Առաջընթաց նոր քիմիական տարրերի սինթեզում: Ռեակցիաներ, որոնցում միջուկային լիցքը փոխվում է. Արագացուցիչներ և նոր տարրերի սինթեզման հնարավորություններ: Ո՞վ է հորինել նոր տարրերի անունը:

Պարբերական աղյուսակի վերջին լրացումները 113 և 115 տարրերն են, որոնք դեռ չունեն իրենց անունները

Գերծանր տարրերի պատրաստում 113 և 115 1. Կալցիում-48 իոնների ճառագայթը (նկարում ներկայացված է մեկը) ցիկլոտրոնում արագացվում է մեծ արագությամբ և ուղղված է ամերիցիում-243 թիրախին:

2. Թիրախային ատոմը ամերիցիում-243 է: Պրոտոններից և նեյտրոններից կազմված միջուկ և այն շրջապատող անորոշ էլեկտրոնային ամպ

3. Արագացված կալցիում-48 իոն և թիրախային ատոմ (ամերիցիում-243) անմիջապես բախումից առաջ

4. Բախման պահին ծնվում է 115 սերիական համարով նոր գերծանր տարր՝ ապրելով ընդամենը մոտ 0,09 վայրկյան։

5. 115-րդ տարրը քայքայվում է մինչև 113 տարր, որն արդեն ապրում է 1,2 վայրկյան, իսկ հետո չորս ալֆա քայքայվում է շղթայի երկայնքով, որը տևում է մոտ 20 վայրկյան:

6. Ալֆա քայքայման շղթայի վերջնական օղակի ինքնաբուխ քայքայումը՝ տարր 105 (դուբնիում) երկու այլ ատոմների։

Ռուսական և ամերիկյան երկու առաջատար միջուկային հետազոտությունների կենտրոնների գիտնականները հրաժարվեցին սպառազինությունների մրցավազքից և վերջապես գործի անցնելով՝ ստեղծեցին երկու նոր տարր։ Եթե ​​որևէ անկախ հետազոտող հաստատի իր արդյունքները, ապա նոր տարրերը կկոչվեն «ununtrium» և «ununpentium»: Աշխարհի քիմիկոսներն ու ֆիզիկոսները, ուշադրություն չդարձնելով տգեղ անուններին, ուրախություն են հայտնում այս նվաճման համար։ Քեն Մուդին՝ Լիվերմորում տեղակայված ամերիկյան թիմի ղեկավար ազգային լաբորատորիաԼոուրենսն ասում է. «Այսպիսով նոր հեռանկարներ են բացվում պարբերական աղյուսակի համար»։

Պարբերական աղյուսակը, որին հղում է անում Մուդին, ծանոթ պաստառ է, որը զարդարում է ցանկացած սենյակի պատերը, որտեղ կարող են միաժամանակ հանդիպել ավելի քան երկու քիմիկոս: Մենք բոլորս այն սովորել ենք ավագ դպրոցի կամ բուհի կրտսեր տարիներին քիմիայի դասերին: Այս աղյուսակը ստեղծվել է բացատրելու, թե ինչու են տարբեր տարրեր միավորվում մեկ ձևով, և ոչ՝ մեկ այլ կերպ: Քիմիական տարրերը տեղադրվում են դրա մեջ ատոմային քաշին և քիմիական հատկություններին խիստ համապատասխան։ Տարրի հարաբերական դիրքն օգնում է կանխատեսել այն հարաբերությունները, որոնք նա կմտնի այլ տարրերի հետ: 113-րդ և 115-րդի ստեղծումից հետո ընդհանուր թիվը գիտությանը հայտնիտարրերը հասել են 116-ի (117, եթե հաշվենք 118 սերիական համարով տարրը, որի սինթեզն արդեն նկատվել է Դուբնայում 2002 թվականին, սակայն այս բացահայտումը դեռ պաշտոնապես չի հաստատվել. - PM խմբագիրներ)։

Պարբերական աղյուսակի ստեղծման պատմությունը սկսվել է 1863 թվականին (սակայն, նախկինում ամաչկոտ փորձեր են արվել. 1817 թվականին Ի.Վ. Դյոբերեյները փորձել է տարրերը միավորել եռյակների, իսկ 1843 թվականին Լ. Գմելինը փորձել է ընդլայնել այս դասակարգումը քառյակներով և հնգյակներով։ - Խմբագրական «ՊՄ»), երբ ֆրանսիացի երիտասարդ երկրաբան Ալեքսանդր-Էմիլ Բեգյե դը Շանկուրտուան ​​շղթայի մեջ դասավորեց այն ժամանակ հայտնի բոլոր տարրերը՝ իրենց ատոմային քաշին համապատասխան։ Այնուհետև նա այս ցուցակով ժապավենը փաթաթեց մխոցի շուրջ, և պարզվեց, որ քիմիապես նման տարրերը շարված են սյուների մեջ: Փորձարկման և սխալի մեթոդի համեմատ՝ միակը հետազոտական ​​մոտեցում, որը կիրառում էին այն ժամանակվա քիմիկոսները՝ ժապավենով այս հնարքը արմատական ​​քայլ էր թվում, թեև գործնական լուրջ արդյունքներ չբերեց։

Մոտավորապես նույն ժամանակահատվածում երիտասարդ անգլիացի քիմիկոս Ջոն Ա. Նյուլենդսը նույն կերպ է փորձարկել հարաբերական դիրքտարրեր. Նա նշեց, որ քիմիական խմբերը կրկնվում են յուրաքանչյուր ութ տարրը (ինչպես նշումները, այդ իսկ պատճառով հեղինակն իր հայտնագործությունն անվանել է «օկտավաների օրենք»: - PM խմբագիրներ): Հավատալով, որ մեծ հայտնագործություն է սպասվում, նա հպարտորեն ուղերձ է հղել Բրիտանական քիմիական ընկերությանը. Ավա՜ղ։ Այս հասարակության ավելի հին, պահպանողական անդամները սպանեցին այս գաղափարը՝ այն անվանելով անհեթեթ, և երկար տարիներ այն մոռացության մատնվեց։ (Պահպանողական գիտնականներին պետք չէ շատ մեղադրել. «օկտավաների օրենքը» ճիշտ է կանխատեսել միայն առաջին տասնյոթ տարրերի հատկությունները: - PM խմբագիրներ):

Ռուսական վերածնունդ

19-րդ դարում գիտական ​​տեղեկատվության փոխանակումն այնքան ակտիվ չէր, որքան հիմա։ Ուստի զարմանալի չէ, որ մոռացված գաղափարի վերածնումից առաջ անցավ ևս հինգ տարի։ Այս անգամ խորաթափանցությունը հասավ ռուս քիմիկոս Դմիտրի Իվանովիչ Մենդելեևին և նրա գերմանացի գործընկեր Յուլիուս Լոթար Մեյերին: Աշխատելով միմյանցից անկախ՝ նրանց մոտ առաջացավ քիմիական տարրերը յոթ սյունակներում դասավորելու գաղափարը։ Յուրաքանչյուր տարրի դիրքը որոշվում էր նրա քիմիական և ֆիզիկական հատկություններով։ Եվ ահա, ինչպես նախապես նկատել էին դը Շանկուրտուան ​​և Նյուլանդը, տարրերը ինքնաբերաբար միավորվեցին խմբերի մեջ, որոնք կարելի է անվանել «քիմիական ընտանիքներ»։

Մենդելեևին հաջողվեց ավելի խորը նայել տեղի ունեցողի իմաստին։ Արդյունքը եղավ դատարկ բջիջներով աղյուսակ, որը ցույց էր տալիս, թե որտեղ պետք է փնտրել դեռևս չհայտնաբերված տարրեր: Այս պատկերացումն էլ ավելի ֆանտաստիկ է թվում, եթե հիշենք, որ այն ժամանակ գիտնականները գաղափար չունեին ատոմների կառուցվածքի մասին։

Հաջորդ դարի ընթացքում պարբերական աղյուսակը դառնում է ավելի ու ավելի տեղեկատվական: Այստեղ ցուցադրված պարզ դիագրամից այն վերածվել է հսկայական թերթիկի՝ ներառյալ տեսակարար կշիռը, մագնիսական հատկությունները, հալման և եռման կետերը: Այստեղ կարող եք նաև տեղեկություններ ավելացնել շենքի մասին։ էլեկտրոնային թաղանթատոմ, ինչպես նաև իզոտոպների ատոմային կշիռների ցանկ, այսինքն՝ ավելի ծանր կամ թեթև երկվորյակներ, որոնք ունեն շատ տարրեր։

Արհեստական ​​տարրեր

Թերևս ամենակարևոր նորությունը, որ պարբերական աղյուսակի առաջին տարբերակները բերեցին քիմիկոսներին, ցույց էր տալիս, թե որտեղ են գտնվում դեռևս չբացահայտված տարրերը:

