عناصر شیمیایی

دستاوردها و چشم اندازها

تعریفی که D.I. مندلیف از علم شیمی ارائه کرد هنوز درست و دقیق است: "شیمی مطالعه عناصر و ترکیبات شیمیایی است." عناصر شیمیایی پایه و اساس تمام شیمی هستند، زیرا همه چیزهایی که امروزه شناخته شده اند از آنها تشکیل شده اند. ترکیبات شیمیایی(در حال حاضر بیش از 14 میلیون وجود دارد) و همچنین همه مواردی که روزی دریافت خواهند شد.

بسیاری به درستی بخش اصلی جدول تناوبی را به عنوان لیستی از "آجرهای" ابتدایی می دانند که اجسام در دنیای اطراف از آنها ساخته شده اند. با این حال، عناصر شیمیایی را نباید تنها به عنوان "مواد ساختمانی" برای ساخت مولکول ها در نظر گرفت، زیرا در شکل خالص آنها دارای شایستگی کمتر از میلیون ها ترکیب به دست آمده از آنها هستند و به طور گسترده ای در آنها استفاده می شود. دنیای مدرن(در این مورد بیشتر ببینید: عناصر شیمیایی در زندگی روزمره. "شیمی"، 1998، شماره 42).

با احترام به اصطلاحات دقیق، توجه می کنیم که یک عنصر شیمیایی یک نماد لاتین در جدول تناوبی یا یک اتم خاص است، اما تحقیقات بعدی را می توان نه با یک عنصر شیمیایی، بلکه فقط با یک ماده به اصطلاح ساده متشکل از اتم به دست آورد و انجام داد. از همان نوع در ادبیات انگلیسی زبان ساده تر است: هر دو در یک کلمه نامیده می شوند - عنصر. بنابراین، ما بیشتر از آنالوگ روسی این کلمه به معنای گسترده استفاده خواهیم کرد.

با جمع بندی نتایج قرن، اجازه دهید ابتدا در نظر بگیریم که چگونه جدول تناوبی با عناصر جدید در قرن حاضر پر شده است. تا پایان قرن گذشته، جدول D.I. مندلیف حاوی حدود 80 عنصر بود. آغاز قرن بیستم با این جایزه مشخص شد جایزه نوبل W. Ramsay برای کشف گازهای بی اثر (1904); با این حال، چنین رویدادی همیشه به این بزرگی جشن گرفته نمی شد. تولید تنها دو عنصر دیگر - رادیوم و پلونیوم - به همین ترتیب مورد توجه قرار گرفت (M. Sklodowska-Curie، جایزه نوبل 1911).

در سال 1927 رنیوم بدست آمد. این یک نقطه عطف منحصر به فرد در تاریخ کشف عناصر جدید بود، زیرا رنیوم آخرین عنصر شیمیایی پایدار موجود در طبیعت بود. سپس همه چیز بسیار پیچیده تر شد، زیرا تمام عناصر بعدی را می توان منحصراً با استفاده از واکنش های هسته ای به دست آورد.

زمان زیادی طول کشید تا چهار سلول خالی وسط جدول به اورانیوم پر شود (در این مورد نگاه کنید به: اشتباهات و باورهای غلط در تاریخ شیمی. "شیمی"، 1999، شماره 8). تکنسیوم - عنصر شماره 43 - در سال 1937 با تابش طولانی مدت یک صفحه مولیبدن با هسته های سنگین هیدروژن (دوتریوم) به دست آمد. عنصر شماره 87 - فرانسیم - در سال 1939 در محصولات تجزیه رادیواکتیو اکتینیم طبیعی کشف شد. عنصر شماره 85 - استاتین - در سال 1940 با بمباران بیسموت با هسته هلیوم به دست آمد. عنصر شماره 61، پرومتیم، در سال 1945 از محصولات شکافت اورانیوم جدا شد. سپس با کمک واکنش های همجوشی هسته ای، دوره هفتم جدول به تدریج با عناصری به دنبال اورانیوم پر شد. آخرین عنصر شیمیایی که نامی دریافت کرد شماره 109 بود. عناصر از شماره 110 به بعد فقط با اعداد اتمی مشخص می شوند.

اکنون می توانیم بگوییم که قرن بیستم کمتر از آنچه آغاز شده است به پایان می رسد. در دسامبر 1998، عنصر جدیدی به شماره 114 در دوبنا با تابش ایزوتوپ پلوتونیوم با پرتوی از یون های کلسیم شتاب گرفته به دست آمد. اگر تعداد پروتون های دو هسته برهم کنش - پلوتونیوم و کلسیم را جمع کنیم، 94 + 20 = 114 به دست می آید. این مربوط به عنصر شماره 114 است. با این حال، هسته حاصل که جرم آن 244 + 48 = 292 است. ناپایدار باشد سه نوترون ساطع می کند و یک ایزوتوپ را تشکیل می دهد.محاسبات اولیه نشان داد که عنصر شماره 114 و همچنین عناصر دست نیافتنی شماره 126 و شماره 164 باید در جزایر به اصطلاح پایداری قرار گیرند. در مورد عنصر شماره 114 این مورد تایید شد. طول عمر آن بیش از 0.5 دقیقه است که برای چنین اتمی فوق سنگین مقدار بسیار زیادی است. در سال 1999، عنصر شماره 118 در آزمایشگاه برکلی (ایالات متحده آمریکا) با بمباران سرب با یون های کریپتون به دست آمد. طول عمر آن میلی ثانیه است. هنگامی که پوسیده می شود، یک عنصر ناپایدار جدید شماره 116 را تشکیل می دهد که به سرعت به عنصر پایدارتر شماره 114 تبدیل می شود.

بنابراین، امروز جدول تناوبی با عنصر 118 به پایان می رسد. آزمایش‌های مربوط به سنتز عناصر جدید بسیار کار بر و بسیار طولانی است. واقعیت این است که هسته های پرتابه با عبور از لایه های الکترونی اتم ها کند می شوند و انرژی خود را از دست می دهند. علاوه بر این، هسته تشکیل شده در طول همجوشی اغلب به دو هسته سبک تر تجزیه می شود. فقط در موارد نادری چندین نوترون ساطع می کند (مثلاً هنگام بدست آوردن عنصر شماره 114) و هسته سنگین مورد نظر را تشکیل می دهد. با وجود مشکلات، آزمایشات با هدف سنتز عناصر جدید همچنان ادامه دارد.

با در نظر گرفتن تمام ثروت عناصر شیمیایی انباشته شده تا به امروز، بیایید سعی کنیم قرن را خلاصه کنیم. بیایید نوعی رقابت بین تمام عناصر شیمیایی شناخته شده امروز انجام دهیم و سعی کنیم مشخص کنیم کدام یک از آنها در قرن بیستم به پایان رسید. مهم ترین به عبارت دیگر، ما فقط به عناصری اشاره خواهیم کرد که بیشترین کمک را در ارتقای سطح تمدن و توسعه پیشرفت داشته اند.

تنها دو رهبر آشکار وجود دارد. اولی است اورانوس، که یک کاملا جدید ایجاد کرد رشته علمی- فیزیک هسته ای و ذخایر عظیم انرژی را برای بشریت فراهم کرد. بسیاری احتمالا چنین رهبری را بحث برانگیز خواهند یافت. اورانوس به بشریت انتظار عواقب شوم استفاده از سلاح های هسته ای، حادثه نیروگاه های هسته ای (NPP) و مشکل دفع زباله های هسته ای را داد.

همه این ترس‌ها به خوبی پایه‌گذاری شده‌اند، اما اجازه دهید با جزئیات بیشتری به موضوع نگاه کنیم.

در مورد تهدید استفاده از سلاح های هسته ای، بشریت دائماً این مشکل را در میدان دید خود نگه می دارد. همه مسائل مربوط به ممنوعیت کامل تولید و استفاده از چنین سلاح هایی ناگزیر باید در آینده حل شود. موضوع استفاده از انرژی هسته ای برای اهداف صلح آمیز پیچیده تر و بحث برانگیزتر است. فاجعه چرنوبیل در 26 آوریل 1986 به این واقعیت منجر شد که قلب همه مردم با اضطراب از کلمات "تابش" و "معرض قرار گرفتن" به هم می بندد. اعتماد به انرژی هسته ای در سراسر جهان متزلزل شده است.

آیا نیروگاه های هسته ای را نباید به کلی رها کرد؟ در ابتدا به نظر می رسید که این اتفاق خواهد افتاد. بسیاری از کشورها شروع به تجدید نظر در مورد نیاز به ساخت ایستگاه های جدید کرده اند. همه پرسی های برگزار شده نشان داد که اکثریت مردم بر این باورند که باید استفاده از انرژی هسته ای را کنار گذاشت. با این حال، تجزیه و تحلیل آرام و هوشیارانه از همه چیز به تدریج به نتایج متفاوتی منجر شد. از نظر میزان حوادث، نیروگاه‌های هسته‌ای عملاً در جایگاه آخر در میان تمام منابع مدرنی هستند که در مقادیر زیاد برق تولید می‌کنند. علاوه بر این، تعداد مرگ و میر در حین بهره برداری از نیروگاه های هسته ای تا حدودی کمتر از حتی در صنایع غذایی و نساجی است.

