Atidarymo elementai 113, 115, 117 ir 118: ką jis duoda

Atidarymo elementai 113, 115, 117 ir 118: ką jis duoda

Borisas Zhuikovas
"Trejybės pasirinkimas" № 13 (207), 2016 birželio 28 d

Apie autorių

Borisas Zhuikovas – radiochemistas, dr. cheminė medžiaga Mokslai, galva. Laboratorija branduolinių tyrimų instituto радиоизотопного komplekso Rusijos mokslų akademijos, anksčiau dirbo JNSRS branduolinių reaktorių laboratorijoje (Dubna), daugelį metų dirbo tyrimą naujų elementų savybes.

Naujų Periodinių lentelių periodinių lentelių elementų atradimas visada paskatino plačiosios visuomenės susidomėjimą. Tai net ne tiek daug mokslo reikšmė šių išvadų ir tai, kad mokykla buvo visą Periodinė įstatymą, o kai kurie net prisiminti už elementų simbolius. Tai suprantama, pažįstama. Bet dabar už šiuos atradimus yra sudėtingi branduolinės fizikos ir radiocheminio tyrimai, apie kuriuos daugelis neturi idėjos.

Šiuo metu nauji elementai gaunami tik sunkiųjų jonų greitintuvais. (Anksčiau jie buvo rasti žemės mineralų, produkto branduolinių reaktorių ir branduolinių sprogimų.) Sunkiųjų jonų paspartėjo ciklotronuose ir tiesinių greitintuvų, bombarduoti sunkiųjų elementų tikslą, ir susintetino naują elementą su serijos numeriu, kaip sintezės reakcijos su vienu ar daugiau neutronų emisijos rezultatas ( branduolinis įkrova) – incidento jono ir tikslinio branduolio branduolių sąnaudų suma.Tuomet suformuoti branduoliai yra radioaktyvūs. Siekiant stabilizuoti izotopų sintezę, parenkami tokie branduolių deriniai, kuriuose yra kuo daugiau neutronų, o sudėtiniai branduoliai turi mažą sužadinimo energiją. Gautų sunkiųjų elementų derlius yra labai mažas – atskiri atomai ar dešimtys atomų, kartais per mėnesius apšvitinant akceleratoriuje. Pusėjimo trukmė yra sekundes, o kartais ir milisekundžių dalis. Gana sunku izoliuoti naujų elementų branduolius iš viso gautų branduolinių reakcijų produktų mišinio ir teisingai identifikuoti gautus produktus. Šiuo tikslu sukurtos specialios patalpos, kurios dėl to užregistruotų degimo grandinę su alfa dalelių išmetimu ir lengvesnių elementų izotopų formavimu, kartais grandinė baigiasi savaiminiu branduoliu dalijimu.

Mūsų šalyje, pradedant 1950-aisiais, Dubnoje vadovaujant akademikui buvo atlikta naujų elementų sintezė sunkiųjų jonų greitintuvų srityje. G. N. Flerovas (1913-1990) – šios krypties įkūrėjas. Dabar šie darbai atliekami "Acad" priežiūroje. Ю.Ц.Оганесян. Pasaulyje yra tik keletas pagreičių ir įrenginių, kuriuose galima gauti transaktinoidų elementų (t. Y.elementai, kurių branduolinis krūvis Z yra didesnis nei 103).

Paskutinis Tarptautinės sąjungos grynosios ir taikomosios chemijos [1] sprendimas, kuriuo pripažįstamas keturių elementų atradimas vienu metu (numeriu 113, 115, 117 ir 118), pritraukė Rusijos visuomenės dėmesį, nes pirmenybė trims iš jų – 115, 117 ir 118 – pripažintas Rusijos ir Amerikos bendradarbiavimo, įskaitant Branduolinių reakcijų laboratoriją. G. N. Flerova Jungtinis branduolinių tyrimų institutas (Dubna) (FLINR, JINR), Livermore nacionalinė laboratorija. E. Lawrence (LLNL), Oak Ridge nacionalinė laboratorija (ORNL) ir Vanderbilt universitetas. 113 elemento atradimo prioritetą pripažįsta Japonijos greitintuvo tyrimo centro "RIKEN" grupė.

Prioriteto nustatymas nėra lengva užduotis, nes netikslumai pirmosiose atradimų ataskaitose tam tikru mastu neišvengiami. Kyla klausimas: kokie netikslumai yra reikšmingi, kokie yra priimtini ir kiek autorių išvados pateisinamos. IUPAC sprendimas buvo pagrįstas Jungtinio ekspertų darbo grupės (Jungtinė darbo grupės, JWP) ataskaitomis [2, 3] ir anksčiau parengtais pradiniais kriterijais. Pagal esamą praktiką autoriai turi teisę pasiūlyti naujų elementų pavadinimus.