20-րդ դարի սկզբին ֆիզիկոսների շրջանում սկսեց աճել կասկածն այն մասին, որ ատոմներն ընդհանրապես կառուցվածք չունեն, ինչպես սովորաբար կարծվում էր: Սկսենք նրանից, որ դրանք ամենևին էլ միաձույլ գնդիկներ չեն, այլ դատարկ տարածության մեջ ձգված ծավալային կառուցվածքներ։ Որքան պարզ էին դառնում միկրոաշխարհի մասին պատկերացումները, այնքան ավելի արագ էին լցվում դատարկ բջիջները:

Աղյուսակի բացերի ուղղակի ցուցումները արմատապես արագացրին այն տարրերի որոնումը, որոնք դեռ չեն հայտնաբերվել, բայց իրականում առկա էին բնության մեջ: Բայց երբ ձևավորվեց ճշգրիտ տեսություն, որը պատշաճ կերպով նկարագրում էր ատոմային միջուկի կառուցվածքը, նոր մոտեցումպարբերական աղյուսակը «լրացնելու». Ստեղծվել և փորձարկվել է «արհեստական» կամ «սինթետիկ» տարրեր ստեղծելու տեխնիկա՝ գոյություն ունեցող մետաղները բարձր էներգիայի տարրական մասնիկների հոսքերով ճառագայթելով:

Եթե ​​միջուկին ավելացնեք էլեկտրականորեն չլիցքավորված նեյտրոններ, տարրը դառնում է ավելի ծանր, բայց նրա քիմիական վարքը չի փոխվում։ Բայց քանի որ ատոմային զանգվածը մեծանում է, տարրերը դառնում են ավելի ու ավելի անկայուն և ձեռք են բերում ինքնաբերաբար քայքայվելու ունակություն: Երբ դա տեղի է ունենում, որոշ ազատ նեյտրոններ և այլ մասնիկներ ցրվում են շրջակա տարածություն, բայց պրոտոնների, նեյտրոնների և էլեկտրոնների մեծ մասը մնում է տեղում և վերադասավորվում է ավելի թեթև տարրերի տեսքով:

Սեղանի նորեկները

Այս փետրվարին LLNL-ի (Լոուրենս Լիվերմորի ազգային լաբորատորիա) և Միջուկային հետազոտությունների ռուսական միացյալ ինստիտուտի (JINR) հետազոտողները, օգտագործելով վերը նկարագրված ատոմային ռմբակոծման տեխնիկան, ստացան երկու բոլորովին նոր տարր:

Դրանցից առաջինը՝ 115 տարրը, ստացվել է այն բանից հետո, երբ ամերիցիումը ռմբակոծվել է կալցիումի ռադիոակտիվ իզոտոպով։ (Հիման համար, ամերիցիումը, մետաղը, որը հաճախ չի հանդիպում առօրյա կյանքում, օգտագործվում է սովորական հրդեհային ազդանշանների ծխի դետեկտորներում:) Ռմբակոծության արդյունքում ստացվեց 115 տարրի չորս ատոմ, սակայն 90 միլիվայրկյան անց դրանք քայքայվեցին՝ ստեղծելով մեկ այլ նորածին` 113 տարրը: չորս ատոմներ ապրել են գրեթե մեկուկես վայրկյան, մինչև դրանցից ավելի թեթև տարրեր ստեղծվեին արդեն գիտությանը: Արհեստական ​​տարրերը հազվադեպ են երկարակեցություն ունենում. նրանց բնորոշ անկայունությունը դրանց միջուկներում պրոտոնների և նեյտրոնների չափազանց մեծ քանակի հետևանք է:

Իսկ հիմա՝ կապված նրանց անհարմար անունների հետ։ Մի քանի տարի առաջ Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը (IUPAC), որի կենտրոնակայանը գտնվում է Research Triangle Park-ում, N.C. որոշեց նոր քիմիական տարրերին մշակութային առումով չեզոք անուններ տալ: Նման չեզոքության կարելի է հասնել, եթե օգտագործեք պարբերական աղյուսակում այս տարրի սերիական համարի լատիներեն արտասանությունը: Այսպիսով, 1, 1, 5 թվերը կկարդան «un, un, pent», իսկ «ium» վերջավորությունը լեզվական համերաշխության նկատառումներով ավելացվում է։ (Չեզոք լատիներեն անվանումը և համապատասխան եռատառ նշանը տարրին տրվում է ժամանակավորապես, մինչև Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը հաստատի դրա վերջնական անվանումը: Կազմակերպության ուղեցույցները, հրապարակված 2002 թվականին, այն են, որ հայտնաբերողները առաջնահերթություն ունեն անուն առաջարկելու հարցում: նոր տարր, ըստ ավանդույթի տարրերը կարող են անվանվել առասպելական իրադարձությունների կամ կերպարների (այդ թվում երկնային մարմիններ), օգտակար հանածոներ, աշխարհագրական շրջաններ, տարրի հատկությունները, հայտնի գիտնականներ. - «ՊՄ» խմբագրություն):

Նույնիսկ եթե այս նոր տարրերը երկար չեն ապրում և չեն հայտնաբերվել լաբորատորիաների պատերից դուրս, դրանց ստեղծումը դեռևս ավելին է նշանակում, քան դատարկ բջիջները լցնելը և գիտությանը հայտնի տարրերի ընդհանուր թիվը ավելացնելը: «Այս հայտնագործությունը թույլ է տալիս մեզ ընդլայնել քիմիայի հիմնարար սկզբունքների կիրառելիությունը,- ասում է Լիվերմոր գլխավոր Մուդին,- և քիմիայի նոր առաջընթացները հանգեցնում են նոր նյութերի ստեղծմանը և նոր տեխնոլոգիաների զարգացմանը»:

Քսաներորդ դարում հիմնական ենթախմբերի տարրեր Պարբերական աղյուսակավելի քիչ տարածված էին, քան երկրորդական ենթախմբերում տեղակայվածները: Լիթիումը, բորը և գերմանիումը հայտնվել են թանկարժեք հարևանների՝ ոսկու, պալադիումի, ռոդիումի և պլատինի ստվերում։ Իհարկե, պետք է ընդունել, որ հիմնական ենթախմբերի տարրերի դասական քիմիական հատկությունները չեն կարող համեմատվել արագ և էլեգանտ գործընթացների հետ, որոնց մասնակցում են անցումային մետաղների համալիրները (այդ ռեակցիաների հայտնաբերման համար շնորհվել է մեկից ավելի մրցանակ): Նոբելյան մրցանակ) 1970-ականների սկզբին քիմիկոսների շրջանում ընդհանուր առմամբ կարծիք կար, որ հիմնական ենթախմբերի տարրերն արդեն բացահայտել են իրենց բոլոր գաղտնիքները, և նրանց ուսումնասիրությունն իրականում ժամանակի կորուստ էր։

Թաքնված քիմիական հեղափոխություն

Երբ այս հոդվածի հեղինակը ուսանող էր (նա ստացել է Կազանի համալսարանի դիպլոմ 1992 թվականին), նա և իր շատ համադասարանցիներ սովորել են քիմիա. էջ-տարրերը թվում էին ամենաձանձրալի հատվածը: (Հիշեք դա ս-, էջ- Եվ դ-տարրերն այն տարրերն են, որոնց վալենտային էլեկտրոնները համապատասխանաբար զբաղված են ս-, էջ- Եվ դ-Օրբիտալներ։) Մեզ ասացին, թե ինչ ձևով են այդ տարրերը երկրի ընդերքը, սովորեցրեց նրանց մեկուսացման մեթոդները, ֆիզիկական հատկություններ, բնորոշ օքսիդացման վիճակներ, քիմիական հատկություններ և գործնական կիրառություններ։ Կրկնակի ձանձրալի էր նրանց համար, ովքեր անցել են քիմիական օլիմպիադաներ և սովորել են այս բոլոր օգտակար տեղեկությունները որպես դպրոցական։ Թերեւս դա է պատճառը, որ մեր ժամանակներում բաժինը չկա օրգանական քիմիամասնագիտացում ընտրելիս այնքան էլ տարածված չէր. մենք բոլորս փորձեցինք մտնել օրգանական կամ օրգանական տարրերի մասնագետներ, որտեղ նրանք խոսում էին անցումային մետաղների դարաշրջանի մասին, որոնք եկել էին քիմիայում՝ կատալիզացնելով նյութերի բոլոր պատկերացնելի և աներևակայելի փոխակերպումները:

Այն ժամանակ համակարգիչներ և ինտերնետ չկար, մենք ամբողջ տեղեկատվությունը ստանում էինք միայն քիմիայի վերաբերյալ վերացական և որոշ արտասահմանյան ամսագրերից, որոնց բաժանորդագրված էր մեր գրադարանը: Ոչ մենք, ոչ էլ մեր ուսուցիչները չգիտեինք, որ 1980-ականների վերջում հիմնական ենթախմբերի տարրերի քիմիայում վերածննդի առաջին նշաններն արդեն նկատելի էին։ Հենց այդ ժամանակ նրանք հայտնաբերեցին, որ հնարավոր է ձեռք բերել էկզոտիկ ձևեր էջ- տարրեր - սիլիցիում և ֆոսֆոր ցածր կոորդինացված և ցածր օքսիդացված վիճակներում, բայց միևնույն ժամանակ ընդունակ են ձևավորել միացություններ, որոնք բավականին կայուն են սենյակային ջերմաստիճանում: Չնայած նրանց մասին գործնական կիրառությունայդ պահին խոսակցություն չկար, այս նյութերի սինթեզի առաջին հաջող օրինակները ցույց տվեցին, որ հիմնական ենթախմբերի տարրերի քիմիան փոքր-ինչ թերագնահատված էր և, հավանաբար, կգա ժամանակը, երբ էջ- տարրերը կկարողանան դուրս գալ ստվերից դ- եւ նույնիսկ զ- տարրեր. Ի վերջո, այդպես էլ եղավ.