این تصویر حتی با در نظر گرفتن پیامدهای حادثه چرنوبیل، بزرگترین در تاریخ توسعه انرژی هسته ای، تغییر نکرده است. این در درجه اول به دلیل نقض فاحش قوانین عملیاتی اتفاق افتاد: راکتور حاوی تعداد غیرقابل قبولی میله های کادمیوم بود که واکنش را مهار می کرد. علاوه بر این، ایستگاه دارای کلاهک محافظ برای جلوگیری از انتشار مواد رادیواکتیو در جو نبود. در نتیجه یکی از بدترین گزینه ها محقق شد. با این وجود، انتشار مواد رادیواکتیو در اتمسفر از 3.5٪ از مقدار کل انباشته شده آنها در راکتور تجاوز نکرد. البته هیچ کس فکر نمی کند که این را بتوان آشتی داد. سیستم های کنترل ایمنی نیروگاه هسته ای متعاقباً به طور قابل توجهی مورد بازنگری قرار گرفتند. تلاش های عمده تحقیق و توسعه در حال حاضر با هدف افزایش عملیات بدون تصادف آنها انجام می شود. کنترل راکتور باید به طور قابل اعتمادی هم از سهل انگاری جنایتکارانه و هم از برنامه های مخرب احتمالی تروریست ها جلوگیری شود. علاوه بر این، تمام ایستگاه‌های تازه‌ساخت به کلاهک‌های محافظ مجهز می‌شوند تا احتمال ورود مواد رادیواکتیو به داخل را از بین ببرند. محیط.

هیچ کس قرار نیست خطرات راکتورهای هسته ای را کم اهمیت جلوه دهد. با این حال، چه بخواهیم و چه نخواهیم، ​​تمام تجربیات انباشته شده در توسعه تمدن ناگزیر به یک نتیجه خاص منجر می شود.

هرگز در تاریخ بشر موردی نبوده است که دستاوردهای پیشرفت را تنها به این دلیل که خطر خاصی ایجاد می کنند، رد کند. انفجار دیگ های بخار، تصادفات راه آهن و هواپیما، تصادفات اتومبیل و شوک الکتریکی منجر به ممنوعیت استفاده از این وسایل فنی توسط بشریت نشده است. در نتیجه، شدت کار با هدف افزایش ایمنی آنها فقط افزایش یافت. ممنوعیت ها فقط برای انواع مختلف سلاح صورت گرفت. در مورد انرژی هسته ای هم همینطور است.

آیا واقعا نیروگاه های هسته ای جدید ساخته می شوند؟ بله، این امر اجتناب ناپذیر است، زیرا در حال حاضر بیش از یک چهارم برق مصرفی شهرهای بزرگ (مسکو، سن پترزبورگ) توسط نیروگاه های هسته ای تولید می شود. کشورهای غربیاین رقم بیشتر است). بشریت دیگر قادر نخواهد بود از این نوع جدید انرژی امتناع کند. نیروگاه‌های هسته‌ای با عملیات سازمان‌یافته مطمئن، بدون شک در مقایسه با ایستگاه‌های حرارتی که قطارها را با سوخت‌های هیدروکربنی مصرف می‌کنند و جو را با محصولات احتراق زغال‌سنگ و نفت آلوده می‌کنند، سود می‌برند.
نیروگاه های برق آبی، جنگل ها و زمین های زراعی را به تالاب تبدیل می کنند و بیوریتم طبیعی تمام زندگی در یک قلمرو وسیع را مختل می کنند. نیروگاه های هسته ای به طور غیر قابل مقایسه ای راحت تر کار می کنند. آنها می توانند در مکان های دور از ذخایر زغال سنگ و بدون منابع انرژی برق آبی قرار گیرند. سوخت هسته ای بیش از یک بار در هر شش ماه تعویض نمی شود. مصرف سوخت را می توان با استفاده از شاخص زیر ارزیابی کرد. شکافت 1 گرم ایزوتوپ اورانیوم همان مقدار انرژی را آزاد می کند که احتراق 2800 کیلوگرم سوخت هیدروکربنی. به عبارت دیگر، یک کیلوگرم سوخت هسته ای جایگزین قطار زغال سنگ می شود.

در عین حال، ذخایر اورانیوم جهان میلیون ها برابر بیشتر از منابع انرژی ذخایر گاز، نفت و زغال سنگ موجود است. با توجه به نیاز روزافزون به منابع انرژی، سوخت هسته ای ده ها هزار سال دوام خواهد آورد. در عین حال، مواد خام هیدروکربنی را می توان بسیار کارآمدتر برای سنتز محصولات ارگانیک مختلف استفاده کرد.

بلافاصله این سوال مطرح می شود که با ضایعات سوخت هسته ای مصرف شده چه باید کرد. احتمالا بسیاری از مردم در مورد مشکلات دفن چنین زباله هایی شنیده اند. متمرکز آثار علمیبرای حل این مشکل (بشریت معمولاً با کمی تأخیر به سراغش می آید). یکی از راه‌های امیدوارکننده، ساخت راکتورهای هسته‌ای است که سوخت را بازتولید می‌کنند. در راکتورهای هسته ای معمولی، ایزوتوپ اورانیوم 238 U نوعی بالاست است؛ واکنش اصلی با مشارکت ایزوتوپ 235 U انجام می شود که اتفاقاً در اورانیوم طبیعی بسیار کوچک است (کمتر از 1٪). با این حال، 238 U کم‌فعال، که به مقدار معینی در یک راکتور هسته‌ای قرار دارد، می‌تواند بخشی از نوترون‌های آزاد شده را جذب کند و در نهایت پلوتونیوم 239 Pu را تشکیل دهد، که خود یک سوخت هسته‌ای است که کمتر از 235 U موثر نیست.

طرح های بسیاری از دگرگونی های هسته ای ساده و واضح هستند. دو شاخص قبل از نماد یک عنصر شیمیایی قرار می گیرد. بالا نشان دهنده جرم هسته، یعنی مجموع پروتون ها و نوترون ها، پایین تر نشان دهنده تعداد پروتون ها، یعنی بار مثبت هسته است. هنگام نوشتن یک معادله واکنش، باید یک قانون ساده را دنبال کنید - مجموع بارهای پروتون و الکترون در هر دو طرف معادله باید برابر باشد. علاوه بر این، شما باید یکی از معادلات ساده شیمی هسته ای را بدانید - یک نوترون می تواند به یک پروتون و یک الکترون تجزیه شود: n 0 = پ + + ه – .

این همان چیزی است که طرح تبدیل 238 U به 239 Pu به نظر می رسد که به لطف آن در آینده می توان از تمام ذخایر اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده کرد:

معادله اول نشان می دهد که یک نوترون توسط یک هسته اورانیوم گرفته می شود و یک ایزوتوپ اورانیوم بسیار ناپایدار تشکیل می شود. مرحله میانی تشکیل و فروپاشی ایزوتوپ ناپایدار نپتونیم است. در معادلات دوم و سوم، یک نوترون به یک پروتون (که در هسته باقی می ماند) و یک الکترون تبدیل می شود که به شکل آزاد می شود.ب - تابش - تشعشع. این نام سنتی برای جریان الکترون هایی است که از یک ماده رادیواکتیو ساطع می شود. در نتیجه ایزوتوپ بسیار پایدار پلوتونیوم با نیمه عمر 24 هزار سال تشکیل می شود که می تواند به عنوان سوخت هسته ای در همان راکتورها استفاده شود.

بنابراین مشکل تخریب زباله برای مدتی به تعویق می افتد، اما به طور کامل برطرف نمی شود، اما در اصل قابل حل است.

هنگامی که راکتور کار می کند، هسته اورانیوم تجزیه می شود و ایزوتوپ های رادیواکتیو از عناصر مختلف با جرم کمتر تشکیل می شود. ایزوتوپ های اصلی کبالت 60 Co، استرانسیم 90 Sr و سزیم 137 Cs، پرومتیم 147 Pm، تکنسیم 99 Tc هستند. برخی از آنها قبلاً کاربرد پیدا کرده اند، به عنوان مثال، در درمان تومورها (تفنگ های کبالت)، برای تحریک قبل از کاشت بذرها، و حتی در پزشکی قانونی. یکی دیگر از زمینه های کاربردی، استریل کردن محصولات غذایی و پزشکی است، زیرا ایزوتوپ های ساطع شده توسط این محصولات b - و g - تشعشع منجر به ظهور رادیواکتیویته در ماده تابیده شده نمی شود.

بسیار جذاب است که بتوان بر اساس چنین چیزی خلق کردب - فرستنده ها منابع الکتریسیته هستند. تحت تاثیرب پرتوها (یعنی جریان الکترون ها) در مواد نیمه هادی مانند سیلیکون یا ژرمانیوم، اختلاف پتانسیل ایجاد می شود. این باعث می شود که برای مثال، بر اساس ایزوتوپ 147 Pm، منابع طولانی مدت جریان الکتریکی ایجاد شود که سال ها بدون شارژ مجدد کار می کنند.

