и порфирина придает крови ярко-красный цвет, а также способность Fe 2+ связываться с кислородом (O 2 ) и транспортировать его по телу. Опасные эффекты угарного газа (СО) связаны с его способностью еще более прочно связываться с Fe 2+ в гемоглобине и препятствовать доступу к живительной молекуле кислорода.
Железо переключается между состояниями Fe 2+ и Fe 3+ в цитохромных белках, одной из важнейших ролей которых в жизни является перенос электронов по клетке. Смертельный яд цианид (CN — ) связывается с Fe 2+ в цитохроме точно так же, как O 2 или CO в гемоглобине, блокируя этот цикл и полностью разрушая пути управления энергией в живых клетках.
Наконец, доступ железа к Fe 4+ и Fe 5+ состояния окислительного фермента цитохрома Р450. Этот белок действует в печени как природный отбеливатель, часто очищая все нежелательные беспорядки, которые находятся внутри живых организмов, включая нас!
Медь
Джеймс Кэнэри, профессор и заведующий кафедрой химии
Медь
Я фанат элемента меди. Он не только красив, когда блестит, но и демонстрирует удивительно разнообразную химию. Он был обнаружен 11 000 лет назад и назван в честь Кипра. Медный век (энеолит) на Ближнем Востоке — один из моих любимых периодов в истории. Это необходимый элемент для всего живого на земле. В своей естественной металлической форме он обладает высокой проводимостью и пластичностью, что делает его идеальным материалом для проводов.
В ходе нашего исследования мы обнаружили, что он может заставить молекулу, имеющую хиральность, подобную резиновой перчатке, выворачиваться наизнанку, что приводит к противоположной хиральности.
Точно так же, как когда вы выворачиваете инсайт из резиновой перчатки для левой руки, и он подходит к вашей правой руке, мы можем сделать то же самое с молекулами.
Если элемент теряет один электрон, он приобретает один положительный заряд, образуя медь(I). Бесцветная медь (I) является ключевым игроком в живых организмах для захвата, хранения и транспортировки кислорода в клетке. В крови человека эту роль выполняет железо, но медь(I) очень часто встречается в такой роли у многих организмов. Медь(I) также используется в органической химии для некоторых реакций, которые удивительны с точки зрения того, что они делают, и их эффективности.
Если металлическая медь теряет два электрона, она остается с двумя положительными зарядами на каждый атом меди, медь(II). Соединения меди (II) обычно имеют синий цвет. Он любит растворяться в воде, и реакции, связанные с присоединением/диссоциацией к/от меди (II), могут быть очень быстрыми. Медь (III) также известна, но она очень реакционноспособна и ее нелегко наблюдать.
Меня поразило то, что медь(0), медь(I) и медь(II) настолько отличаются друг от друга, что кажутся разными элементами. Все в них отличается — их внешний вид, их стабильность и их реактивность.
Галлий
Майк Уорд, Джулиус Сильвер, Рослин С. Сильвер и Энид Сильвер Уинслоу, профессор химии
Галлий
Моим любимым элементом должен быть галлий — атомный номер 31, простое число, окруженный алюминием, германием, индием и цинком в периодической таблице, и более редкий, чем золото. Его предсказал в 1871 году не кто иной, как Дмитрий Менделеев, назвавший его «экаалюминием». Затем он был обнаружен в 1875 году Полом Эмилем Лекоком де Буабодраном, который назвал его в честь «галлии», что на латыни означает Галлия, иначе известная как Франция, его родная страна.
Чем так интересен галлий? Он плавится при температуре около 30 ° C (86 ° F), что немного выше комнатной температуры. Это свойство было ключом к дешевому салонному трюку, когда галлий, выкованный в ложки для чайного сервиза, неожиданно плавился при использовании! Отсюда его появление на обложке книги «Исчезающая ложка: и другие правдивые рассказы о безумии, любви и истории мира из Периодической таблицы элементов » Сэма Кина.