Pav. 2 Transaktinoidinių elementų radionuklidų žemėlapis, įskaitant tam tikras branduolines reakcijas jų surinkimui (paimtas iš [4])

Elementas 113 siūloma vadinti nihoniumą (nihonium, Nh). Nihon yra vienas iš dviejų Japonijos japonų, vadinamųjų "Kylančios saulės žemės". Tai pirmas dalykas, atidarytas Azijoje. Dubna grupė ginčijo šį čempionatą.

Prioritetiniai darbai buvo paskelbti "JINR FLAR" ir "RIKEN" beveik tuo pačiu metu 2004 m., Grupė iš Dubno paskelbė darbą net šiek tiek anksčiau. Naujų branduolių sintezei Japonijoje buvo naudojama "šalta" sintezės reakcija, bombardavusi cismo tikslą iš bismuto 70Zn + 209Bi, izotopo formavimas 278113 (gyvenimo trukmė – milisekundės ir dešimtadaliai milisekundžių).

Dubnoje buvo naudojama daug palankesnių (derliaus ir pusėjimo trukmės požiūriu) branduolinės reakcijos sunkiųjų kalcio izotopų ir amerio jonų. 48Ca + 243Am, dėl kurio susidaro izotopai 288115 ir 287115. Šie radionuklidai, išsiskiriantys alfa daleles, pirmą kartą išsišiepė į 284113 ir 283113 (gyvavimo laikas yra šimtai milisekundžių), o po grandine į ilgalaikius 105 elementų (dubnium, Db) izotopus. 268Db buvo išskirtas chemiškai, o tada spontaniškai pasiskirstė.

Tačiau tarpiniai nuklidai šiose lūžio grandinėse tuo metu nebuvo žinomi, o jų nepriklausomas fizinis identifikavimas nebuvo atliktas. Cheminės atskyrimas ir identifikavimo Db remiantis jonų mainų, atlikto FLYAR JINR JDG laikomas negalutiniai ir neselektyvūs. Jis taip pat nebuvo atsižvelgta į pastangų ištirti chemines savybes elementas 113 iki dujų chromatografijos metodu, nors šis metodas buvo sėkmingai naudojamas anksčiau studijuoti kitų elementų transaktynowcowych chemija. Todėl jie padarė išvadą, kad šiuo atveju Dubno paraiška neatitinka elementų atidarymo kriterijų.

Tuo pačiu metu visi Japonijoje sintezuojamų izotopų skilimo produktai yra tarpiniai 278113 (3 darbo įvykiai iš viso 8 metų darbo) buvo patvirtinti, įskaitant specialius eksperimentus naujame sunkiųjų jonų tyrimo centre "Lanjo" Kinijoje. Taigi, Japonijos grupė pripažino 113 elemento atradimo prioritetą.

Elementas 115 buvo sintezuota Dubna, o regiono, kuriame yra šis tarptautinis centras, garbei, autoriai pasiūlė Maskvos (Moscovium, Mc) pavadinimą. Elementas vėl buvo gautas branduolinėje reakcijoje 48Ca + 243Su švietimu 287115 ir 288115 (gyvenimo trukmė – dešimtys ir šimtai milisekundžių, atitinkamai). Vėliau gauta 289115 ir kiti šio elemento izotopai. Skirtingai nuo pirmojo cheminių eksperimentų ciklo, kurį Dubninskas grupė atliko savarankiškai, vėliau, 2007 m., Cheminė skilimo produkto izoliacija – 268Db buvo atliktas jau dalyvaujant Amerikos specialistams iš "Livermore", ir buvo visiškai įtikinamai įrodyta, kad šis elementas – 115-ojo elemento skilimo produktas – priklausė Periodinės sistemos V grupei.

Be to, 2013 m. Darmštato (GSI) Vokietijos tyrimų su sunkiais jonais centro bendradarbiavimas galėjo pakartoti Dubnino rezultatus dėl 115 elemento izotopų branduolinėje reakcijoje 48Ca + 243Am. Taigi, 115-osios elemento atradimo prioritetas buvo pripažintas Rusijos-Amerikos grupei.