یک راکتور هسته‌ای را می‌توان به همان روشی که نوعی فلاسک واکنش برای سنتز هدایت‌شده ایزوتوپ‌های عناصر مختلف، علاوه بر آن‌هایی که در طی فروپاشی خود به خودی تشکیل می‌شوند، استفاده کرد. مواد مختلف در کپسول‌های ویژه‌ای در یک راکتور هسته‌ای قرار می‌گیرند، جایی که به شدت با نوترون‌ها تابش می‌شوند و در نتیجه ایزوتوپ‌های مربوطه تشکیل می‌شوند. از این طریق به دست می آید g ایزوتوپ‌های فعال تولیوم و ایتربیوم و همچنین ایزوتوپ‌های تکنسیوم تشکیل‌شده در راکتورها، برای ایجاد تأسیسات متحرک فشرده که جایگزین دستگاه‌های حجیم اشعه ایکس می‌شوند، استفاده می‌شوند. آنها را می توان نه تنها برای تشخیص برای مقاصد پزشکی، بلکه برای نیازهای فناوری به منظور تشخیص نقص ساختارها و تجهیزات مختلف استفاده کرد.

بنابراین، زباله های رادیواکتیو حاوی ذخایر قابل توجهی از انرژی مصرف نشده است و روش های استخراج آن بیشتر بهبود می یابد.

خلاصه کنید. اورانیوم جایگاه برجسته ای در میان سایر عناصر دارد. به لطف او، در قرن بیستم، یک جهت علمی جدید ایجاد شد - فیزیک هسته ای - و یک منبع انرژی عملا پایان ناپذیر کشف شد.

دومین عنصری که مدعی نقش استثنایی در قرن بیستم است سیلیکون. اثبات اهمیت آن دشوار نخواهد بود، زیرا مانند اورانیوم با ترس های تاریک مختلف همراه نیست. در نیمه دوم قرن، کامپیوترهای الکترونیکی لوله خلاء حجیم با کامپیوترهای فشرده جایگزین شدند. مغز کامپیوتر - پردازنده - از کریستال سیلیکون فوق العاده خالص ساخته شده است. ویژگی های نیمه هادی سیلیکون امکان ایجاد دستگاه های محاسباتی فوق سریع مینیاتوری را بر اساس آن فراهم می کند که اساس همه رایانه های مدرن را تشکیل می دهد. البته در تولید کامپیوتر از تکنولوژی های روز فراوان و مواد مختلف، اما از آنجایی که ما فقط در مورد عناصر شیمیایی صحبت می کنیم، نقش انحصاری سیلیکون آشکار است.

واضح است که ما اکنون در مرحله اولیه یک فرآیند قدرتمند در حال توسعه هستیم - گسترش طوفان رایانه ها به معنای واقعی کلمه در تمام زمینه های فعالیت انسانی. این فقط یک مرحله از پیشرفت تکنولوژی نیست. نتیجه مشاهده شده چشمگیرتر از مورد اورانیوم است، زیرا نه تنها ابزارهای فنی جدید توسعه یافته است، بلکه تغییری در سبک زندگی و طرز تفکر بشر وجود دارد.

رایانه ها با اراده و انرژی وارد خانه ها می شوند و همه اعضای خانواده به ویژه نسل جوان را مجذوب خود می کنند. در برابر چشمان ما، تا حدودی، روند بازسازی روانشناسی انسان در حال انجام است. کامپیوترها به تدریج جایگزین تلویزیون ها و VCR ها می شوند، زیرا اکثر مردم بیشتر اوقات فراغت خود را به آنها اختصاص می دهند. آنها فرصت های شگفت انگیزی را برای خلاقیت و اوقات فراغت باز می کنند.

قابلیت‌های رایانه‌ها به‌طور غیرمعمول زیاد است، و بنابراین در کار دانشمندان، نویسندگان، شاعران، موسیقی‌دانان، طراحان، بازیکنان شطرنج و عکاسان ضروری می‌شوند. آنها طرفداران پازل ها و بازی های استراتژیک و همچنین کسانی که می خواهند زبان های خارجی را یاد بگیرند و عاشقان آشپزی خانگی را کاملا مجذوب خود کرده اند. اینترنت شبکه جهانی اطلاعات به معنای واقعی کلمه قابلیت های رایانه ها را دو برابر کرد. هرگونه اطلاعات و منابع مرجع، نشریات ادبی و دایره المعارفی در دسترس قرار گرفته است. اما یک فرصت استثنایی برای برقراری ارتباط بین افرادی به وجود آمد که با منافع مشترک مرتبط هستند. در نتیجه، بیشتر مردم نسبت به کامپیوتر خود احساس محبت می کنند که با عشقی که به حیوانات خانگی خود دارند قابل مقایسه است.

غیرممکن است که به مزایای اضافی سیلیکون بر اساس خواص نیمه هادی آن توجه نکنید. کمی پیشتر به یکی از آنها اشاره کردیم. این فرصتی برای دگرگونی استب - تشعشع به برق دومین ویژگی بسیار ارزشمند در پانل های خورشیدی تحقق می یابد - توانایی تبدیل نور روز به انرژی الکتریکی. در حال حاضر در دستگاه های کم مصرف مانند ماشین حساب و برای تامین انرژی فضاپیماها استفاده می شود. در آینده نزدیک، پنل های خورشیدی قدرتمندتر در زندگی روزمره کاربرد گسترده ای پیدا خواهند کرد.

بنابراین، سیلیکون تا حدی حتی به بخش انرژی، جایی که اورانیوم رهبر است، حمله می کند. بنابراین، دومین برنده مسابقه ما سیلیکون است که عصر نیمه هادی ها و فناوری رایانه را باز کرد.

رقابت بین عناصر شیمیایی را می توان با توجه به پارامترهای دیگر ترتیب داد. بیایید سوال را طور دیگری مطرح کنیم. کدام یک از عناصر شیمیایی(اجازه دهید یادآوری کنم که ما ترکیبات شیمیایی را در نظر نمی گیریم) چیزی است که بشریت بیشتر مصرف می کند؟ بدیهی است که بیشترین تولید را دارد. برای اینکه رقابت منصفانه باشد، بیایید اثر تفاوت را حذف کنیم توده های اتمیبرای عناصر، آنها را به صورت جداگانه شمارش می کنیم، یعنی حجم تولید را به صورت مول در نظر می گیریم.

در زیر، به ترتیب صعودی، میانگین تولید سالانه (بر حسب مول) برخی از عناصر پرمصرف (سطوح دهه 1980) آورده شده است:

W – 1.4 10 7 ; U – 2 10 8 ; سی – 2,8 10 8 ; مو – 6 10 8 ; Ti – 6,3 10 8 ;
Mg – 8 10 9 ; مس – 1,2 10 11 ; ال – 4,4 10 11 ; O – 1 10 12 ; Cl – 1,2 10 12 ;
اس – 1,7 10 12 ; ن – 5,1 10 12 ; Fe – 1,2 10 13 ; اچ – 3 10 13 ; سی – 3,3 10 13 ,

کربن به لطف زغال سنگ و کک نفتی که عمدتاً توسط متالورژی مصرف می شد، جایگاه غالبی را به خود اختصاص داد. الماس و گرافیت تنها بخش کوچکی از کربن تولید شده و استخراج شده را تشکیل می دهند. هیدروژن به طور طبیعی جایگاه دوم را به خود اختصاص داد، زیرا زمینه های کاربرد آن بسیار متنوع است: متالورژی، پالایش نفت، تولید مواد شیمیایی و شیشه، و همچنین موشک. آهن با وجود جرم اتمی نسبتاً بالایی که داشت، مقام سوم افتخاری را در مسابقات ما به دست آورد.

اجازه دهید یادآوری کنم که ما در حال مقایسه تولید عناصر بیان شده در خال هستیم. اگر مقایسه ای به صورت انبوه انجام شود، پس اهنثابت می کند که رهبر بلامنازع است. از زمان های قدیم برای بشر شناخته شده است و نقش آن در توسعه پیشرفت دائما افزایش یافته است. از نظر تصویری، اورانیوم و سیلیکون فوق الذکر را می توان با ستارگان جدیدی که در آسمان قرن بیستم شعله ور شدند مقایسه کرد، در حالی که آهن نوری قابل اعتماد است که تمام مسیر تمدن را برای قرن ها روشن می کند. آهن هسته تمام صنایع مدرن است و می توان فرض کرد که این نقش تا قرن بیست و یکم ادامه خواهد داشت.

جالب است که سری به دست آمده در بالا را با شیوع عناصر در مقایسه کنید کره زمین. در اینجا هشت عنصر رایج (به ترتیب افزایش فراوانی مولی) آورده شده است: Na، Fe,اچ, Mg, حدود,ال, سی, O. بدیهی است که الگوی آن متفاوت است. طبیعت نتوانست قواعد بازی خود را بر بشریت تحمیل کند. ما بیشتر از همه نه آنچه را که در حداکثر مقدار موجود است، بلکه آنچه را که نیازهای پیشرفت دیکته می‌کند مصرف می‌کنیم.