1981 թվականը կարելի է համարել հիմնական ենթախմբերի տարրերի շրջադարձի մեկնարկային կետ։ Այն ժամանակ տպագրվեցին երեք աշխատություններ, որոնք հերքում էին այն միտքը, որ կայուն կրկնակի կամ եռակի կապը կարող է ձևավորվել միայն այն դեպքում, եթե այս քիմիական կապի գործընկերներից մեկը (կամ ավելի լավ է, երկուսն էլ) երկրորդ շրջանի տարր է: Այս «կրկնակի կապերի կանոնը» առաջին անգամ հերքել է Ռոբերտ Ուեսթը Վիսկոնսինի համալսարանից, որի խմբում նրանք առաջինն են սինթեզել կայուն սիլեն, սիլիցիում-սիլիցիում կրկնակի կապով միացություն, ալկենների ավելի ծանր անալոգ, բոլորին ծանոթ: օրգանական քիմիայից ( Գիտություն, 1981, 214, 4527, 1343–1344, doi՝ 10.1126/science.214.4527.1343) Դրանից անմիջապես հետո, Տոկիոյի համալսարանի հետազոտողները, որոնք աշխատում էին Մասաակի Յոշիֆուջիի ղեկավարությամբ, զեկուցեցին ֆոսֆոր-ֆոսֆոր կրկնակի կապով միացության սինթեզի մասին ( , 1981, 103, 15, 4587–4589; doi:10.1021/ja00405a054): Նույն թվականին Գերդ Բեկերը Շտուտգարտի համալսարանից կարողացավ ստանալ կայուն ֆոսֆալկին՝ ֆոսֆոր-ածխածին եռակի կապով միացություն, որը կարելի է համարել որպես կարբոքսիլաթթվի նիտրիլների ֆոսֆոր պարունակող անալոգ ( Zeitschrift für Naturforschung B, 1981, 36, 16).

Ֆոսֆորն ու սիլիցիումը երրորդ շրջանի տարրեր են, ուստի ոչ ոք նրանցից նման հնարավորություններ չէր սպասում։ Վերջին միացության մեջ ֆոսֆորի ատոմը կոորդինատիվորեն չհագեցած է, և դա հույս է ներշնչում, որ այն կամ նրա անալոգները կօգտագործվեն որպես կատալիզատորներ: Հույսի պատճառն այն էր, որ կատալիզատորի հիմնական խնդիրն է կապ հաստատել սուբստրատի մոլեկուլի հետ, որը պետք է ակտիվացվի, միայն այն մոլեկուլները, որոնց ռեագենտը հեշտությամբ կարող է մոտենալ, կարող են դա անել, իսկ քիմիկոսներից շատերին ծանոթ ֆոսֆատներում՝ ֆոսֆորի ատոմը։ Չորս խմբերով շրջապատված, այն ոչ մի կերպ չի կարելի անվանել մատչելի կենտրոն։

Հիմնականը ծավալային միջավայրն է

Բոլոր երեք սինթեզները, որոնք հրատարակվել են 1981 թվականին, հաջողվել են, քանի որ իրենց նոր, էկզոտիկ միացությունների հիմնական ենթախմբի տարրերը շրջապատող փոխարինողները ճիշտ են ընտրվել (անցումային մետաղների քիմիայում փոխարինիչները կոչվում էին լիգանդներ)։ Ուեսթի, Յոշիֆուջիի և Բեքերի կողմից ստացված նոր ածանցյալները մեկ ընդհանուր բան ունեին. հիմնական ենթախմբերի տարրերի հետ կապված խոշոր լիգանդները կայունացնում էին սիլիցիումը կամ ֆոսֆորը ցածր կոորդինացված վիճակում, որը կայուն չէր լինի այլ հանգամանքներում: Զանգվածային փոխարինիչները պաշտպանում են սիլիցիումը և ֆոսֆորը օդի թթվածնից և ջրից, ինչպես նաև թույլ չեն տալիս նրանց մտնել անհամաչափ ռեակցիա և ընդունել իրենց բնորոշ օքսիդացման վիճակները (+4 և +5 համապատասխանաբար սիլիցիումի և ֆոսֆորի համար) և կոորդինացիոն թվերը (չորս երկու տարրերը): Այսպիսով, սիլենը կայունացել է չորս մեծածավալ մեզիտիլ խմբերով (մեզիտիլը 1,3,5-տրիմեթիլբենզոլ է), իսկ ֆոսֆաալկինը՝ մեծածավալ տերտ-բութիլ փոխարինողով։

Մի անգամ պարզ դարձավ, որ մեծածավալ լիգանդները միացություններ են ստեղծում, որոնցում էջ- տարրերը ներառված չեն բարձր աստիճանօքսիդացում և/կամ ցածր կոորդինացիոն թվով այլ գիտնականներ սկսեցին միանալ հիմնական ենթախմբերի տարրերի նոր, անսովոր ածանցյալների արտադրությանը: Սկսած 2000-ականներից՝ գրեթե բոլոր համարներում Գիտություն(և ամսագրի հայտնվելուց ի վեր 2009 թ Բնության քիմիա- գրեթե բոլոր թողարկումներում) հաղորդվում է որոշ էկզոտիկ համադրություն հիմնական ենթախմբերի տարրի հետ:

Այսպիսով, մինչև վերջերս ոչ ոք չէր կարող մտածել, որ հնարավոր կլինի ձեռք բերել և բնութագրել կայուն սիլիլեներ՝ կարբենների սիլիցիում պարունակող համարժեքներ։

Կարբենները խիստ ռեակտիվ տեսակներ են, որոնցում երկվալենտ և կրկնակի կոորդինացված ածխածնի ատոմն ունի կամ զույգ էլեկտրոններ (ավելի կայուն եզակի կարբեն) կամ երկու առանձին չզույգված էլեկտրոններ (ավելի ռեակտիվ եռակի կարբեն): 2012-ին Քեմերոն Ջոնսը Ավստրալիայի Մոնաշ համալսարանից և նրա գործընկերները Օքսֆորդի և Լոնդոնի համալսարանական քոլեջից նկարագրեցին առաջին սինլետ սիլիլենը. երկվալենտ սիլիցիումը դրանում կայունացվում է մեծածավալ բորի լիգանդի միջոցով ( Ամերիկյան քիմիական ընկերության ամսագիր, 2012, 134, 15, 6500–6503, doi՝ 10.1021/ja301042u): Սիլիլենը կարող է մեկուսացվել բյուրեղային վիճակում, և հատկանշական է, որ այն կայուն է մնում մինչև 130°C ջերմաստիճանում։ Բայց լուծույթում կարբենի սիլիցիումի անալոգը երկիմիզացվում է՝ ձևավորելով սիլեն կամ ներառվում է C-H միացումներալկաններ՝ վերարտադրելով իրենց կարբենի անալոգների քիմիական հատկությունները։

Քիմիկոսները շարունակում են ստանալ հիմնական ենթախմբերի տարրեր պարունակող նոր օրգանական միացություններ։ Մասնավորապես, նրանք փորձում են հայտնի կառուցվածքի երկրորդ շրջանի տարրը փոխարինել ավելի հին շրջանի համանման տարրով (Chemoscope-ի այս թողարկումը խոսում է առաջին սինթեզված օրգանականներից մեկի ֆոսֆոր պարունակող անալոգի պատրաստման մասին։ նյութեր): Մեկ այլ ուղղություն փոքր-ինչ նման է հազվագյուտ նամականիշեր հավաքելուն, միայն նամականիշների փոխարեն կան քիմիական կառուցվածքներ։ Օրինակ՝ 2016 թվականին Օքսֆորդից Ալեքսանդր Հինցը փորձել է ձեռք բերել չորս տարբեր պնիկտոգենների ատոմներ (հիմնական ենթախմբի 5-րդ խմբի տարրեր՝ ազոտից մինչև բիսմուտ) պարունակող ցիկլ։ Նա չկարողացավ ամբողջությամբ լուծել խնդիրը՝ գծային կառուցվածք ունեցող մոլեկուլը չի ​​փակվել ցիկլի մեջ։ Այնուամենայնիվ, եզակի Sb-N-As = P շղթայով մոլեկուլը, ներառյալ հինգից չորսը, նույնպես տպավորիչ է. էջ- ազոտի ենթախմբի տարրեր ( Քիմիա. Եվրոպական ամսագիր, 2016, 22, 35, 12266–12269, doi՝ 10.1002/chem.201601916):

Իհարկե, անհնար է խոսել հիմնական ենթախմբերի տարրերի էկզոտիկ ածանցյալների սինթեզի մասին միայն որպես «քիմիական հավաքում», քանի որ հայտնի անալոգների արտադրությունը. օրգանական միացություններ, որը պարունակում է ավելի հին ժամանակաշրջանների տարրեր, անշուշտ կարևոր է քիմիական կապերի կառուցվածքի տեսությունները պարզաբանելու համար։ Իհարկե, սա քիմիկոսների հետաքրքրության միակ պատճառը չէ։ Հիմնական ենթախմբերի տարրերի քիմիայում վերածննդի պատճառն է հենց այն ոլորտները գտնելու ցանկությունը, որտեղ այդ նյութերը կարող են օգտագործվել գործնականում:

Դեռևս 1980-ականներին, առաջին նյութերի սինթեզից հետո, որոնցում նկատվեց ցածր կոորդինացիա էջ- տարրեր, քիմիկոսները հույս ունեին, որ նման կոորդինատիվ չհագեցած միացությունները կկարողանան կատալիզացնել բազմաթիվ ռեակցիաներ այնպես, ինչպես անցումային մետաղների համալիրները: Շատ գայթակղիչ կլիներ թանկարժեք պլատինի և պալադիումի միացությունները փոխանակել միայն հիմնական ենթախմբերի տարրեր պարունակող մոլեկուլների հետ: Տեղեկություններ անսովոր միացությունների հատկությունների մասին, որոնք հայտնվել են արդեն այս հազարամյակում էջ-տարրերը հաստատեցին տեսական կանխատեսումները: Պարզվել է, որ դրանցից շատերը ակտիվացնում են ածխաջրածինները, մոլեկուլային ջրածինը և ածխաթթու գազը։

Ինչու են անցումային մետաղները վատ:

Թվում է, թե ինչու՞ մշակել նոր կատալիզատորներ այն գործընթացների համար, որոնք վաղուց կատարելապես արագացել են անցումային մետաղների ածանցյալներով: Բացի այդ, անցումային տարրերի օրգանամետաղական քիմիան կանգ չի առնում. անընդհատ նոր կողմեր ​​են բացվում ռեակտիվություն դ- տարրեր. Սակայն ազնիվ անցումային մետաղներն ունեն իրենց թերությունները. Նախևառաջ գինը. օրգանական և օրգանական տարրերի միացությունների փոխակերպման ամենաարդյունավետ կատալիզատորները ռոդիումի, պլատինի և պալադիումի համալիրներն են: Երկրորդ դժվարությունը պլատինի և պալադիումի բնական պաշարների սպառումն է։ Վերջապես, պլատինի կամ պալադիումի կատալիզատորների մեկ այլ խնդիր բարձր թունավորությունն է: Սա հատկապես ճիշտ է դեղամիջոցներ ձեռք բերելու դեպքում, քանի որ դրանց գինը զգալիորեն բարձրանում է նյութի մաքրման ծախսերի հաշվին նույնիսկ անցումային մետաղների հետքերից: Նոր կատալիզատորների անցումը առնվազն զգալիորեն կնվազեցնի դեղանյութի արժեքը և, հնարավոր է, կպարզեցնի թիրախային ռեակցիայի արտադրանքի մաքրումը:

Կան լրացուցիչ առավելություններ, որոնք կարող են ապահովել հիմնական ենթախմբերի տարրերի վրա հիմնված կատալիզատորների օգտագործումը: Այսպիսով, հնարավոր է, որ որոշ հայտնի ռեակցիաներ տեղի ունենան ավելի մեղմ պայմաններում, ինչը նշանակում է, որ հնարավոր կլինի խնայել էներգիան։ Օրինակ, դեռևս 1981 թվականին, առաջին սիլենի սինթեզի և հատկությունների վերաբերյալ իր աշխատանքում Ջոնսը ցույց տվեց, որ սիլիցիում-սիլիկոն կրկնակի կապով միացությունը կարող է ակտիվացնել ջրածինը նույնիսկ սենյակային ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճաններում, մինչդեռ գոյություն ունեցող արդյունաբերական հիդրոգենացման գործընթացները պահանջում են. բարձր ջերմաստիճանի օգտագործումը.

Նոր հազարամյակում հայտնաբերված կարևոր քիմիական գործընթացներից մեկը մոլեկուլային ջրածնի ակտիվացումն է դիգերմինի օգնությամբ, որը գերմանիում պարունակող ալկինների անալոգն է ( Ամերիկյան քիմիական ընկերության ամսագիր, 2005, 127, 12232–12233, doi՝ 10.1021/ja053247a): Այս գործընթացը, որը կարող է սովորական թվալ, հետաքրքիր է երկու պատճառով. Նախ, չնայած ալկինների և բողբոջների կառուցվածքի նմանությանը, ջրածինը փոխազդում է վերջիններիս հետ ոչ ածխածին-ածխածին եռակի կապով ածխաջրածիններին բնորոշ սցենարով (ջրածինը կցվում է եռակի կապի յուրաքանչյուր ատոմին, իսկ բողբոջը վերածվում է. germene), սակայն անցումային մետաղների ատոմներին բնորոշ մեխանիզմի համաձայն։ Այս մեխանիզմը, որի արդյունքում ջրածնի մոլեկուլը միանում է տարրին և ձևավորվում են երկու նոր E-H կապեր (նկարագրված դեպքում՝ Ge-H), կոչվում է օքսիդատիվ հավելում և առանցքային փուլ է անցումային մետաղների հետ կապված բազմաթիվ կատալիտիկ գործընթացներում։ Երկրորդ, թեև H 2-ը կարող է թվալ ամենապարզ և ամենապարզ մոլեկուլը, քիմիական կապդրա մեջ ամենաուժեղն է այն ամենից, ինչ կարող է առաջանալ երկու նույնական տարրերի միջև, հետևաբար այս կապի խզումը և, համապատասխանաբար, ջրածնի ակտիվացումը կատալիտիկ հիդրոգենացման գործընթացներում հեռու է պարզ առաջադրանքքիմիական տեխնոլոգիայի տեսանկյունից.

Հնարավո՞ր է ակցեպտորին դոնոր դարձնել:

Որպեսզի տարրը ենթարկվի ջրածնի օքսիդատիվ ավելացման (անկախ նրանից, թե որտեղ է այն գտնվում Պարբերական աղյուսակում), այն պետք է ունենա որոշակի բնութագրեր. էլեկտրոնային կառուցվածքը. Գործընթացը E + H 2 = N-E-N կգնամիայն այն դեպքում, եթե տարրը կոորդինատիվորեն չհագեցած է, և նրա դատարկ ուղեծրը կարող է ընդունել էլեկտրոններ մոլեկուլային ջրածնից: Ավելին, այս ազատ ուղեծրի էներգիան պետք է մոտ լինի ջրածնի մոլեկուլային ուղեծրի էներգիային, որը պարունակում է էլեկտրոններ։ Միատարր մետաղների համալիրների կատալիզի ոլորտում առաջընթացը հիմնականում բացատրվում է նրանով, որ քիմիկոսները, փոխելով մետաղի հետ կապված լիգանների կառուցվածքը, կարող են փոփոխել նրա ուղեծրերի էներգիան և այդպիսով «հարմարեցնել» դրանք ռեակցիային մասնակցող խիստ սահմանված նյութերին։ . Երկար ժամանակ համարվում էր, որ ուղեծրերի էներգիայի նման մեղմ ճշգրտումը հնարավոր է միայն դրա համար դ-տարրերը, սակայն, վերջին տասնամյակում պարզվեց, որ համար էջ- տարրերը նույնպես: Հետազոտողները իրենց ամենամեծ հույսերը կապում են ազոտ պարունակող բարդույթների հետ, որոնցում լիգանները, ճանկերի նման, բռնում են կոորդինացիոն կենտրոնը (դրանք կոչվում են chelating ligands, լատիներեն c. հելա,ճանկ), ինչպես նաև լիգանների համեմատաբար նոր դասի հետ. Ն- հետերոցիկլիկ կարբեններ.

Վերջինիս հաջող օրինակ է Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի Գայ Բերտրանի աշխատանքը, որտեղ այս լիգանդները կայունացնում են բորի ատոմը ( Գիտություն, 2011, 33, 6042, 610–613, doi: 10.1126/science.1207573): Սովորաբար, բորի ածանցյալները, որոնք իրենց արտաքին շերտում պարունակում են ընդամենը երեք էլեկտրոն, գործում են որպես դասական էլեկտրոն ընդունող (Լյուիս թթու): Փաստն այն է, որ բորին անհրաժեշտ է ևս հինգ էլեկտրոն, որպեսզի հասնի կայուն ութէլեկտրոնային թաղանթ, այսինքն՝ երեք կովալենտային կապերնա կարող է ձևավորել երեք իր և երեք երրորդ կողմի էլեկտրոններ, բայց նա պետք է ևս երկու էլեկտրոն ստանա՝ ընդունելով ուրիշի էլեկտրոնային զույգը իր դատարկ էլեկտրոնային բջիջներում: Այնուամենայնիվ Ն-Հետերոցիկլիկ կարբենները այնքան ուժեղ էլեկտրոն դոնորներ են, որ նրանց հետ կապված բորը դադարում է ընդունող լինել. այն դառնում է այնքան «էլեկտրոններով հարուստ», որ Լյուիս թթվից փոխվում է Լյուիսի հիմքի: Մինչև վերջերս քիմիկոսները չէին էլ կարող կանխատեսել հայտնիի հատկությունների նման զգալի փոփոխություն էջ-տարր. Եվ չնայած Բերտրանի աշխատանքը դեռ հետաքրքիր է միայն տեսական տեսանկյունից, մեր ժամանակներում տեսությունից պրակտիկային անցումը տեղի է ունենում բավականին արագ:

Որքա՞ն հեռու է կատալիզը:

Այսպիսով, հիմնական ենթախմբերի տարրերի վերջերս սինթեզված ածանցյալները կարող են մտնել հիմնական ռեակցիաների մեջ, որոնք կատալիզացնում են անցումային մետաղների համալիրները: Ցավոք սրտի, նույնիսկ վերոհիշյալ մոլեկուլային ջրածնի օքսիդատիվ ավելացումը սիլիցիումի կամ բորի ատոմին միայն առաջին քայլն է ռեակցիաների հաջորդականության մեջ, որը պետք է մշակվի ամբողջական կատալիտիկ ցիկլի համար: Օրինակ, եթե խոսքը հիդրոգենացման մասին է հիմնական ենթախմբերի միացությունների առկայության դեպքում, որոնց մեխանիզմը վերարտադրում է ջրածնի ավելացման մեխանիզմը Վիլկինսոնի կատալիզատորի առկայության դեպքում, ապա ջրածնի հետ փոխազդեցությունից հետո. էջ- տարրը պետք է բարդություն կազմի ալկենի հետ, այնուհետև պետք է տեղի ունենա հիդրիդային փոխանցում և կոմպլեքսավորում... և մնացած բոլոր քայլերը, որոնք ի վերջո կհանգեցնեն վերջնական արտադրանքի ձևավորմանը և կատալիտիկորեն ակտիվ տեսակների վերածնմանը: Միայն այդ դեպքում կատալիզատորի մեկ մասնիկը կստեղծի թիրախային արտադրանքի տասնյակ, հարյուրավոր կամ նույնիսկ հազարավոր մոլեկուլներ: Բայց որպեսզի նման կատալիտիկ ցիկլը աշխատի, պետք է լուծվեն ևս շատ խնդիրներ՝ օքսիդատիվ ավելացման արդյունքում ձևավորված տարր-ջրածին կապը չպետք է չափազանց ուժեղ լինի (հակառակ դեպքում հիդրիդային փոխանցումը տեղի չի ունենա), այն տարրը, որը ավելացրել է. ջրածինը պետք է պահպանի ցածր կոորդինացված վիճակ ալկենի հետ փոխազդեցության համար և այլն։ Եթե ​​մի պահ բաց թողնեք, կատալիզատորը կվերանա էջ-տարրը չի աշխատի, չնայած իր վարքի նմանությանը դ- որոշ գործընթացների տարրեր:

Կարող է թվալ, որ հիմնական ենթախմբերի տարրերի միացությունների միջոցով մետաղների համալիր կատալիզի անցումը կատալիզացման չափազանց բարդ խնդիր է, և այն շատ հեռու է ավարտից: Այնուամենայնիվ, հետաքրքրություն քիմիայի նկատմամբ էջ- տարրերը և սինթետիկ քիմիկոսների ցանկությունը՝ փոխարինել պլատինային կամ պալադիումի կատալիզատորները այլ բանով, անշուշտ բեկում կստեղծեն այս ուղղությամբ: Հնարավորություն կա, որ հաջորդ տասնամյակում մենք կլսենք հիմնական ենթախմբերի կոորդինատիվ չհագեցած տարրերի վրա հիմնված կատալիզատորների մասին:

ԱՄՆ-ի Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի ֆիզիկոսները 2016 թվականի հունվարին զեկուցել են իներցիալ կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման առաջընթացի մասին: Օգտագործելով նոր տեխնոլոգիաներ՝ գիտնականներին հաջողվել է քառապատկել նման կայանքների արդյունավետությունը։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nature Physics ամսագրում և համառոտ զեկուցվել են Լիվերմորի ազգային լաբորատորիայի և Սան Դիեգոյի Կալիֆորնիայի համալսարանի կողմից: Lenta.ru-ն պատմում է նոր ձեռքբերումների մասին։

Մարդիկ վաղուց են փորձում այլընտրանք գտնել ածխաջրածնային էներգիայի աղբյուրներին (ածուխ, նավթ և գազ): Այրվող վառելիքը աղտոտում է միջավայրը. Նրա պաշարները արագորեն նվազում են։ Իրավիճակից ելքը՝ կախվածությունը ջրային ռեսուրսներից, ինչպես նաև կլիմայից ու եղանակից, ջերմամիջուկային էլեկտրակայանների ստեղծումն է։ Դրա համար անհրաժեշտ է հասնել ջերմամիջուկային միաձուլման ռեակցիաների կառավարելիության, որոնք ազատում են մարդկանց համար անհրաժեշտ էներգիան։

Ջերմամիջուկային ռեակտորներում ծանր տարրերը սինթեզվում են թեթևներից (հելիումի առաջացումը դեյտերիումի և տրիտիումի միաձուլման արդյունքում)։ Սովորական (միջուկային) ռեակտորները, ընդհակառակը, աշխատում են ծանր միջուկների քայքայման վրա ավելի թեթև միջուկների: Բայց միաձուլման համար անհրաժեշտ է ջեռուցել ջրածնի պլազման ջերմամիջուկային ջերմաստիճանի (մոտավորապես նույնն է, ինչ Արեգակի միջուկում՝ հարյուր միլիոն աստիճան Ցելսիուս կամ ավելի) և պահել այն հավասարակշռության վիճակում, մինչև տեղի ունենա ինքնապահպանվող ռեակցիա։

Աշխատանքներ են տարվում երկու հեռանկարային ոլորտներում. Առաջինը կապված է ջեռուցվող պլազմայի օգտագործման հնարավորության հետ մագնիսական դաշտը. Այս տիպի ռեակտորները ներառում են տոկամակ (մագնիսական պարույրներով տորոիդային խցիկ) և աստղագուշակ։ Տոկամակում էլեկտրական հոսանքը պլազմայի միջով անցնում է պտույտային լարերի տեսքով, աստղայինում մագնիսական դաշտը առաջանում է արտաքին կծիկներով։

Ֆրանսիայում կառուցվող ITER-ը (Միջազգային ջերմամիջուկային փորձարարական ռեակտորը) տոկամակ է, իսկ Wendelstein 7-X-ը, որը գործարկվել է 2015 թվականի դեկտեմբերին Գերմանիայում, աստղային է։

Կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման երկրորդ խոստումնալից ուղղությունը կապված է լազերների հետ։ Ֆիզիկոսներն առաջարկում են օգտագործել լազերային ճառագայթում նյութը արագ տաքացնելու և սեղմելու համար անհրաժեշտ ջերմաստիճաններին և խտություններին, որպեսզի, գտնվելով իներցիոն սահմանափակված պլազմայի վիճակում, ապահովի ջերմամիջուկային ռեակցիայի առաջացումը։

Իներցիալ կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլումը ներառում է նախապես սեղմված թիրախի բռնկման երկու հիմնական մեթոդի կիրառում. հարված՝ կենտրոնացված հարվածային ալիքի միջոցով և արագ՝ թիրախի ներսում գնդաձև ջրածնի շերտի պայթյուն (պայթյուն դեպի ներս): Նրանցից յուրաքանչյուրը (տեսականորեն) պետք է ապահովի լազերային էներգիայի օպտիմալ փոխակերպումը իմպուլսային էներգիայի և դրա հետագա փոխանցումը սեղմված գնդաձև ջերմամիջուկային թիրախ:

Միացյալ Նահանգների National Laser Fusion Facility-ում տեղադրումը օգտագործում է երկրորդ մոտեցումը, որը ներառում է սեղմման և տաքացման փուլերի տարանջատում: Սա, ըստ գիտնականների, հնարավորություն է տալիս նվազեցնել վառելիքի խտությունը (կամ դրա զանգվածը) և ապահովել ավելի բարձր շահույթի գործակիցներ։ Ջեռուցումն առաջանում է պետավատ լազերի կարճ իմպուլսի միջոցով. ինտենսիվ էլեկտրոնային ճառագայթն իր էներգիան փոխանցում է թիրախին: Վերջին ուսումնասիրության մեջ հաղորդված փորձերն անցկացվել են Նյու Յորքում, Ռոչեսթերի համալսարանի լազերային էներգիայի լաբորատորիայի OMEGA-60 հաստատությունում, որը ներառում է 54 լազեր՝ 18 կիլոգրամ ընդհանուր էներգիայով:

Գիտնականների կողմից ուսումնասիրված համակարգը կառուցված է հետևյալ կերպ. Թիրախը պլաստմասե պարկուճ է՝ ներքին պատին քսված դեյտերիում-տրիտումի բարակ շերտով: Երբ պարկուճը ճառագայթվում է լազերներով, այն ընդլայնվում է և ստիպում է դրա ներսում գտնվող ջրածինը կծկվել (առաջին փուլում), որը տաքացվում է (երկրորդ փուլում) մինչև պլազմա։ Դեյտերիումից և տրիտից պլազման տալիս է ռենտգեն ճառագայթումև սեղմում է պարկուճի վրա: Այս սխեման թույլ է տալիս համակարգին չգոլորշիանալ լազերային ճառագայթումից հետո և ապահովում է պլազմայի ավելի միասնական տաքացում:

Իրենց փորձերի ժամանակ գիտնականները պղինձ են մտցրել պլաստիկ պատյանի մեջ: Երբ լազերային ճառագայթն ուղղված է պարկուճին, այն արագ էլեկտրոններ է արձակում, որոնք հարվածում են պղնձի ցուցիչներին և առաջացնում նրանց արտանետում: ռենտգենյան ճառագայթներ. Առաջին անգամ գիտնականները կարողացան ներկայացնել K-shell էլեկտրոնների պատկերացման տեխնիկա, որը թույլ է տալիս հետևել էլեկտրոնների կողմից էներգիայի փոխանցմանը պարկուճի ներսում և արդյունքում ավելի ճշգրիտ հաշվարկել համակարգի պարամետրերը: Այս աշխատանքի կարևորությունը հետևյալն է.

Սեղմման բարձր աստիճանի հասնելուն խանգարում են արագ էլեկտրոնները, որոնց էներգիան վերածվում է թիրախի կողմից կլանված ճառագայթման մեծ մասի։ Նման մասնիկների ազատ ուղին հերթականությամբ համընկնում է թիրախի տրամագծին, ինչի արդյունքում այն ​​ժամանակից շուտ գերտաքանում է և չի հասցնում սեղմվել անհրաժեշտ խտություններին։ Ուսումնասիրությունը հնարավորություն է տվել դիտել թիրախի ներսը և հետևել այնտեղ տեղի ունեցող գործընթացներին՝ նոր տեղեկություններ տալով թիրախի օպտիմալ ճառագայթման համար անհրաժեշտ լազերային պարամետրերի մասին։

Բացի ԱՄՆ-ից, իներցիոն ջերմամիջուկային միաձուլման հետ կապված աշխատանքներ են տարվում Ճապոնիայում, Ֆրանսիայում և Ռուսաստանում։ Նիժնի Նովգորոդի մարզի Սարով քաղաքում, Փորձարարական ֆիզիկայի համառուսաստանյան գիտահետազոտական ​​ինստիտուտի հիման վրա, 2020 թվականին նախատեսվում է շահագործման հանձնել UFL-2M երկակի նշանակության լազերային տեղադրումը, որը, ի թիվս այլ խնդիրների. պետք է օգտագործվի ջերմամիջուկային վառելիքի բռնկման և այրման պայմաններն ուսումնասիրելու համար։

Ջերմամիջուկային ռեակցիայի արդյունավետությունը սահմանվում է որպես միաձուլման ռեակցիայի ժամանակ թողարկվող էներգիայի հարաբերակցությունը դեպի ընդհանուր էներգիածախսվել է համակարգի ջեռուցման պահանջվող ջերմաստիճանների վրա: Եթե ​​այս արժեքը մեկից մեծ է (հարյուր տոկոս), ապա լազերային միաձուլման ռեակտորը կարելի է համարել հաջողված: Փորձերի ընթացքում ֆիզիկոսներին հաջողվել է լազերային ճառագայթման էներգիայի մինչև յոթ տոկոսը փոխանցել վառելիք: Սա չորս անգամ գերազանցում է նախկինում ձեռք բերված արագ բռնկման համակարգերի արդյունավետությունը: Համակարգչային մոդելավորումթույլ է տալիս կանխատեսել արդյունավետության բարձրացում մինչև 15 տոկոս:

Հրապարակված արդյունքները մեծացնում են հավանականությունը, որ ԱՄՆ Կոնգրեսը կերկարաձգի ֆինանսավորումը մեգաջուլի օբյեկտների համար, ինչպիսին է Լիվերմորի Ազգային լազերային միաձուլման հաստատությունը, որի կառուցումն ու պահպանումն արժեցել է ավելի քան 4 միլիարդ դոլար: Չնայած միաձուլման հետազոտություններին ուղեկցող թերահավատությանը, այն դանդաղ, բայց հաստատ առաջ է շարժվում: Այս ոլորտում գիտնականները բախվում են ոչ թե հիմնարար, այլ տեխնոլոգիական մարտահրավերների, որոնք պահանջում են միջազգային համագործակցություն և համապատասխան ֆինանսավորում։

Արտադրության ժամանակակից նյութատեխնիկական բազան մոտավորապես 90%-ով բաղկացած է միայն երկու տեսակի նյութերից՝ մետաղներից և կերամիկայից: Աշխարհում տարեկան արտադրվում է մոտ 600 մլն տոննա մետաղ՝ ավելի քան 150 կգ։ մոլորակի յուրաքանչյուր բնակչի համար: Մոտավորապես նույն քանակությամբ կերամիկա է արտադրվում աղյուսների հետ միասին։ Մետաղի արտադրությունն արժե հարյուրավոր և հազարավոր անգամներ, կերամիկայի արտադրությունը տեխնիկապես և տնտեսապես շատ ավելի ձեռնտու է, և, որ ամենակարևորն է, կերամիկան շատ դեպքերում մետաղի համեմատ ավելի հարմար կառուցվածքային նյութ է ստացվում։

Օգտագործելով նոր քիմիական տարրեր՝ ցիրկոնիում, տիտան, բոր, գերմանիում, քրոմ, մոլիբդեն, վոլֆրամ և այլն: Վերջերս սինթեզվել են հրակայուն, ջերմակայուն, քիմիակայուն, բարձր կարծրության կերամիկա, ինչպես նաև նշված էլեկտրաֆիզիկական հատկությունների հավաքածուով կերամիկա։

Գերկարծր նյութը՝ hexanite-R-ը, որպես բորի նիտրիդի բյուրեղային տեսակներից մեկը, հալման կետով ավելի քան 3200 0 C և կարծրությամբ մոտ ադամանդի կարծրությանը, ունի ռեկորդային բարձր մածուցիկություն, այսինքն՝ այն այնքան փխրուն չէ, որքան բոլորը։ այլ կերամիկական նյութեր: Այսպիսով, լուծվել է դարի ամենաբարդ գիտատեխնիկական խնդիրներից մեկը. մինչ այժմ բոլոր կառուցվածքային կերամիկաներն ուներ ընդհանուր թերություն՝ փխրունություն, սակայն այժմ քայլ է արվել այն հաղթահարելու համար։

Նոր կոմպոզիցիայի տեխնիկական կերամիկայի մեծ առավելությունն այն է, որ մեքենայական մասերը պատրաստվում են դրանից՝ սեղմելով փոշիները՝ տվյալ ձևի և չափսերի պատրաստի արտադրանք ստանալու համար։

Այսօր մենք կարող ենք անվանել կերամիկայի ևս մեկ յուրահատուկ հատկություն՝ գերհաղորդականություն ազոտի եռման կետից բարձր ջերմաստիճաններում։ Այս հատկությունը աննախադեպ տարածք է բացում գիտական ​​և տեխնոլոգիական առաջընթացի, գերհզոր շարժիչների և էլեկտրական գեներատորների ստեղծման, մագնիսական լևիտացիայի փոխադրումների ստեղծման համար։ , գերհզոր էլեկտրամագնիսական արագացուցիչների մշակում՝ օգտակար բեռներ տիեզերք ուղարկելու համար և այլն։

Սիլիցիումի օրգանական միացությունների քիմիան հնարավորություն է տվել ստեղծել հրակայուն, ջրազերծող, էլեկտրական մեկուսիչ և այլ արժեքավոր հատկություններով պոլիմերների լայնածավալ արտադրություն: Այս պոլիմերներն անփոխարինելի են էներգետիկ և ավիացիոն մի շարք ոլորտներում:

Ֆտորածխածիններն են տետրաֆտորմեթան, հեքսաֆտորեթան և դրանց ածանցյալները, որտեղ ածխածնի ատոմը կրում է թույլ դրական լիցք, իսկ ֆտորին բնորոշ էլեկտրաբացասականությամբ ֆտորի ատոմը թույլ բացասական լիցք ունի: Արդյունքում, ֆտորածխածիններն ունեն բացառիկ կայունություն նույնիսկ թթուների և ալկալիների շատ ագրեսիվ միջավայրերում, հատուկ մակերևութային ակտիվություն և թթվածին և պերօքսիդներ կլանելու ունակություն: Ուստի դրանք օգտագործվում են որպես մարդու ներքին օրգանների պրոթեզավորման նյութ։

Հարց 57. Քիմիական գործընթացներ և կենսական գործընթացներ. Կատալիզատորներ և ֆերմենտներ.

Ինտենսիվ վերջին հետազոտությունների նպատակն է պարզել ինչպես բույսերի և կենդանիների հյուսվածքների նյութական բաղադրությունը, այնպես էլ մարմնում տեղի ունեցող քիմիական գործընթացները: Ֆերմենտների առաջատար դերի գաղափարը, որն առաջին անգամ առաջարկել է ֆրանսիացի մեծ բնագետ Լուի Պաստերը (1822-1895), հիմնարար է մնում մինչ օրս: Միևնույն ժամանակ ստատիկ կենսաքիմիան ուսումնասիրում է կենդանի և ոչ կենդանի օրգանիզմների հյուսվածքի մոլեկուլային կազմը և կառուցվածքը։

Դինամիկ կենսաքիմիան ծնվել է 18-19-րդ դարերի վերջին, երբ նրանք սկսեցին տարբերակել շնչառության և խմորման, ձուլման և դիսիմիլացիայի գործընթացները՝ որպես նյութերի որոշակի փոխակերպումներ։

Խմորման հետազոտությունը կազմում է հիմնական թեման ֆերմենտոլոգիա -կյանքի գործընթացների մասին գիտելիքների հիմնական ճյուղը: Հետազոտությունների շատ երկար պատմության ընթացքում կենսակատալիզի գործընթացը դիտարկվել է երկու տարբեր տեսանկյունից: Դրանցից մեկին, որը պայմանականորեն կոչվում է քիմիական, հավատարիմ են եղել Ջ.

Քիմիական հայեցակարգում ամբողջ կատալիզը վերածվել է սովորական քիմիական կատալիզի: Չնայած պարզեցված մոտեցմանը, հայեցակարգում սահմանվեցին կարևոր դրույթներ. անալոգիա կենսակատալիզի և կատալիզի, ֆերմենտների և կատալիզատորների միջև. ֆերմենտներում երկու անհավասար բաղադրիչների առկայություն՝ ակտիվ կենտրոններ և կրիչներ. եզրակացություն անցումային մետաղների իոնների և բազմաթիվ ֆերմենտների ակտիվ կենտրոնների կարևոր դերի մասին. եզրակացություն քիմիական կինետիկայի օրենքների ընդլայնման մասին մինչև կենսակատալիզի. բիոկատալիզի որոշ դեպքերում անօրգանական նյութերով կատալիզացիայի կրճատում:

Իր զարգացման սկզբում կենսաբանական հայեցակարգը չուներ նման ընդարձակ փորձարարական ապացույցներ: Նրա հիմնական աջակցությունը Լ. Պաստերի աշխատություններն էին և, մասնավորապես, կաթնաթթվային բակտերիաների գործունեության վերաբերյալ նրա անմիջական դիտարկումները, որոնք հնարավորություն տվեցին բացահայտել խմորումը և միկրոօրգանիզմների՝ ֆերմենտացման միջոցով կյանքի համար անհրաժեշտ էներգիան ստանալու ունակությունը: Իր դիտարկումներից Պաստերը եզրակացրեց, որ ֆերմենտներն ունեին նյութական կազմակերպվածության հատուկ մակարդակ։ Այնուամենայնիվ, նրա բոլոր փաստարկները, եթե չհերքվեն, առնվազն հետին պլան մղվեցին արտաբջջային խմորման հայտնաբերումից հետո, և Պաստերի դիրքորոշումը հայտարարվեց կենսականորեն:

Այնուամենայնիվ, ժամանակի ընթացքում Պաստերի հայեցակարգը հաղթեց: Այս հայեցակարգի խոստումը վկայում են ժամանակակից էվոլյուցիոն կատալիզը և մոլեկուլային կենսաբանությունը: Մի կողմից, հաստատվել է, որ բիոպոլիմերային մոլեկուլների բաղադրությունը և կառուցվածքը ներկայացնում է մեկ ամբողջություն բոլոր կենդանի էակների համար, որը բավականին մատչելի է ֆիզիկական և քիմիական հատկությունների ուսումնասիրության համար. նույն ֆիզիկական և քիմիական օրենքները կառավարում են ինչպես աբիոգեն գործընթացները, այնպես էլ կյանքի գործընթացները:Մյուս կողմից, ապացուցված է կենդանի էակների բացառիկ առանձնահատկությունը, որը դրսևորվում է ոչ միայն բջիջների կազմակերպման ամենաբարձր մակարդակներում, այլև մոլեկուլային մակարդակում կենդանի համակարգերի բեկորների պահվածքով, որն արտացոլում է այլ մակարդակների օրինաչափությունները: Կենդանի էակների մոլեկուլային մակարդակի առանձնահատկությունը կայանում է կատալիզատորների և ֆերմենտների գործողության սկզբունքների զգալի տարբերության մեջ, պոլիմերների և կենսապոլիմերների ձևավորման մեխանիզմների տարբերության մեջ, որոնց կառուցվածքը որոշվում է միայն գենետիկական ծածկագրով և Վերջապես, իր անսովոր փաստով. կենդանի բջջի օքսիդացման-վերականգնման շատ քիմիական ռեակցիաներ կարող են տեղի ունենալ առանց արձագանքող մոլեկուլների միջև անմիջական շփման: Սա նշանակում է, որ քիմիական փոխակերպումներ կարող են տեղի ունենալ կենդանի համակարգերում, որոնք չեն հայտնաբերվել անշունչ աշխարհում:

Մաքուր և կիրառական քիմիայի միջազգային միությունը (IUPAC) հայտարարել է, թե որ անուններն է ամենահարմար համարում պարբերական աղյուսակի չորս նոր տարրերը։ Դրանցից մեկը խորհուրդ է տրվում անվանել ռուս ֆիզիկոս, ակադեմիկոս Յուրի Օգանեսյանի պատվին։ Քիչ առաջ KSh-ի թղթակիցը հանդիպել է Յուրի Ցոլակովիչի հետ և երկար հարցազրույց արել նրա հետ։ Սակայն IUPAC-ը գիտնականներին խնդրում է մեկնաբանություններ չանել մինչև նոյեմբերի 8-ը, երբ պաշտոնապես կհայտարարվեն նոր անունները: Անկախ նրանից, թե ում անունը կհայտնվի պարբերական աղյուսակում, կարող ենք փաստել. Ռուսաստանը դարձել է տրանսուրանի մրցավազքի առաջատարներից մեկը, որը շարունակվում է ավելի քան կես դար։

Յուրի Օգանեսյան.Միջուկային ֆիզիկայի բնագավառի մասնագետ, ՌԴ ԳԱ ակադեմիկոս, JINR-ի միջուկային ռեակցիաների լաբորատորիայի գիտական ​​ղեկավար, Դուբնայի համալսարանի միջուկային ֆիզիկայի ամբիոնի վարիչ։ Որպես Գեորգի Ֆլերովի աշակերտ՝ մասնակցել է ռուտերֆորդիումի, դուբնիումի, ծովաբորգիումի, բորիումի և այլնի սինթեզին, համաշխարհային մակարդակի հայտնագործություններից է, այսպես կոչված,. սառը միաձուլումմիջուկներ, որոնք չափազանց օգտակար գործիք են դարձել նոր տարրեր ստեղծելու համար։

Պարբերական աղյուսակի ստորին տողերում դուք հեշտությամբ կարող եք գտնել ուրան, նրա ատոմային թիվը 92 է: Բոլոր հետագա տարրերն այժմ գոյություն չունեն բնության մեջ և հայտնաբերվել են շատ բարդ փորձերի արդյունքում:
Ամերիկացի ֆիզիկոսներ Գլեն Սիբորգը և Էդվին ՄակՄիլանը առաջինն էին, ովքեր ստեղծեցին նոր տարր: Ահա թե ինչպես է 1940 թվականին ծնվել պլուտոնիումը։ Հետագայում, այլ գիտնականների հետ միասին, Սիբորգը սինթեզեց ամերիցիում, կուրիում, բերկելիում... Պարբերական համակարգի տեխնածին ընդլայնման փաստն ինչ-որ առումով համեմատելի է դեպի տիեզերք թռիչքի հետ։

Աշխարհի առաջատար երկրները մտել են գերծանր միջուկներ ստեղծելու մրցավազքի մեջ (ցանկության դեպքում կարելի էր անալոգիա անել լուսնային մրցավազքի հետ, բայց այստեղ մեր երկիրը հաղթելու հավանականությունն ավելի մեծ է): ԽՍՀՄ-ում առաջին տրանսուրանի տարրը սինթեզվել է 1964 թվականին Մոսկվայի մարզի Դուբնա քաղաքի Միջուկային հետազոտությունների միացյալ ինստիտուտի (JINR) գիտնականների կողմից։ Դա 104-րդ տարրն էր, որը կոչվում էր ռուտերֆորդիում: Նախագիծը ղեկավարում էր JINR-ի հիմնադիրներից մեկը՝ Գեորգի Ֆլերովը։ Աղյուսակում ներառված է նաև նրա անունը՝ ֆլերովիում, 114. Իսկ 105-րդ տարրը կոչվում էր դուբնիում։

Յուրի Օգանեսյանը եղել է Ֆլերովի աշակերտը և մասնակցել ռուտերֆորդիումի, այնուհետև դուբնիումի, ծովաբորգիումի, բորիումի սինթեզին... Մեր ֆիզիկոսների հաջողությունները Ռուսաստանին դարձրին տրանսուրանի մրցավազքի առաջատար՝ ԱՄՆ-ի, Գերմանիայի, Ճապոնիայի հետ միասին առաջինը հավասարների մեջ):

Քննարկվող նոր տարրերը՝ 113, 115, 117, 118, սինթեզվել են 2002–2009 թվականներին JINR-ում U-400 ցիկլոտրոնում։ Այս տեսակի արագացուցիչներում ծանր լիցքավորված մասնիկների՝ պրոտոնների և իոնների ճառագայթները արագանում են բարձր հաճախականությամբ էլեկտրական դաշտ, որպեսզի այնուհետև դրանք բախվեն միմյանց կամ թիրախի հետ և ուսումնասիրեն դրանց քայքայման արգասիքները։

Բոլոր փորձերն իրականացվել են միջազգային համագործակցության միջոցով գրեթե միաժամանակ տարբեր երկրներ. Օրինակ, ճապոնական RIKEN ինստիտուտի գիտնականները սինթեզել են 113-րդ տարրը մյուսներից անկախ։ Արդյունքում բացման առաջնահերթությունը տրվել է նրանց։

Նոր քիմիական տարրին սկզբում տրվում է ժամանակավոր անուն, որը բխում է լատիներեն թվից։ Օրինակ, ununoctium-ը «հարյուր տասնութերորդն է»: Այնուհետև գիտական ​​թիմը՝ հայտնագործության հեղինակը, իր առաջարկներն է ուղարկում IUPAC-ին։ Հանձնաժողովը քննարկում է կողմ և դեմ փաստարկները։ Մասնավորապես, նա խորհուրդ է տալիս պահպանել հետևյալ կանոնները. «Նոր հայտնաբերված տարրերը կարող են կոչվել. բ) հանքանյութի կամ համանման նյութի անվանմամբ. գ) տեղանքի կամ աշխարհագրական տարածքի անվանմամբ. դ) տարրի հատկություններին համապատասխան կամ ե) գիտնականի անունով...»:

Շատ լեզուներում անունները պետք է հեշտ արտասանվեն: հայտնի լեզուներև պարունակում է տեղեկատվություն, որը թույլ է տալիս տարրը միանշանակ դասակարգել: Օրինակ, բոլոր տրանսուրաններն ունեն երկտառ խորհրդանիշներ և վերջանում են «-iy»-ով, եթե դրանք մետաղներ են՝ ռուտերֆորդիում, դուբնիում, ծովաբորգիում, բոհրիում...

Երկու նոր տարրերը (115 և 118) կստանան «ռուսական» անուններ, պարզ կդառնա նոյեմբերին։ Բայց առջևում դեռ շատ փորձեր կան, քանի որ ըստ կայունության կղզիների վարկածի, կան ավելի ծանր տարրեր, որոնք կարող են գոյություն ունենալ համեմատաբար երկար ժամանակ։ Նրանք նույնիսկ փորձում են բնության մեջ գտնել նման տարրեր, բայց ավելի ճիշտ կլինի, եթե Օգանեսյանը դրանք սինթեզի արագացուցիչի մոտ։

Դոսյե նոր տարրերի վերաբերյալ

Սերիական համարը՝ 113

Ինչպես և ում կողմից է հայտնաբերվել.Ամերիցիում-243-ի թիրախը ռմբակոծվել է կալցիում-48 իոններով և ստացվել են անպենտիումի իզոտոպներ, որոնք քայքայվել են 113 տարրի իզոտոպների: Սինթեզվել է 2003 թ.

Բացման առաջնահերթություն.Ֆիզիկական և քիմիական հետազոտությունների ինստիտուտ (RIKEN), Ճապոնիա։

Ներկայիս անունը.անզուսպ.

Նախատեսված հատկություններ.ծանր դյուրահալ մետաղ.

Առաջարկվող անուն.նիհոնիում (Nh): Այս տարրն առաջինն էր, որ հայտնաբերվեց Ասիայում ընդհանրապես և Ճապոնիայում՝ մասնավորապես։ «Nihonii»-ն երկրի ինքնանվանման երկու տարբերակներից մեկն է: «Նիհոն» թարգմանաբար նշանակում է «ծագող արևի երկիր»:

Սերիական համարը՝ 115

Ինչպես և ում կողմից է հայտնաբերվել. americium-243 թիրախը ռմբակոծվել է կալցիում-48 իոններով: Սինթեզվել է 2003 թվականին: Հայտնաբերման առաջնահերթությունը. JINR (Ռուսաստան), Livermore National Laboratory (ԱՄՆ) և Oak Ridge National Laboratory (ԱՄՆ) կազմված համագործակցություն:

Ներկայիս անունը. ununpentium.

Նախատեսված հատկություններ.մետաղ, որը նման է բիսմութին:

Առաջարկվող անուն.մոսկովիում (Moscovium, Mc). IUPAC-ը հաստատել է «Մոսկվա» անվանումը՝ ի պատիվ Մոսկվայի շրջանի, որտեղ գտնվում են Դուբնան և JINR-ը: Այսպիսով, ռուսական այս քաղաքը կարող է երկրորդ անգամ թողնել իր հետքը պարբերական աղյուսակում. դուբնիումը վաղուց պաշտոնապես կոչվել է 105-րդ տարր:

Սերիական համարը՝ 117

Ինչպես և ում կողմից է հայտնաբերվել.Բերկելիում-249 թիրախը ռմբակոծվել է կալցիում-48 իոններով: Սինթեզվել է 2009 թ. Հայտնաբերման առաջնահերթություն՝ JINR, Livermore, Oak Ridge:

Ներկայիս անունը. ununseptium.

Նախատեսված հատկություններ.պաշտոնապես վերաբերում է հալոգեններին, ինչպիսիք են յոդը: Փաստացի գույքը դեռ պարզված չէ։ Ամենայն հավանականությամբ, այն համատեղում է մետաղի և ոչ մետաղի բնութագրերը:

Առաջարկվող անուն.Թենեսին (Ts). Ի ճանաչում ԱՄՆ-ի Թենեսի նահանգի, այդ թվում՝ Օք Ռիջի ազգային լաբորատորիայի, Վանդերբիլտի համալսարանի և Թենեսիի համալսարանի ներդրումների տրանսուրանի սինթեզում:

Սերիական համարը՝ 118

Ինչպես և ում կողմից է հայտնաբերվել.Կալիֆորնիում-249 թիրախը ռմբակոծվել է կալցիում-48-ով: Սինթեզվել է 2002 թ. Բացահայտման առաջնահերթություն՝ JINR, Livermore:

Ներկայիս անունը. ununoctium.

Նախատեսված հատկություններ.Ըստ քիմիական բնութագրերըվերաբերում է իներտ գազերին.

Առաջարկվող անուն. oganesson (Oganesson, Og). Ի պատիվ գիտական ​​ղեկավար JINR-ի միջուկային ռեակցիաների լաբորատորիա Յուրի Օգանեսյանը, ով մեծ ներդրում է ունեցել գերծանր տարրերի ուսումնասիրության գործում։ Հնարավոր անունների հանրային քննարկումը կտևի մինչև նոյեմբերի 8-ը, որից հետո հանձնաժողովը վերջնական որոշում կկայացնի։

«Շրոդինգերի կատուն» թեմայով