Elementas 117 Siūloma pavadinti tennesiną "T" garbei JAV Tenesio valstijoje, kur yra Oak Ridge nacionalinė laboratorija. Pabaigimas pavadinime panaši į statistą ir kitus halogeno grupės elementus (anglų kalba). Šis elementas taip pat buvo sintezuotas Dubna, branduolinėje reakcijoje 48Ca + 249Bk. Amerikos kolegų iš "Oak Ridge" vaidmuo daugiausia buvo unikalaus "Berkeley-249" tikslo, kuris buvo gautas ORNL reaktoriuje su dideliu srautu, gamyba.2010-2013 m. Buvo užregistruota tik 13 grandinių. 293117 ir 294117, su lūžio produkto charakteristikomis (gyvavimo ir alfa sulaužymo energija) 289115 atitiko anksčiau gautus duomenis apie šį radionuklidą kitoje branduolinėje reakcijoje 48Ca + 243Am. Dėl šios priežasties buvo nustatyta, kad prašymas atrasti šį elementą atitinka nustatytus kriterijus.

Elementas 118 Autoriai pasiūlė pavadinimą oganeson (oganesson, Og). Jis turėtų būti analogiškas radonui ir kitoms inertinėms dujoms, o jo atradimas baigiasi septintąja periodinės lentelės periodu. Siūloma pavadinti šį elementą garbei Jurijus Цолаковича Оганесяна už jo novatorišką indėlį į tyrimą транскрипноидных elementų ir svarbių branduolinių ir fizinių pasiekimų atradimų Сверхтяжелых branduolių ir tyrimo "salos branduolinio stabilumo". Istorijoje buvo dar vienas pavyzdys, kai elemento pavadinimas buvo priskirtas dabartiniam mokslininkui. 1997 m. "Element 106" buvo pavadintas "Siborg (Sg)" už Glenno Seaborgo (1912-1999 m.) Nobelio premijos laureatą, autorius plutonio atradimo ir daugybės transplutonijų elementų garbei.

2002-2012 m. Dubna, kai objektas buvo apšvitintas 249CF jonai 48Ca buvo rasta keletas švietimo renginių 294118 (gyvenimo trukmė – apie 1 milisekundę), po to nuosekliai mažėja 290Lv (livermoria), 286Fl (flerovija) ir 282Cn (koperavimas). Šių Fl ir Cn izotopų gyvavimo ir alfa dalelių energija buvo patvirtinta Amerikos bendradarbiavimu Berkeley ciklotronu, todėl bendra darbo grupė rekomendavo pripažinti atradimą.

Reikėtų pažymėti, kad IUPAC dar nepatvirtino visų naujai pasiūlytų pavadinimų ir elementų simbolių.

* * *

Kokia yra šių naujų elementų atradimo reikšmė?

Klausimas "Kiek duonos ir anglies gali tai duoti?" visiškai klaidingas. Dažnai neįmanoma numatyti konkretaus pagrindinio mokslo šakos plėtojimo privalumų, ir tokie argumentai neturėtų trukdyti jo plėtrai. Bandymai iš anksto nurodyti mokslinės atradimų pajamas ir politines naudą yra juokingos. Prestižo svarstymai taip pat neturėtų kažkaip apriboti krypties raidos, nes jo tikroji reikšmė gali būti atskleista daug vėliau. Priešingai, plačiai reklamuojami pasiekimai gali neturėti jokio reikšmingo tęsimo. Apskritai mokslui reikia vadovautis savo logika, o ne žmonių, kurie toli nuo jos, logika.Visuomenė turi pasitikėti mokslininkais ir "patenkinti savo smalsumą viešaisiais pinigais" yra normali situacija šioje žmogaus veiklos srityje. Tai mokslininkai, kvalifikuoti specialistai, kurie turi nustatyti, ką išleisti pinigus ir kas gali laukti arba yra beviltiška.

Kitas klausimas yra tai, kokią mokslinę reikšmę šis rezultatas gali turėti dėl naujų elementų atradimo. Ką tai keičiasi mūsų supratimu apie branduolio struktūrą ir elementų cheminių savybių apskritai?

Iš fizinio požiūrio šie rezultatai gali būti svarbūs siekiant geriau suprasti branduolinę struktūrą ir branduolinę sąveiką. Nuo septintojo dešimtmečio intensyviai aptarta egzistavimas vadinamųjų stabilumo salų branduolinių uždavinių Z = 114 ir 126 kaip branduolio apvalkalo struktūros apraiškos. Todėl pirmųjų transaktinoidų elementų, kurie turėjo daug ilgesnį pusėjimo laiką, nei buvo prognozuojama branduolio struktūros senojo "lašėjimo" modeliu, iš tiesų buvo labai svarbu. Dabar "shell" modelyje niekas neabejoja. Naujų elementų ir naujų izotopų rezultatai leidžia patobulinti esamus branduolio ir branduolinių reakcijų modelius.Nors iš esmės naujų reiškinių nesitikima, naujų duomenų rinkinys visada yra naudingas. Akivaizdu, kad esami metodai negali pasiekti salos viršūnės esamais metodais: branduolinėse reakcijose tokių junginių paprasčiausiai nėra – iš to gaunamų izotopų nėra pakankamai neutronų. Anksčiau daug metų buvo bandoma rasti natūraliuose pavyzdžiuose SHE, kurie būtų tokie ilgaamžiai, kad jie galėjo išlikti nuo Saulės sistemos formavimo. Tačiau šie bandymai buvo nesėkmingi. Anksčiau pateikti rezultatai nerado jokių eksperimentinių ar teorinių patvirtinimų.