قابلیت های عناصر شیمیایی به دور از تمام شدن کامل است. من نمی دانم کدام یک از آنها در قرن بیست و یکم مهم ترین خواهند بود؟ به سختی می توان این را پیش بینی کرد. بگذارید این موضوع را به تصمیم گیری و جمع بندی کسانی که سال 2101 را جشن می گیرند بگذاریم.

بیایید دوباره به جدول تناوبی بازگردیم - کاتالوگ شگفت انگیزی از عناصر شیمیایی. اخیراً بیشتر در قالب یک جدول گسترده به تصویر کشیده شده است. این پیکربندی بصری تر و راحت تر است. ردیف های افقی که دوره نامیده می شوند طولانی تر شدند. در این نسخه، دیگر مانند گذشته هشت گروه از عناصر وجود ندارد، بلکه هجده گروه وجود دارد. اصطلاح "زیرگروه ها" ناپدید می شود، فقط گروه ها باقی می مانند. همه عناصر از یک نوع (آنها با رنگ آمیزی پس زمینه فردی مشخص شده اند) به طور فشرده مرتب شده اند. لانتانیدها و اکتینیدها، مانند قبل، در خطوط جداگانه قرار می گیرند.

حالا بیایید سعی کنیم به آینده نگاه کنیم. جدول تناوبی بیشتر چگونه پر می شود؟ جدول نشان داده شده در بالا با اکتینید لاورنسیوم - شماره 103 به پایان می رسد. اجازه دهید قسمت پایین جدول را با جزئیات بیشتر در نظر بگیریم و عناصر کشف شده در سال های اخیر را معرفی کنیم.

خواص شیمیایی عنصر شماره 114 که در سال 1998 به دست آمد را می توان تقریباً با موقعیت آن در جدول تناوبی پیش بینی کرد. این یک عنصر انتقالی است که در گروه کربن قرار دارد و خواص آن باید شبیه سرب واقع در بالای آن باشد. با این حال، خواص شیمیایی عنصر جدید برای مطالعه مستقیم در دسترس نیست - این عنصر به مقدار چند اتم ثابت است و عمر کوتاهی دارد.

آخرین عنصر دریافتی امروز - شماره 118 - تمام هفت سطح الکترونیکی را به طور کامل پر کرده است. بنابراین، کاملا طبیعی است که در گروه گازهای بی اثر - رادون در بالای آن قرار دارد. بدین ترتیب دوره هفتم جدول تناوبی تکمیل می شود. فینال دیدنی قرن!

در سراسر قرن بیستم. بشریت این دوره هفتم را تا حد زیادی پر کرده است و اکنون از عنصر شماره 87 - فرانسه - تا عنصر تازه سنتز شده شماره 118 (بعضی از عناصر در این دوره هنوز به دست نیامده است، مانند شماره 113، 115 و 117) گسترش یافته است.

لحظه در حال آمدن است، به معنایی خاص، موقر. از عنصر شماره 119 در جدول تناوبی یک دوره جدید و هشتم آغاز خواهد شد. این رویداد احتمالاً آغاز قرن آینده را درخشان خواهد کرد. طرح تکمیل تدریجی پوسته های الکترونیکی به طور کلی روشن است. همه چیز طبق یک سیستم از قبل شناخته شده پخش می شود: در یک لحظه خاص، f- عناصر مربوط به لانتانیدها و سپس آنالوگها د-عناصری که انتقالی نامیده می شوند. جالب ترین چیز این است که عناصر دوره 8 نیز شروع به پر کردن یک عنصر جدید می کنند که برای همه عناصر دریافتی امروز وجود ندارد. g-مرحله. بنابراین، آنها ظاهر می شوند g-عناصری که امروزه در جدول تناوبی آنالوگ ندارند. دلیلی وجود دارد که باور کنیم آنها مقدم خواهند بود f-عناصر.

بررسی دقیق جدول تناوبی هماهنگی خاصی را در آن نشان می دهد که بلافاصله قابل توجه نیست. به لطف این هماهنگی است که سیستم تا حدی قدرت پیش بینی دارد. بیایید با چند مثال این موضوع را تایید کنیم.

اجازه دهید این سوال را مطرح کنیم: چند نفر انتظار داشتند g-عناصر در دوره هشتم؟ یک محاسبه ساده به شما امکان می دهد تا متوجه شوید. ابتدا به یاد داشته باشید که الکترون ها در سطوح خاصی قرار دارند. تعداد سطوح ممکن برای هر عنصر با شماره دوره مطابقت دارد. سطوح الکترونیکی به سطوح فرعی به نام اوربیتال تقسیم می شوند و با حروف الفبای لاتین تعیین می شوند. s، p، d، f.هر سطح فرعی جدید فقط در یک لحظه تنظیم شده ظاهر می شود که عدد اتمی به مقدار معینی می رسد. هر سطح فرعی (یا به عبارت دیگر، هر اوربیتال) نمی تواند بیش از دو الکترون را در خود جای دهد. s-هر عنصر می تواند فقط یک اوربیتال داشته باشد؛ یا یک یا دو الکترون دارد. آر- می تواند سه اوربیتال وجود داشته باشد، بنابراین حداکثر تعداد الکترون ممکن در آنها شش است. چرا آرآیا فقط سه اوربیتال وجود دارد؟ این توسط قوانین مکانیک کوانتومی تعیین می شود. در گفتگوی خود ما بر این موضوع تمرکز نمی کنیم. د-فقط می تواند پنج اوربیتال وجود داشته باشد، یعنی 10 الکترون.

نام گروهی عناصر مطابق با نام اوربیتال ها آورده شده است. عناصری که با الکترون پر شده اند s-اوربیتال ها نامیده می شوند س- عناصر، در صورت پر شدن آر-اوربیتال ها، سپس این آرعناصر، و غیره. همه اینها به وضوح در جدول قابل مشاهده است، جایی که برای هر نوع عنصر رنگ پس زمینه مربوطه داده شده است. بنابراین، در هر دوره از جدول دو وجود دارد سعناصر، هر کدام شش پ-عناصر و ده د-عناصر. این الگوی ساده را در جدول بررسی کنید ( د- عناصر برای اولین بار فقط در دوره 4 ظاهر می شوند).

شما احتمالا متوجه شده اید که تعداد اوربیتال های ممکن هنگام رفتن از s-به پ-و د-اوربیتال ها الگوی ساده ای دارند. این یک سری اعداد فرد است: 1، 3، 5. به نظر شما چند عدد ممکن وجود دارد؟ f-اوربیتال ها؟ منطق هفت را حکم می کند. این درست است و آنها می توانند حداکثر 14 الکترون را در خود جای دهند. به معنای، f- عناصر در یک دوره فقط می توانند 14 باشند. این دقیقاً تعداد لانتانیدهای جدول است. اکتینوئیدها هم f- عناصر، و همچنین 14 مورد از آنها وجود دارد. حال سؤال اصلی: چند عدد می تواند وجود داشته باشد g-اوربیتال ها؟ اجازه دهید به صورت ذهنی سری اعداد را گسترش دهیم: 1، 3، 5، 7. بنابراین، g-اوربیتال ها نه عدد هستند و تعداد آنها ممکن است g- عناصر - 18.

بنابراین، ما به سوال مطرح شده در بالا پاسخ داده ایم. همه اینها را می توان به صورت تجربی فقط در آینده ای دور تأیید کرد. شماره اولین نفر چقدر خواهد بود؟ g-عنصر؟ هنوز نمی توان به طور واضح پاسخ داد، زیرا ترتیب پر کردن سطوح الکترونیکی ممکن است مانند قسمت بالای جدول نباشد. به قیاس با لحظه ای که در آن ظاهر می شوند f-elements، می توانیم فرض کنیم که این عنصر شماره 122 خواهد بود.

بیایید سعی کنیم یک مسئله دیگر را حل کنیم. در دوره هشتم چند عنصر وجود خواهد داشت؟ از آنجایی که افزودن هر الکترون با ظاهر یک عنصر جدید مطابقت دارد، کافی است حداکثر تعداد الکترون ها را در همه اوربیتال ها از سقبل از g: 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50. برای مدت طولانی این فرض بود، اما محاسبات کامپیوتری نشان می دهد که در دوره هشتم نه 50، بلکه 46 عنصر وجود خواهد داشت.

بنابراین، دوره هشتم، که، همانطور که ما معتقدیم، در قرن بیست و یکم شروع به پر شدن خواهد کرد، از عنصر شماره 119 تا شماره 164 گسترش خواهد یافت. با این حال، کشف یک عنصر جدید امری قابل انتظار است، اما همیشه قابل پیش بینی نیست. و بنابراین باید برای این واقعیت آماده بود که عنصر شماره 119 حتی قبل از اینکه این مقاله به دست خواننده بیفتد دریافت می شود که به لحظه ظهور قرن جدید وقار بیشتری می بخشد.

بررسی دقیق جدول تناوبی به ما امکان می دهد الگوی ساده دیگری را یادداشت کنیم. آر- عناصر برای اولین بار در دوره دوم ظاهر می شوند، دعناصر - در 4، fعناصر - در 6th. نتیجه یک سری اعداد زوج است: 2، 4، 6. این الگو با قوانین پر کردن لایه های الکترونی تعیین می شود. حالا باید بفهمی چرا g-همانطور که در بالا ذکر شد، عناصر در دوره هشتم ظاهر می شوند. ادامه ساده یک سری اعداد زوج! پیش‌بینی‌های طولانی‌تری وجود دارد، اما بر اساس محاسبات نسبتاً پیچیده است. به عنوان مثال، نشان داده شده است که در دوره نهم فقط 8 عنصر وجود خواهد داشت، مانند 2 و 3، که تا حدودی غیرمنتظره است.

خیلی جالب است، آیا از لحاظ نظری آخرین عنصر جدول تناوبی وجود دارد؟ محاسبات مدرن هنوز نمی توانند به این سؤال پاسخ دهند، بنابراین هنوز توسط علم حل نشده است.

ما در پیش‌بینی‌های خود بسیار زیاد پیش رفته‌ایم، شاید حتی در قرن بیست و دوم، که البته کاملاً قابل درک است. تلاش برای نگاه کردن به آینده دور یک آرزوی کاملا طبیعی برای هر فرد است، به ویژه در لحظه ای که نه تنها قرن، بلکه هزاره نیز در حال تغییر است.

M.M.Levitsky

آخرین موارد اضافه شده به جدول تناوبی عناصر 113 و 115 هستند که هنوز نام خود را ندارند.

آماده سازی عناصر فوق سنگین 113 و 115 1. پرتوی از یون های کلسیم-48 (یکی نشان داده شده است) در یک سیکلوترون به سرعت های بالا شتاب می گیرد و به سمت هدف آمریکیوم-243 هدایت می شود.

2. اتم هدف آمریکیوم 243 است. هسته ای ساخته شده از پروتون و نوترون و ابر الکترونی فازی آن را احاطه کرده است

3. تسریع یون کلسیم-48 و اتم هدف (آمریسیم-243) بلافاصله قبل از برخورد

4. در لحظه برخورد، عنصر فوق سنگین جدیدی با شماره سریال 115 متولد می شود که تنها حدود 0.09 ثانیه عمر می کند.

5. عنصر 115 به عنصر 113 تجزیه می شود، که در حال حاضر برای 1.2 ثانیه زندگی می کند، و سپس در طول زنجیره ای از چهار آلفا واپاشی، حدود 20 ثانیه طول می کشد.

6. فروپاشی خود به خودی حلقه نهایی در زنجیره واپاشی آلفا - عنصر 105 (دوبنیوم) به دو اتم دیگر

دانشمندان دو مرکز تحقیقات هسته ای پیشرو روسیه و آمریکا رقابت تسلیحاتی را رها کردند و در نهایت به کار مشغول شدند، دو عنصر جدید ایجاد کردند. اگر هر محقق مستقلی نتایج خود را تایید کند، عناصر جدید "ununtrium" و "ununpentium" نامیده می شوند. شیمیدانان و فیزیکدانان سراسر جهان، بدون توجه به نام های زشت، از این دستاورد ابراز خوشحالی می کنند. کن مودی، رئیس تیم آمریکایی مستقر در لیورمور آزمایشگاه ملیلارنس می‌گوید: «بنابراین دیدگاه‌های جدیدی برای جدول تناوبی باز می‌شود.»

جدول تناوبی که مودی به آن اشاره می کند، پوستری آشناست که دیوارهای هر اتاقی را که ممکن است بیش از دو شیمیدان در آن واحد در آن ملاقات کنند، تزئین می کند. همه ما آن را در درس شیمی در دبیرستان یا سال اول دانشگاه مطالعه کردیم. این جدول برای توضیح اینکه چرا عناصر مختلف به یک شکل با هم ترکیب می شوند ایجاد شده است. عناصر شیمیایی در آن مطابق با وزن اتمی و خواص شیمیایی. موقعیت نسبی یک عنصر به پیش بینی روابطی که با عناصر دیگر وارد می شود کمک می کند. پس از ایجاد 113 و 115 تعداد کل برای علم شناخته شده استعناصر به 116 رسید (117، اگر عنصر را با شماره سریال 118 بشماریم، سنتز آن قبلاً در دوبنا در سال 2002 مشاهده شده بود، اما این کشف هنوز به طور رسمی تأیید نشده است. - سردبیران PM).

تاریخچه ایجاد جدول تناوبی در سال 1863 آغاز شد (اما قبلاً تلاش های ترسناکی انجام شده بود: در سال 1817، I.V. Döbereiner سعی کرد عناصر را به سه گانه ترکیب کند و در سال 1843، L. Gmelin سعی کرد این طبقه بندی را با تترادها و پنتادها گسترش دهد. - سرمقاله "PM")، زمانی که زمین شناس جوان فرانسوی الکساندر-امیل بگویر د شانکورتوا تمام عناصر شناخته شده در آن زمان را در یک زنجیره مطابق با وزن اتمی آنها مرتب کرد. سپس روبانی را با این فهرست دور استوانه پیچید و معلوم شد که عناصر شیمیایی مشابه در ستون‌هایی قرار گرفته‌اند. در مقایسه با روش آزمون و خطا - تنها رویکرد تحقیق، که توسط شیمیدانان آن زمان استفاده می شد - این ترفند با یک روبان مانند یک گام رادیکال به جلو به نظر می رسید ، اگرچه نتایج عملی جدی به همراه نداشت.

تقریباً در همان زمان، شیمیدان جوان انگلیسی جان A.R. نیولندز با همین روش آزمایش کرد موقعیت نسبیعناصر. او خاطرنشان کرد که گروه های شیمیایی هر هشت عنصر تکرار می شوند (مانند یادداشت ها، به همین دلیل است که نویسنده کشف خود را "قانون اکتاو" نامیده است - ویراستاران PM). او با این باور که یک کشف بزرگ در راه است، با افتخار پیامی را به انجمن شیمی بریتانیا رساند. افسوس! اعضای قدیمی تر و محافظه کارتر این جامعه این ایده را کشتند و آن را پوچ اعلام کردند و برای سال ها به فراموشی سپرده شد. (شما نباید بیش از حد دانشمندان محافظه کار را سرزنش کنید - "قانون اکتاوها" به درستی خواص تنها هفده عنصر اول را پیش بینی کرد. - ویراستاران PM).

احیای روسیه

در قرن نوزدهم، تبادل اطلاعات علمی به اندازه فعلی فعال نبود. بنابراین، جای تعجب نیست که پنج سال دیگر از احیای ایده فراموش شده گذشته باشد. این بار بینش به شیمیدان روسی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف و همکار آلمانی او جولیوس لوتار مایر رسید. آنها که مستقل از یکدیگر کار می کردند، به این فکر افتادند که عناصر شیمیایی را در هفت ستون مرتب کنند. موقعیت هر عنصر بر اساس مواد شیمیایی آن تعیین شد مشخصات فیزیکی. و در اینجا، همانطور که د شانکورتوا و نیولندز قبلاً متوجه شده بودند، عناصر به طور خود به خود در گروه هایی ترکیب شدند که می توان آنها را "خانواده های شیمیایی" نامید.

مندلیف موفق شد عمیق‌تر به معنای آنچه در حال رخ دادن بود نگاه کند. نتیجه جدولی با سلول های خالی بود که دقیقاً محل جستجوی عناصری بود که هنوز کشف نشده بودند. اگر به یاد داشته باشیم که در آن زمان دانشمندان هیچ ایده ای در مورد ساختار اتم ها نداشتند، این بینش حتی خارق العاده تر به نظر می رسد.

در طول قرن بعد، جدول تناوبی بیشتر و بیشتر آموزنده شد. از نمودار ساده ای که در اینجا نشان داده شده است، به یک صفحه بزرگ تبدیل شده است که شامل وزن مخصوص، خواص مغناطیسی، نقطه ذوب و جوش است. همچنین می توانید اطلاعات مربوط به ساختمان را در اینجا اضافه کنید. پوسته الکترونیاتم، و همچنین فهرستی از وزن اتمی ایزوتوپ ها، یعنی دوقلوهای سنگین تر یا سبک تر که بسیاری از عناصر دارند.

عناصر مصنوعی

شاید مهم‌ترین خبری که اولین نسخه‌های جدول تناوبی برای شیمیدانان به ارمغان آورد، نشانه‌ای از محل قرارگیری عناصر هنوز کشف نشده بود.

با آغاز قرن بیستم، این ظن در بین فیزیکدانان شروع شد که اتم ها اصلاً آنطور که معمولاً تصور می شد ساختاری ندارند. بیایید با این واقعیت شروع کنیم که اینها اصلاً توپ های یکپارچه نیستند، بلکه ساختارهای حجمی هستند که در فضای خالی کشیده شده اند. هر چه ایده‌ها در مورد ریزجهان واضح‌تر می‌شد، سلول‌های خالی سریع‌تر پر می‌شد.

نشانه‌های مستقیم شکاف‌های موجود در جدول، جستجوی عناصری را که هنوز کشف نشده بودند، اما واقعاً در طبیعت وجود داشتند، به شدت تسریع کرد. اما زمانی که یک نظریه دقیق شکل گرفت که به اندازه کافی ساختار هسته اتم را توصیف می کرد، رویکرد جدیدبرای "تکمیل" جدول تناوبی. تکنیکی برای ایجاد عناصر «مصنوعی» یا «مصنوعی» با تابش فلزات موجود با جریان‌های ذرات بنیادی پرانرژی ایجاد و آزمایش شد.

اگر نوترون‌های بدون بار الکتریکی را به هسته اضافه کنید، عنصر سنگین‌تر می‌شود، اما رفتار شیمیایی آن تغییر نمی‌کند. اما با افزایش وزن اتمی، عناصر بیشتر و بیشتر ناپایدار می شوند و توانایی تجزیه خود به خود را به دست می آورند. وقتی این اتفاق می‌افتد، برخی از نوترون‌های آزاد و ذرات دیگر در فضای اطراف پراکنده می‌شوند، اما بیشتر پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها در جای خود باقی می‌مانند و به شکل عناصر سبک‌تر بازآرایی می‌شوند.

تازه واردان سر میز

در فوریه امسال، محققان LLNL (آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور) و موسسه مشترک تحقیقات هسته‌ای روسیه (JINR)، با استفاده از تکنیک بمباران اتمی که در بالا توضیح داده شد، به دو عنصر کاملاً جدید دست یافتند.

اولین عنصر، عنصر 115، پس از بمباران آمریکیوم با ایزوتوپ رادیواکتیو کلسیم به دست آمد. (برای مرجع، آمریکیوم، فلزی که اغلب در زندگی روزمره یافت نمی‌شود، در آشکارسازهای دود آلارم‌های آتش رایج استفاده می‌شود.) این بمباران چهار اتم عنصر 115 را تولید کرد، اما پس از 90 میلی‌ثانیه متلاشی شدند و یک نوزاد تازه متولد شد - عنصر 113. چهار اتم تقریباً یک و نیم ثانیه زنده بودند تا اینکه عناصر سبک تری که قبلاً برای علم شناخته شده بود از آنها تشکیل شود. عناصر مصنوعی به ندرت عمر طولانی دارند - بی ثباتی ذاتی آنها نتیجه تعداد بیش از حد پروتون ها و نوترون ها در هسته آنها است.

و اکنون - در مورد نام های ناخوشایند آنها. چندین سال پیش، اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) که مقر آن در Research Triangle Park، N.C. حکم داد که عناصر شیمیایی جدید باید از نظر فرهنگی نام‌های خنثی داشته باشند. اگر از تلفظ لاتین شماره سریال این عنصر استفاده کنید، می توان چنین بی طرفی را به دست آورد جدول تناوبی. بنابراین، اعداد 1، 1، 5 "un، un، pent" خوانده می شوند و به دلایل انسجام زبانی به پایان "ium" اضافه می شود. (یک نام لاتین خنثی و نماد سه حرفی مربوطه به طور موقت به عنصر داده می شود تا زمانی که اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی نام نهایی آن را تأیید کند. دستورالعمل های سازمان، که در سال 2002 منتشر شد، این است که کاشفان در پیشنهاد نام برای یک عنصر اولویت دارند. عنصر جدید، طبق سنت، عناصر ممکن است بر اساس رویدادها یا شخصیت های اساطیری (از جمله اجرام آسمانی، مواد معدنی، مناطق جغرافیایی، خواص عنصر، دانشمندان مشهور. - هیئت تحریریه "PM").

حتی اگر این عناصر جدید زیاد عمر نکنند و بیرون از دیواره‌های آزمایشگاه‌ها یافت نشوند، باز هم ایجاد آنها چیزی فراتر از پر کردن سلول‌های خالی و افزایش تعداد کل عناصر شناخته شده برای علم است. لیورمور رئیس مودی می گوید: «این کشف به ما امکان می دهد کاربرد اصول اساسی شیمی را گسترش دهیم و پیشرفت های جدید در شیمی منجر به ایجاد مواد جدید و توسعه فناوری های جدید می شود.»

در یک راکتور هسته ای با نوترون های چند مگا الکترون ولت، واکنش هایی می تواند رخ دهد (n,p) و(n,a) . به این ترتیب، چهار ایزوتوپ رادیواکتیو مهم 14 C، 32 P، 35 S و 3 H توسط واکنش ها تشکیل می شوند:

14 N(n,p) 14 C; 32 S(n,p) 32 P; 35 Cl(n,a) 35 S; 6 Li(n,a) 3 H

در تمام این موارد، ایزوتوپ رادیواکتیو عنصر شیمیایی دیگر از عنصر هدف تشکیل می‌شود و به این ترتیب امکان جداسازی این ایزوتوپ‌ها فراهم می‌شود. بدون حامل یا با رادیواکتیویته مشخص.

برای به دست آوردن رادیونوکلئیدها، علاوه بر راکتورهای هسته ای، از منابع دیگر بمباران ذرات و گاما کوانتوم ها که عملکرد آنها بر اساس وقوع واکنش های هسته ای مختلف است، به طور گسترده استفاده می شود. جریان های قدرتمندی از ذرات باردار با استفاده از شتاب دهنده ها(الکترواستاتیک، خطی و سیکلوترون و غیره)، که در آن ذرات باردار تحت تأثیر میدان های ثابت یا متناوب شتاب می گیرند. در شتاب‌دهنده‌های الکترواستاتیک و خطی، ذرات با یک میدان الکتریکی شتاب می‌گیرند؛ در سیکلوترون‌ها، یک میدان مغناطیسی هم‌زمان با میدان الکتریکی عمل می‌کند.

برنج. سینکروفازوترون

برای تولید نوترون های پرانرژی، از مولدهای نوترون استفاده می شود که از واکنش های هسته ای تحت تأثیر ذرات باردار، اغلب دوترون ها، استفاده می کنند. (d, n)یا پروتون ها (p, n).

استفاده از شتاب دهنده ها عمدتا دریافت پرتوزا با Z مختلف.

با تقویت کننده هامربوط به پیشرفت سالهای اخیر در سنتز عناصر شیمیایی جدید. بنابراین، با تابش در یک سیکلوترون با ذرات آلفا با انرژی 41 MeV و چگالی پرتو 6 × 10 12 ذرات بر ثانیه اینشتینیا 17 اتم اول به دست آمد مندلیوم:

متعاقباً، این انگیزه برای توسعه شدید روش شتاب دادن یون‌های باردار چند برابر شد. با بمباران اورانیوم 238 در یک سیکلوترون با یون های کربن، کالیفرنیوم به دست آمد:

U(C6+,6n)Cf

با این حال، پرتابه های سبک - یون های کربن یا اکسیژن - امکان پیشروی فقط به عناصر 104-10 را فراهم کردند. با گذشت زمان، برای سنتز هسته های سنگین تر، ایزوتوپ هایی با شماره سریال 106 و 107 با تابش ایزوتوپ های پایدار سرب و بیسموت با یون های کروم به دست آمد:

Pb(Cr,3n)Sg

209 83 B(Cr,2n)Bh

در سال 1985، عنصر آلفا فعال 108-هاسیم (Hs) در دوبنا به دست آمد.تابش با Cf neon-22:

Cf(Ne+4n)Hs

در همان سال در آزمایشگاه جی سیبورگ سنتز کردند 109 و 110عناصر با تابش اورانیوم 235 با هسته آرگون 40.

سنتز عناصر بیشتر با بمباران U، Curium-248، Es با هسته های کلسیم انجام شد.

سنتز عنصر 114 در سال 1999 در دوبنا با همجوشی هسته های کلسیم-48 و پلوتونیوم-244 انجام شد. هسته جدید و فوق سنگین سرد می شود و 3-4 نوترون ساطع می کند و سپس با گسیل ذرات آلفا به عنصر 110 تجزیه می شود.

برای سنتز عنصر 116، یک واکنش همجوشی بین کوریم-248 و کلسیم-48 انجام شد. در سال 2000، تشکیل و فروپاشی عنصر 116 سه بار ثبت شد. سپس، پس از حدود 0.05 ثانیه، هسته عنصر 116 به عنصر 114 و به دنبال آن زنجیره ای از آلفا به عنصر 110 تجزیه می شود که خود به خود تجزیه می شود.

نیمه عمر عناصر جدید در حال پوسیدگی سنتز شده چند میکروثانیه بود. به نظر می رسد که ادامه سنتز عناصر سنگین تر بیهوده است، زیرا طول عمر و عملکرد آنها بسیار کوتاه است. در همان زمان، نیمه عمر کشف شده این عناصر بسیار بیشتر از حد انتظار بود. بنابراین، می توان فرض کرد که با ترکیب معینی از پروتون ها و نوترون ها، باید هسته های پایدار با نیمه عمر چندین هزار ساله به دست آید.

و بنابراین، به دست آوردن ایزوتوپ هایی که در طبیعت یافت نمی شوند یک کار کاملاً فنی است، زیرا از نظر تئوری این سؤال روشن است. شما باید یک هدف بگیرید، آن را با جریانی از ذرات بمباران با انرژی مناسب تابش کنید و به سرعت ایزوتوپ مورد نظر را جدا کنید. با این حال، انتخاب یک هدف مناسب و بمباران ذرات چندان آسان نیست.

فیزیکدانان آزمایشگاه ملی لیورمور در ایالات متحده در ژانویه 2016 پیشرفت در همجوشی گرما هسته ای کنترل شده با اینرسی را گزارش کردند. دانشمندان با استفاده از فناوری جدید توانستند کارایی چنین تاسیساتی را چهار برابر کنند. نتایج تحقیق در مجله Nature Physics منتشر شد و به طور خلاصه توسط آزمایشگاه ملی لیورمور و دانشگاه کالیفرنیا در سن دیگو گزارش شد. Lenta.ru در مورد دستاوردهای جدید صحبت می کند.

مردم مدتهاست در تلاش برای یافتن جایگزینی برای منابع انرژی هیدروکربنی (زغال سنگ، نفت و گاز) بوده اند. سوختن سوخت باعث آلودگی محیط زیست می شود. ذخایر آن به سرعت در حال کاهش است. راه برون رفت از این وضعیت - وابستگی به منابع آب و همچنین آب و هوا و آب و هوا - ایجاد نیروگاه های هسته ای است. برای انجام این کار، دستیابی به قابلیت کنترل واکنش های همجوشی گرما هسته ای، که انرژی لازم برای انسان را آزاد می کند، ضروری است.

در راکتورهای حرارتی، عناصر سنگین از راکتورهای سبک سنتز می شوند (تشکیل هلیوم در نتیجه همجوشی دوتریوم و تریتیوم). راکتورهای معمولی (هسته ای) برعکس، بر روی تجزیه هسته های سنگین به هسته های سبک تر کار می کنند. اما برای همجوشی لازم است که پلاسمای هیدروژن را تا دمای گرما هسته ای (تقریباً همان دمای هسته خورشید - صد میلیون درجه سانتیگراد یا بیشتر) گرم کرد و آن را در حالت تعادل نگه داشت تا زمانی که یک واکنش خودپایدار رخ دهد.

کار در دو حوزه امیدوارکننده در حال انجام است. اولین مورد با امکان محدود کردن پلاسمای گرم شده با استفاده از آن مرتبط است میدان مغناطیسی. راکتورهایی از این نوع شامل یک توکامک (محفظه حلقوی با سیم پیچ های مغناطیسی) و یک ستاره است. در یک توکامک، جریان الکتریکی به شکل طناب حلقوی از پلاسما عبور می‌کند؛ در ستاره‌ای، یک میدان مغناطیسی توسط سیم‌پیچ‌های خارجی القا می‌شود.

ITER (راکتور آزمایشی حرارتی بین المللی) در حال ساخت در فرانسه یک توکامک است و Wendelstein 7-X که در دسامبر 2015 در آلمان به فضا پرتاب شد، یک ستاره است.

دومین جهت امیدوارکننده همجوشی گرما هسته ای کنترل شده با لیزر مرتبط است. فیزیکدانان استفاده از تابش لیزر را برای گرم کردن سریع و فشرده کردن مواد به دماها و چگالی های مورد نیاز پیشنهاد می کنند تا با قرار گرفتن در حالت پلاسمای محصور اینرسی، از وقوع یک واکنش گرما هسته ای اطمینان حاصل شود.

همجوشی حرارتی کنترل شده اینرسی شامل استفاده از دو روش اصلی برای مشتعل کردن یک هدف از پیش فشرده شده است: ضربه - با استفاده از یک موج ضربه متمرکز، و سریع - انفجار (انفجار به داخل) یک لایه هیدروژن کروی در داخل هدف. هر یک از آنها (در تئوری) باید تبدیل بهینه انرژی لیزر به انرژی پالسی و انتقال بعدی آن به یک هدف گرما هسته ای کروی فشرده را تضمین کند.

نصب در مرکز ملی لیزر فیوژن در ایالات متحده از رویکرد دوم استفاده می کند که شامل جداسازی فازهای فشرده سازی و گرمایش است. به گفته دانشمندان، این امکان کاهش چگالی سوخت (یا جرم آن) و ارائه فاکتورهای افزایش بالاتر را فراهم می کند. گرمایش توسط یک پالس کوتاه لیزر پتاوات ایجاد می شود: یک پرتو الکترونی شدید انرژی خود را به هدف منتقل می کند. آزمایش های گزارش شده در آخرین مطالعه در شهر نیویورک در مرکز OMEGA-60 در آزمایشگاه انرژی لیزر دانشگاه روچستر انجام شد که شامل 54 لیزر با مجموع انرژی 18 کیلوژول است.

سیستم مورد مطالعه دانشمندان به شرح زیر است. هدف یک کپسول پلاستیکی با یک لایه نازک دوتریوم-تریتیوم است که روی دیواره داخلی اعمال می شود. وقتی کپسول تحت تابش لیزر قرار می گیرد، منبسط می شود و هیدروژن واقع در داخل آن را مجبور به انقباض (در طول فاز اول) می کند که (در طول فاز دوم) به پلاسما گرم می شود. پلاسما از دوتریوم و تریتیوم می دهد تابش اشعه ایکسو روی کپسول فشار می دهد. این طرح به سیستم اجازه می دهد تا پس از تابش لیزر تبخیر نشود و گرمایش یکنواخت تر پلاسما را تضمین می کند.

دانشمندان در آزمایشات خود مس را به پوسته پلاستیکی وارد کردند. هنگامی که یک پرتو لیزر به سمت کپسول هدایت می شود، الکترون های سریعی آزاد می کند که به نشانگرهای مس برخورد کرده و باعث گسیل آنها می شود. اشعه ایکس. برای اولین بار، دانشمندان توانستند تکنیکی را برای تجسم الکترون‌های پوسته K ارائه کنند که به آنها امکان می‌دهد انتقال انرژی توسط الکترون‌های داخل کپسول را ردیابی کنند و در نتیجه پارامترهای سیستم را با دقت بیشتری محاسبه کنند. اهمیت این کار به شرح زیر است.

دستاورد درجه بالاتراکم توسط الکترون های سریع که انرژی آنها به بخش بزرگی از تابش جذب شده توسط هدف تبدیل می شود، مانع می شود. مسیر آزاد چنین ذرات به ترتیب با قطر هدف منطبق است، در نتیجه بیش از موعد گرم می شود و زمان فشرده شدن به تراکم های مورد نیاز را ندارد. این مطالعه امکان نگاه کردن به داخل هدف و ردیابی فرآیندهای رخ داده در آن را فراهم کرد و اطلاعات جدیدی در مورد پارامترهای لیزر لازم برای تابش بهینه هدف فراهم کرد.

علاوه بر ایالات متحده، کارهای مربوط به همجوشی حرارتی اینرسی در ژاپن، فرانسه و روسیه نیز در حال انجام است. در شهر ساروف، منطقه نیژنی نووگورود، بر اساس مؤسسه تحقیقات علمی فیزیک تجربی همه روسیه، در سال 2020 برنامه ریزی شده است که نصب لیزر دو منظوره UFL-2M را به بهره برداری برساند که در میان سایر وظایف، باید برای مطالعه شرایط احتراق و احتراق سوخت گرما هسته ای استفاده شود.

بازده یک واکنش گرما هسته ای به عنوان نسبت انرژی آزاد شده در واکنش همجوشی به انرژی کلصرف گرمایش سیستم تا دمای مورد نیاز می شود. اگر این مقدار بیشتر از یک (صد درصد) باشد، راکتور همجوشی لیزری را می توان موفق در نظر گرفت. در آزمایشات، فیزیکدانان موفق شدند تا هفت درصد از انرژی تابش لیزر را به سوخت منتقل کنند. این چهار برابر راندمان سیستم های جرقه زن سریع است که قبلاً به دست آمده بود. مدل سازی کامپیوتریبه شما امکان می دهد افزایش راندمان را تا 15 درصد پیش بینی کنید.

نتایج منتشر شده این احتمال را افزایش می دهد که کنگره ایالات متحده بودجه تأسیسات مگاژول مانند تأسیسات همجوشی لیزری ملی در لیورمور را افزایش دهد که بیش از 4 میلیارد دلار برای ساخت و نگهداری هزینه دارد. علیرغم شک و تردیدی که با تحقیقات فیوژن همراه است، به آرامی اما مطمئناً رو به جلو است. در این زمینه، دانشمندان با چالش‌های نه اساسی، بلکه با چالش‌های فناوری مواجه هستند که نیازمند همکاری بین‌المللی و بودجه کافی است.

اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی (IUPAC) اعلام کرده است که کدام نام‌ها را برای چهار عنصر جدید جدول تناوبی مناسب‌تر می‌داند. توصیه می شود یکی از آنها را به افتخار فیزیکدان روسی، آکادمیک یوری اوگانسیان نامگذاری کنید. اندکی قبل از این، خبرنگار KSh با یوری تسولاکوویچ ملاقات کرد و مصاحبه طولانی با او انجام داد. اما IUPAC از دانشمندان می‌خواهد که تا 8 نوامبر که نام‌های جدید به طور رسمی اعلام می‌شود، اظهار نظر نکنند. صرف نظر از اینکه نام چه کسی در جدول تناوبی آمده است، می توان گفت: روسیه به یکی از رهبران مسابقه ترانس اورانیوم تبدیل شده است که بیش از نیم قرن ادامه دارد.

یوری اوگانسیان.متخصص در زمینه فیزیک هسته ای، آکادمی آکادمی علوم روسیه، مدیر علمی آزمایشگاه واکنش های هسته ای در JINR، رئیس گروه فیزیک هسته ای در دانشگاه دوبنا. او به عنوان شاگرد گئورگی فلروف در سنتز روترفوردیوم، دوبنیوم، سیبورگیوم، بوریم و غیره شرکت کرد. از جمله اکتشافات در سطح جهانی، به اصطلاح همجوشی سردهسته، که معلوم شد ابزار بسیار مفیدی برای ایجاد عناصر جدید است.

در خطوط پایین جدول تناوبی به راحتی می توانید اورانیوم را پیدا کنید، عدد اتمی آن 92 است. همه عناصر بعدی اکنون در طبیعت وجود ندارند و در نتیجه آزمایش های بسیار پیچیده کشف شده اند.
فیزیکدانان آمریکایی گلن سیبورگ و ادوین مک میلان اولین کسانی بودند که عنصر جدیدی را ایجاد کردند. پلوتونیوم در سال 1940 اینگونه متولد شد. بعدها، همراه با دانشمندان دیگر، سیبورگ آمریکیوم، کوریم، برکلیوم را سنتز کرد... حقیقت بسط دست بشر جدول تناوبی به نوعی با پرواز به فضا قابل مقایسه است.

کشورهای پیشرو جهان برای ایجاد هسته های فوق سنگین وارد مسابقه شده اند (در صورت تمایل می توان با نژاد قمری قیاس کرد اما در اینجا احتمال پیروزی کشور ما بیشتر است). در اتحاد جماهیر شوروی، اولین عنصر فرااورانیوم در سال 1964 توسط دانشمندان موسسه مشترک تحقیقات هسته ای (JINR) در دوبنا، منطقه مسکو سنتز شد. این عنصر 104 - به نام روترفوردیوم بود. این پروژه توسط یکی از بنیانگذاران JINR، گئورگی فلرووف، رهبری شد. نام او نیز در جدول آمده است: فلروویوم، 114. و عنصر 105 دوبنیوم نام داشت.

یوری اوگانسیان شاگرد فلروف بود و در سنتز روترفوردیوم و سپس دوبنیوم، سیبورژیوم، بوریم شرکت کرد... موفقیت های فیزیکدانان ما، روسیه را در کنار ایالات متحده آمریکا، آلمان، ژاپن (و شاید... اول در میان برابر).

عناصر جدید مورد بحث - 113، 115، 117، 118 - در 2002-2009 در JINR در سیکلوترون U-400 سنتز شدند. در شتاب دهنده های این نوع، پرتوهای ذرات باردار سنگین - پروتون ها و یون ها - با استفاده از فرکانس بالا شتاب می گیرند. میدان الکتریکی، به منظور برخورد آنها با یکدیگر یا با هدف و بررسی محصولات زوال آنها.

همه آزمایش‌ها توسط همکاری‌های بین‌المللی تقریباً به طور همزمان انجام شد کشورهای مختلف. برای مثال، دانشمندان مؤسسه RIKEN ژاپن، عنصر 113 را مستقل از سایرین سنتز کردند. در نتیجه اولویت افتتاحیه به آنها داده شد.

یک عنصر شیمیایی جدید ابتدا یک نام موقت داده می شود که از عدد لاتین گرفته شده است. به عنوان مثال، ununoctium "صد و هجدهم" است. سپس تیم علمی - نویسنده کشف - پیشنهادات خود را به IUPAC ارسال می کند. کمیسیون در حال بررسی دلایل موافق و مخالف است. به ویژه، او توصیه می کند که قوانین زیر را رعایت کنید: «عناصر تازه کشف شده را می‌توان نام برد: (الف) از یک شخصیت یا مفهوم اساطیری (از جمله یک شی نجومی). ب) با نام یک ماده معدنی یا مشابه؛ ج) با نام یک محل یا منطقه جغرافیایی؛ د) مطابق با خصوصیات عنصر یا (ه) به نام دانشمند..."

نام ها باید در اکثر زبان ها به راحتی تلفظ شوند. زبان های شناخته شدهو حاوی اطلاعاتی است که اجازه می دهد یک عنصر به طور واضح طبقه بندی شود. به عنوان مثال، همه ماوراء الطیر دارای نمادهای دو حرفی هستند و اگر فلز باشند به "-iy" ختم می شوند: روترفوردیوم، دوبنیوم، دریای بورژیوم، بوریم...

اینکه آیا دو عنصر جدید (115 و 118) نام "روسی" دریافت خواهند کرد یا خیر، در ماه نوامبر مشخص خواهد شد. اما هنوز آزمایش های زیادی در پیش است، زیرا طبق فرضیه جزیره های پایداری، عناصر سنگین تری وجود دارند که می توانند برای مدت نسبتا طولانی وجود داشته باشند. آنها حتی در تلاش برای یافتن چنین عناصری در طبیعت هستند، اما اگر اوگانسیان آنها را در یک شتاب دهنده سنتز کند، دقیق تر است.

پرونده عناصر جدید

شماره سریال: 113

چگونه و توسط چه کسی کشف شد:هدف آمریکیوم-243 با یون های کلسیم-48 بمباران شد و ایزوتوپ های غیر پنتیوم به دست آمد که به ایزوتوپ های عنصر 113 تجزیه شد. در سال 2003 سنتز شد.

اولویت افتتاحیه:موسسه تحقیقات فیزیکی و شیمیایی (RIKEN)، ژاپن.

نام فعلی:بی اراده

خواص مورد نظر:فلز قابل ذوب سنگین

نام پیشنهادی:نیهونیوم (Nh). این عنصر برای اولین بار در آسیا به طور کلی و ژاپن به طور خاص کشف شد. "نیهونی" یکی از دو گزینه برای نام خود کشور است. "نیهون" به "سرزمین خورشید طلوع" ترجمه می شود.

شماره سریال: 115

چگونه و توسط چه کسی کشف شد:هدف americium-243 با یون کلسیم-48 بمباران شد. در سال 2003 سنتز شد. اولویت در کشف: همکاری متشکل از JINR (روسیه)، آزمایشگاه ملی لیورمور (ایالات متحده آمریکا) و آزمایشگاه ملی اوک ریج (ایالات متحده).

نام فعلی: ununpentium

خواص مورد نظر:فلزی شبیه بیسموت

نام پیشنهادی: moscovium (Moscovium، Mc). IUPAC نام "مسکو" را به افتخار منطقه مسکو، جایی که دوبنا و JINR در آن قرار دارند، تأیید کرد. بنابراین، این شهر روسی می تواند برای دومین بار اثر خود را در جدول تناوبی بگذارد: دوبنیوم مدت هاست که رسماً عنصر 105 نامیده می شود.

شماره سریال: 117

چگونه و توسط چه کسی کشف شد:هدف برکلیوم-249 با یون های کلسیم-48 بمباران شد. در سال 2009 سنتز شد. اولویت برای کشف: JINR، Livermore، Oak Ridge.

نام فعلی: ununseptium

خواص مورد نظر:به طور رسمی به هالوژن هایی مانند ید اشاره دارد. خواص واقعی هنوز مشخص نشده است. به احتمال زیاد، ویژگی های یک فلز و یک غیر فلز را ترکیب می کند.

نام پیشنهادی:تنسی (Ts). به قدردانی از مشارکت ایالت تنسی، ایالات متحده آمریکا، از جمله آزمایشگاه ملی اوک ریج، دانشگاه وندربیلت و دانشگاه تنسی، در سنتز ترانس اورانیوم.

شماره سریال: 118

چگونه و توسط چه کسی کشف شد:یک هدف کالیفرنیوم-249 با کلسیم-48 بمباران شد. در سال 2002 سنتز شد. اولویت در کشف: JINR، Livermore.

نام فعلی: ununoctium

خواص مورد نظر:توسط ویژگی های شیمیاییبه گازهای بی اثر اشاره دارد.

نام پیشنهادی:اوگانسون (Oganesson، Og). به افتخار ناظر علمیآزمایشگاه واکنش‌های هسته‌ای JINR یوری اوگانسیان، که سهم زیادی در مطالعه عناصر فوق‌سنگین داشت. بحث عمومی اسامی احتمالی تا 17 آبان ادامه خواهد داشت و پس از آن کمیسیون تصمیم نهایی را اتخاذ خواهد کرد.

در "گربه شرودینگر"