Cheminiu požiūriu situacija yra šiek tiek kitokia. Čia galite iš tiesų tikėtis iš esmės naujų reiškinių. Taškas yra vadinamasis "reliatyvizmas". Atomuose, kuriuose yra didelis branduolinis krūvis, elektronai įgyja reliatyvizmo greitį, o įprasta Šriodingerio lygtis, naudojama atomų apibūdinimui, neveikia. Konkrečiai, septyniasdešimt septyniasdešimt septyniasdešimt septyniasdešimt septyniasdešimt septyniasdešimt septyniasdešimt p-elektronai pasikeitė, o vienas iš jų tampa rutuliu Dėl to keičiasi elektroninė atomų struktūra. Nauji elementai gali turėti reikšmingą cheminių savybių nukrypimą, ekstrapoliuojant periodines lenteles ir neįprastų cheminių savybių atsiradimą.

Kalbant apie "reliatyvizmo efektą", yra daug spekuliacijų, akivaizdžiai skirtų didinti susidomėjimą šiuo klausimu. Pavyzdžiui, buvo pasiūloma, kad elementas 104 rutherfordas (Rf) – oficialus titanas, cirkonis ir hafnisas – gali būti p elementas, panašus į cheminių savybių švino. Arba buvo tvirtinama, kad flerium (Fl) – švino analogas – elementas 114 gali būti inertinės dujos. Iš tiesų kruopštus tyrimas atskleidžia, kad nors Rf atomas turi neįprastą išorinio elektrono apvalkalo konfigūraciją (ds2p), pagal savo chemines savybes jis yra tipiškas d-elementas, analogas hafnio. Ir Fl, turintis didelį nepastovumą (kaip matyti iš bet kokių ekstrapoliacijų), kondensuotoje būsenoje išlieka tipiškas metalas. Apskritai visiškai neteisingai priskirti bet kokį nukrypimą nuo ekstrapoliacijos periodinėje sistemoje į "reliatyvizmo efektą": tai gali būti dėl visiškai skirtingų priežasčių, pavyzdžiui, tarpkonfigūravios sąveikos.

Bet kuriuo atveju, reliatyvizmo efekto tyrimas leidžia geriau suvokti gerai žinomų ir visuotinai naudojamų elementų cheminių savybių.Tai taip pat leidžia geriau suprasti, kaip atomų ir molekulių elektroninė struktūra, kurią galima apskaičiuoti, lemia jų specifines chemines savybes. Tai vis dar toli gražu neišspręstas klausimas. Tolesnė pažanga Periodinėje lentelėje gali sukelti visiškai naują elementų grupę – g-elementus (pradedant elementu 121) su įdomiomis savybėmis. Visi šie klausimai vis dar laukia išsamaus tyrimo.

Tačiau reikia pastebėti, kad pastaraisiais atradimais naujų elementų cheminių savybių tyrimai visiškai neatrodo (tik 115 elemento liekimo produktas – 105 elementas, cheminė Db buvo chemiškai atskirta, kad būtų galima patvirtinti, kad grandis baigsis). Tačiau tokį tyrimą sunku atlikti dėl nedidelio išeigos ir trumpo gautų izotopų pusėjimo laiko. Nepaisant to, tai įmanoma, nors reikalingas naujas požiūris į cheminių eksperimentų formulavimą.

Naujų elementų atradimas yra dar vienas pavyzdys, kad didelius Rusijos mokslininkų pasiekimus galima glaudžiai bendradarbiaujant su mokslininkų iš JAV, Vokietijos ir kitų išsivysčiusių šalių. Tokie darbai kelia mūsų mokslo prestižą.


[1] Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga.
[2] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T.Elementų su atomų skaičiumi Z = 113, 115 ir 117 (IUPAC techninė ataskaita) atradimas Pure Appl. Chem. 2016. V. 88. P. 139-153.
[3] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T. Elementų su atomų skaičiais atradimas Z = 118 (IUPAC techninė ataskaita) // Pure appl. 2016. V. 88. P. 155-160.
[4] Hamiltonas H., Hofman S., Oganessian Y.T. Sunkiųjų branduolių paieška // Annu. Rev. Nucl. Dalis. Sci., 2013. V. 63. P. 383-405.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: