Elementi chimici.

Risultati e prospettive

La definizione che D.I. Mendeleev ha dato alla scienza chimica rimane ancora corretta e accurata: "La chimica è lo studio degli elementi e dei composti chimici". Gli elementi chimici sono il fondamento di tutta la chimica, poiché tutti quelli oggi conosciuti ne sono composti. composti chimici(attualmente sono più di 14 milioni), oltre a tutti quelli che un giorno arriveranno.

Molti giustamente percepiscono la parte principale della tavola periodica come un elenco di "mattoni" elementari da cui sono costruiti gli oggetti nel mondo circostante. Tuttavia, gli elementi chimici non dovrebbero essere considerati solo come “materiali da costruzione” per costruire molecole, poiché nella loro forma pura hanno pregi nientemeno che milioni di composti da essi ottenuti, e sono estremamente utilizzati in mondo moderno(vedi di più a riguardo: Elementi chimici nella vita di tutti i giorni. “Chimica”, 1998, n. 42).

Rispettando una terminologia rigorosa, notiamo che un elemento chimico è un simbolo latino nella tavola periodica o un atomo specifico, ma le ricerche successive possono essere ottenute ed effettuate non con un elemento chimico, ma solo con una cosiddetta sostanza semplice costituita da atomi dello stesso tipo. Nella letteratura in lingua inglese è più semplice: entrambi sono chiamati in una parola - elemento. Pertanto, utilizzeremo ulteriormente l'analogo russo di questa parola in senso lato.

Riassumendo i risultati del secolo, consideriamo innanzitutto come la tavola periodica si è riempita di nuovi elementi nel secolo attuale. Alla fine del secolo precedente, la tabella di D.I. Mendeleev conteneva circa 80 elementi. Inizio del 20° secolo è stato contrassegnato dal premio premio Nobel W. Ramsay per la scoperta dei gas inerti (1904); tuttavia, un evento del genere non veniva sempre celebrato in modo così solenne. Allo stesso modo è stata notata la produzione di soli altri due elementi: radio e polonio (M. Sklodowska-Curie, Premio Nobel 1911).

Nel 1927 fu ottenuto il renio. Questa è stata una pietra miliare unica nella storia della scoperta di nuovi elementi, poiché il renio era l'ultimo elemento chimico stabile trovato in natura. Poi tutto è diventato molto più complicato, poiché tutti gli elementi successivi potevano essere ottenuti esclusivamente utilizzando reazioni nucleari.

Ci è voluto parecchio tempo per riempire le quattro celle vuote al centro del tavolo con l'uranio (vedi a riguardo: Errori e idee sbagliate nella storia della chimica. "Chimica", 1999, n. 8). Il tecnezio - elemento n. 43 - fu ottenuto nel 1937 mediante irradiazione prolungata di una piastra di molibdeno con nuclei pesanti di idrogeno (deuterio). L'elemento n. 87 - il francio - fu scoperto nel 1939 nei prodotti di decadimento radioattivo dell'attinio naturale. L'elemento numero 85 - l'astato - fu ottenuto nel 1940 bombardando il bismuto con nuclei di elio. L'elemento n. 61, il promezio, fu isolato nel 1945 dai prodotti di fissione dell'uranio. Quindi, con l'aiuto delle reazioni di fusione nucleare, il 7° periodo della tabella cominciò a riempirsi gradualmente di elementi successivi all'uranio. L'ultimo elemento chimico a ricevere un nome è stato il n. 109. Gli elementi dal n. 110 in poi sono designati solo tramite numeri atomici.

Ora possiamo già dire che il XX secolo si chiude non meno solennemente di quanto è iniziato. Nel dicembre 1998, un nuovo elemento, il n. 114, è stato ottenuto a Dubna irradiando un isotopo di plutonio con un fascio di ioni calcio accelerati. Se sommiamo il numero di protoni di due nuclei interagenti: plutonio e calcio, otteniamo 94 + 20 = 114. Ciò corrisponde all'elemento numero 114. Tuttavia, il nucleo risultante, la cui massa è 244 + 48 = 292, si è rivelato essere essere instabile. Emette tre neutroni e forma un isotopo.I calcoli preliminari hanno mostrato che l'elemento n.114, così come gli elementi n.126 e n.164 finora irraggiungibili, dovrebbero cadere nelle cosiddette isole di stabilità. Per quanto riguarda l'elemento n. 114, ciò è stato confermato. La sua durata è superiore a 0,5 minuti, un valore molto elevato per un atomo così pesante. Nel 1999, l'elemento n. 118 è stato ottenuto presso il Laboratorio di Berkeley (USA) bombardando il piombo con ioni kripton. La sua durata è di millisecondi. Quando decade, forma un nuovo elemento instabile n. 116, che si trasforma rapidamente nell'elemento più stabile n. 114.

Quindi oggi la tavola periodica termina con il 118° elemento. Gli esperimenti sulla sintesi di nuovi elementi sono estremamente laboriosi e piuttosto lunghi. Il fatto è che, passando attraverso i gusci elettronici degli atomi, i nuclei proiettili vengono rallentati e perdono energia. Inoltre, il nucleo formato durante la fusione molto spesso si disintegra in due nuclei più leggeri. Solo in rari casi emette diversi neutroni (come, ad esempio, quando si ottiene l'elemento n. 114) e forma il nucleo pesante desiderato. Nonostante le difficoltà, continuano gli esperimenti volti a sintetizzare nuovi elementi.

Considerando tutta la ricchezza di elementi chimici accumulata fino ad oggi, proviamo a riassumere il secolo. Conduciamo una sorta di competizione tra tutti gli elementi chimici conosciuti oggi e proviamo a determinare quale di essi è finito nel 20 ° secolo. il più significativo. In altre parole, noteremo solo quegli elementi che maggiormente hanno contribuito all'innalzamento del livello di civiltà e allo sviluppo del progresso.

Ci sono solo due leader evidenti. Il primo è Urano, che ha creato un completamente nuovo disciplina scientifica- fisica nucleare e ha fornito all'umanità enormi riserve di energia. Molti probabilmente troveranno controversa tale leadership. Urano ha dato all’umanità l’aspettativa delle tristi conseguenze dell’uso delle armi nucleari, dell’incidente delle centrali nucleari (NPP) e del problema dello smaltimento dei rifiuti nucleari.

Tutti questi timori sono fondati, ma esaminiamo la questione più in dettaglio.

Per quanto riguarda la minaccia dell'uso delle armi nucleari, l'umanità mantiene costantemente questo problema nel suo campo visivo. Tutte le questioni relative al divieto totale della produzione e dell'uso di tali armi dovranno inevitabilmente essere risolte in futuro. Più complessa e controversa è la questione dell’uso dell’energia nucleare per scopi pacifici. Il disastro di Chernobyl del 26 aprile 1986 fece sì che i cuori di tutte le persone si stringessero per l’ansia alle parole “radiazione” ed “esposizione”. La fiducia nell’energia nucleare è stata scossa in tutto il mondo.

Le centrali nucleari non dovrebbero essere abbandonate del tutto? All'inizio sembrava che ciò sarebbe accaduto. Molti paesi hanno iniziato a riconsiderare la necessità di costruire nuove stazioni. I referendum tenutisi hanno dimostrato che la maggioranza delle persone ritiene che sia necessario abbandonare l'uso dell'energia nucleare. Tuttavia, un'analisi calma e sobria di tutto ciò che è accaduto ha portato gradualmente a conclusioni diverse. In termini di tasso di incidenti, le centrali nucleari sono praticamente all’ultimo posto tra tutte le fonti moderne che producono elettricità in grandi quantità. Inoltre, il numero di morti durante il funzionamento delle centrali nucleari è leggermente inferiore a quello registrato anche nell’industria alimentare e tessile.

Questo quadro non è cambiato nemmeno tenendo conto delle conseguenze dell'incidente di Chernobyl, il più grande nella storia dello sviluppo dell'energia nucleare. Ciò è avvenuto principalmente a causa di una grave violazione delle regole operative: il reattore conteneva un numero inaccettabilmente piccolo di barre di cadmio, che hanno inibito la reazione. Inoltre la stazione non era dotata di cappuccio protettivo per impedire il rilascio di sostanze radioattive nell'atmosfera. Di conseguenza, è stata realizzata una delle opzioni peggiori. Tuttavia, il rilascio di sostanze radioattive nell'atmosfera non ha superato il 3,5% della loro quantità totale accumulata nel reattore. Naturalmente nessuno pensa che questo possa essere conciliato. I sistemi di controllo della sicurezza delle centrali nucleari sono stati successivamente rivisti in modo significativo. Importanti sforzi di ricerca e sviluppo sono attualmente volti ad aumentare il loro funzionamento senza incidenti. Il controllo del reattore deve essere bloccato in modo affidabile sia da negligenze criminali che da possibili piani malevoli dei terroristi. Inoltre, tutte le stazioni di nuova costruzione saranno dotate di cappucci protettivi per escludere la possibilità di ingresso di sostanze radioattive ambiente.

Nessuno minimizzerà i pericoli dei reattori nucleari. Tuttavia, che ci piaccia o no, tutta l'esperienza accumulata nello sviluppo della civiltà porta inevitabilmente a una certa conclusione.

Mai nella storia dell'umanità si è verificato un caso in cui ha rifiutato le conquiste del progresso solo perché rappresentano un certo pericolo. Le esplosioni di caldaie a vapore, gli incidenti ferroviari e aerei, gli incidenti automobilistici e le scosse elettriche non hanno portato l'umanità a vietare l'uso di questi mezzi tecnici. Di conseguenza, l'intensità del lavoro volto ad aumentare la loro sicurezza non ha fatto altro che aumentare. I divieti hanno avuto luogo solo per vari tipi di armi. Lo stesso è il caso dell’energia nucleare.

Verranno davvero costruite nuove centrali nucleari? Sì, questo è inevitabile, poiché già più di un quarto dell’elettricità consumata dalle grandi città (Mosca, San Pietroburgo) è prodotta da centrali nucleari (in Paesi occidentali questa cifra è più alta). L’umanità non potrà più rifiutare questo nuovo tipo di energia. Con un funzionamento organizzato in modo affidabile, le centrali nucleari traggono indubbiamente vantaggio rispetto alle centrali termiche che consumano treni con combustibili idrocarburici e inquinano l'atmosfera con prodotti di combustione di carbone e petrolio.
Le centrali idroelettriche trasformano foreste e terreni coltivabili in zone umide e interrompono il bioritmo naturale di tutta la vita su un vasto territorio. Le centrali nucleari sono incomparabilmente più convenienti da gestire. Possono essere localizzati in luoghi lontani dai giacimenti di carbone e senza fonti di energia idroelettrica. Il combustibile nucleare viene cambiato non più di una volta ogni sei mesi. Il consumo di carburante può essere valutato utilizzando il seguente indicatore. La fissione di 1 g di isotopi di uranio libera la stessa quantità di energia della combustione di 2800 kg di combustibile idrocarburico. In altre parole, 1 kg di combustibile nucleare sostituisce un treno di carbone.

Allo stesso tempo, le riserve mondiali di uranio contengono milioni di volte più energia accumulata rispetto alle risorse energetiche delle riserve esistenti di gas, petrolio e carbone. Il combustibile nucleare durerà per decine di migliaia di anni, data la sempre crescente necessità di fonti energetiche. Allo stesso tempo, le materie prime idrocarburiche possono essere utilizzate in modo molto più efficiente per la sintesi di vari prodotti organici.

Sorge immediatamente la domanda su cosa fare con i rifiuti del combustibile nucleare esaurito. Molte persone probabilmente hanno sentito parlare dei problemi legati al seppellimento di tali rifiuti. Intensivo lavori scientifici per risolvere questo problema (di solito l’umanità se ne rende conto con un certo ritardo). Uno dei modi promettenti è la costruzione di reattori nucleari che riproducano il combustibile. Nei reattori nucleari convenzionali, l'isotopo dell'uranio 238 U è una sorta di zavorra; la reazione principale avviene con la partecipazione dell'isotopo 235 U, che, tra l'altro, nell'uranio naturale è molto piccolo (meno dell'1%). Tuttavia, il 238 U a bassa attività, presente in una certa quantità in un reattore nucleare, può catturare parte dei neutroni rilasciati, formando infine plutonio 239 Pu, che a sua volta è un combustibile nucleare, non meno efficace di 235 U.

Gli schemi di molte trasformazioni nucleari sono semplici e chiari. Due indici sono posti prima del simbolo di un elemento chimico. Quella superiore indica la massa del nucleo, cioè la somma di protoni e neutroni, quella inferiore indica il numero di protoni, cioè la carica positiva del nucleo. Quando scrivi un'equazione di reazione, devi seguire una regola semplice: la quantità totale di cariche di protoni ed elettroni in entrambi i lati dell'equazione deve essere uguale. Inoltre, dovresti conoscere una delle semplici equazioni della chimica nucleare: un neutrone può decadere in un protone e un elettrone: N 0 = P + + e – .

Ecco come si presenta lo schema per convertire 238 U in 239 Pu, grazie al quale in futuro sarà possibile utilizzare completamente tutte le riserve di uranio naturale come combustibile:

La prima equazione mostra che un neutrone viene catturato da un nucleo di uranio e si forma un isotopo di uranio estremamente instabile. Lo stadio intermedio è la formazione e il decadimento di un isotopo instabile del nettunio. Nella seconda e nella terza equazione, un neutrone viene convertito in un protone (che rimane nel nucleo) e in un elettrone, che viene rilasciato sotto forma B - radiazioni. Questo è il nome tradizionale del flusso di elettroni emessi da una sostanza radioattiva. Di conseguenza, si forma un isotopo di plutonio molto stabile con un tempo di dimezzamento di 24mila anni, che può essere utilizzato come combustibile nucleare negli stessi reattori.

Quindi, il problema della distruzione dei rifiuti viene posticipato per un po ', ma non viene completamente eliminato, tuttavia è, in linea di principio, risolvibile.

Quando il reattore è in funzione, il nucleo dell'uranio decade per formare isotopi radioattivi di vari elementi con una massa inferiore. Gli isotopi principali sono cobalto 60 Co, stronzio 90 Sr e cesio 137 Cs, promezio 147 Pm, tecnezio 99 Tc. Alcuni di essi hanno già trovato applicazione, ad esempio, nel trattamento dei tumori (pistole al cobalto), per la stimolazione pre-semina dei semi e persino nella medicina legale. Un altro campo di applicazione è la sterilizzazione di prodotti alimentari e medici, poiché gli isotopi da questi emessi sono emessi b - e g - le radiazioni non comportano la comparsa di radioattività nella sostanza irradiata.

È molto interessante poter creare sulla base di ciò B -gli emettitori sono fonti di elettricità. Sotto l'influenza B -raggi (cioè il flusso di elettroni) in sostanze semiconduttrici come silicio o germanio, si verifica una differenza di potenziale. Ciò consente di creare, ad esempio, sulla base dell'isotopo 147 Pm, fonti di corrente elettrica a lungo termine che funzionano senza ricarica per molti anni.

Un reattore nucleare può essere utilizzato allo stesso modo come una sorta di pallone di reazione per la sintesi diretta di isotopi di vari elementi, oltre a quelli formati durante il decadimento spontaneo. Varie sostanze vengono collocate in capsule speciali in un reattore nucleare, dove vengono irradiate intensamente con neutroni, provocando la formazione degli isotopi corrispondenti. Ottenuto in questo modo G Gli isotopi attivi di tulio e itterbio, nonché gli isotopi di tecnezio formati nei reattori, vengono utilizzati per creare installazioni mobili compatte che sostituiscono le ingombranti macchine a raggi X. Possono essere utilizzati non solo per la diagnostica per scopi medici, ma anche per esigenze tecnologiche allo scopo di rilevare difetti in varie strutture e apparecchiature.

Pertanto, i rifiuti radioattivi contengono riserve abbastanza notevoli di energia non spesa e i metodi per la loro estrazione saranno ulteriormente migliorati.

Riassumere. L'uranio occupa un posto di rilievo tra tutti gli altri elementi. Grazie a lui, nel 20 ° secolo, fu creata una nuova direzione scientifica - la fisica nucleare - e fu scoperta una fonte di energia praticamente inesauribile.

Il secondo elemento che rivendica un ruolo eccezionale nel XX secolo è silicio. Dimostrarne il significato non sarà difficile, poiché non è associato a varie paure oscure, come nel caso dell'uranio. Nella seconda metà del secolo, gli ingombranti computer elettronici a tubi sottovuoto furono sostituiti da computer compatti. Il cervello del computer, il processore, è costituito da cristalli di silicio ultrapuro. Le proprietà dei semiconduttori del silicio hanno permesso di creare dispositivi informatici ultraveloci in miniatura basati su di esso, che hanno costituito la base di tutti i computer moderni. Naturalmente, la produzione di computer utilizza molte tecnologie moderne e varie sostanze, ma poiché parliamo solo di elementi chimici, il ruolo esclusivo del silicio è evidente.

È chiaro che ora siamo nella fase iniziale di un processo in forte sviluppo: la proliferazione di computer da uragano letteralmente in tutte le aree dell'attività umana. Questa non è solo una fase del progresso tecnologico. Il risultato osservato è più impressionante che nel caso dell'uranio, poiché non si verifica solo lo sviluppo di nuovi mezzi tecnici, ma anche un cambiamento nello stile di vita e nel modo di pensare dell'umanità.

I computer stanno entrando nelle case con determinazione ed energia, affascinando ogni membro della famiglia, soprattutto le generazioni più giovani. Davanti ai nostri occhi, in una certa misura, si sta svolgendo il processo di ristrutturazione della psicologia umana. I computer stanno gradualmente sostituendo televisori e videoregistratori, poiché la maggior parte delle persone dedica ad essi la maggior parte del proprio tempo libero. Aprono incredibili opportunità per la creatività e il tempo libero.

Le capacità dei computer sono insolitamente grandi e quindi diventano indispensabili nel lavoro di scienziati, scrittori, poeti, musicisti, designer, giocatori di scacchi e fotografi. Hanno completamente affascinato gli appassionati di puzzle e giochi di strategia, così come coloro che vogliono imparare le lingue straniere e gli amanti della cucina casalinga. Rete informatica mondiale Internet ha letteralmente raddoppiato le capacità dei computer. Sono diventate disponibili tutte le fonti informative e di riferimento, le pubblicazioni letterarie ed enciclopediche; ma è nata un'opportunità eccezionale per la comunicazione tra persone legate da interessi comuni. Di conseguenza, la maggior parte delle persone prova un senso di affetto per il proprio computer paragonabile all’amore che prova per i propri animali domestici.

È impossibile non notare gli ulteriori vantaggi del silicio basati sulle sue proprietà semiconduttrici. Ne abbiamo menzionato uno poco prima. Questa è un'opportunità per trasformarsi B - radiazione in elettricità. La seconda proprietà molto preziosa è realizzata nei pannelli solari: la capacità di convertire la luce del giorno in energia elettrica. Attualmente è utilizzato in dispositivi a basso consumo come calcolatrici e per alimentare veicoli spaziali. Nel prossimo futuro, pannelli solari più potenti troveranno un utilizzo diffuso nella vita di tutti i giorni.

Così il silicio sta invadendo parzialmente anche il settore energetico, dove l’uranio è leader. Quindi, il secondo vincitore del nostro concorso è il silicio, che ha aperto l'era dei semiconduttori e della tecnologia informatica.

La competizione tra elementi chimici può essere organizzata secondo altri parametri. Poniamo la domanda in modo diverso. Quale di elementi chimici(vi ricordo che non stiamo considerando i composti chimici) è ciò che l’umanità consuma di più? Ovviamente quello che produce di più. Affinché la concorrenza sia leale, eliminiamo l’effetto differenza masse atomiche per gli elementi li conteremo singolarmente, cioè considereremo i volumi di produzione espressi in moli.

Di seguito sono riportate, in ordine crescente, la produzione media annua (in moli) di alcuni degli elementi più comunemente consumati (livelli degli anni '80):

W – 1.4 10 7 ; U – 2 10 8 ; Sì – 2,8 10 8 ; Mo – 6 10 8 ; Ti – 6,3 10 8 ;
Mg – 8 10 9 ; Cu – 1,2 10 11 ; Al – 4,4 10 11 ; O – 1 10 12 ; Cl – 1,2 10 12 ;
S – 1,7 10 12 ; N – 5,1 10 12 ; Fe – 1,2 10 13 ; H – 3 10 13 ; C – 3,3 10 13 ,

Il carbonio ha preso il sopravvento grazie al carbone e al coke di petrolio, consumati principalmente dalla metallurgia. I diamanti e la grafite costituiscono solo una piccola parte di tutto il carbonio prodotto ed estratto. L'idrogeno è naturalmente passato al secondo posto, poiché i suoi campi di applicazione sono estremamente diversi: metallurgia, raffinazione del petrolio, produzione chimica e del vetro, nonché missilistica. Il ferro ha ottenuto un onorevole terzo posto nella nostra competizione, nonostante la sua massa atomica piuttosto elevata.

Ti ricordo che stiamo confrontando la produzione di elementi espressi in moli. Se il confronto fosse fatto in termini di massa, allora ferro si rivelerebbe il leader indiscusso. È noto all'umanità fin dai tempi antichi e il suo ruolo nello sviluppo del progresso è costantemente aumentato. In senso figurato, i suddetti uranio e silicio possono essere paragonati alle nuove stelle che divamparono nel cielo del XX secolo, mentre il ferro è un luminare affidabile che illumina l'intero cammino della civiltà per molti secoli. Il ferro è il fulcro di tutta l’industria moderna e possiamo presumere che questo ruolo continuerà nel 21° secolo.

È interessante confrontare le serie ottenute sopra con la prevalenza degli elementi in globo. Ecco gli otto elementi più comuni (in ordine crescente di abbondanza molare): Na, Fe,H, Mg, Circa,Al, Sì, O. Ovviamente, lo schema è diverso. La natura non è riuscita a imporre le sue regole del gioco all’umanità. Consumiamo soprattutto non ciò che è disponibile in quantità massima, ma ciò che è dettato dalle esigenze del progresso.

Le capacità degli elementi chimici sono lungi dall'essere completamente esaurite. Mi chiedo quale di loro sarà il più significativo nel 21° secolo? Difficilmente è possibile prevederlo. Lasciamo che questa questione venga decisa e sintetizzata da chi celebrerà il 2101.

Torniamo di nuovo alla tavola periodica: un meraviglioso catalogo di elementi chimici. Recentemente, è più spesso raffigurato sotto forma di un tavolo espanso. Questa configurazione è incomparabilmente più visiva e conveniente. Le righe orizzontali, chiamate periodi, si allungarono. In questa versione non ci sono più otto gruppi di elementi, come prima, ma diciotto. Il termine “sottogruppi” scompare e rimangono solo i gruppi. Tutti gli elementi dello stesso tipo (sono contrassegnati con una colorazione di sfondo individuale) sono disposti in modo compatto. Lantanidi e attinidi, come prima, sono posizionati su linee separate.

Ora proviamo a guardare al futuro. Come verrà ulteriormente compilata la tavola periodica? La tabella sopra riportata termina con l'attinide lawrencium - n. 103. Consideriamo più in dettaglio la parte inferiore della tabella, introducendo elementi scoperti negli ultimi anni.

Le proprietà chimiche dell'elemento n. 114, ottenute nel 1998, possono essere previste approssimativamente dalla sua posizione nella tavola periodica. Questo è un elemento di intransizione situato nel gruppo del carbonio e le sue proprietà dovrebbero assomigliare al piombo situato sopra di esso. Tuttavia, le proprietà chimiche del nuovo elemento non sono disponibili per lo studio diretto: l'elemento è fissato nella quantità di diversi atomi ed è di breve durata.

L'ultimo elemento ricevuto oggi, il n. 118, presenta tutti e sette i livelli elettronici completamente riempiti. Pertanto, è del tutto naturale che sia nel gruppo dei gas inerti: il radon si trova sopra di esso. Così si completa il settimo periodo della tavola periodica. Finale spettacolare del secolo!

Per tutto il XX secolo. L'umanità ha ampiamente riempito questo settimo periodo, che ora si estende dall'elemento n. 87 - la Francia - all'elemento n. 118 appena sintetizzato (alcuni elementi in questo periodo non sono ancora stati ottenuti, come i n. 113, 115 e 117).

Il momento si avvicina, in un certo senso, solenne. Dall'elemento n. 119 della tavola periodica inizierà un nuovo ottavo periodo. Questo evento probabilmente illuminerà l’inizio del prossimo secolo. Lo schema per il graduale completamento dei gusci elettronici è chiaro in termini generali. Tutto si giocherà secondo un sistema già noto: ad un certo momento, F-elementi corrispondenti ai lantanidi e poi - analoghi D-elementi chiamati transitori. La cosa più interessante è che gli elementi dell'8° periodo inizieranno anche a riempirne uno nuovo, che non esiste per tutti gli elementi ricevuti oggi G-livello. Quindi appariranno G-elementi che non hanno analoghi nella tavola periodica a noi conosciuta oggi. C'è motivo di credere che precederanno F-elementi.

Un attento esame della tavola periodica rivela in essa una certa armonia, che non si nota immediatamente. È grazie a questa armonia che il sistema ha un certo potere predittivo. Confermiamolo con diversi esempi.

Poniamoci la domanda: quanti se ne aspettavano G-elementi dell'ottavo periodo? Un semplice calcolo permette di scoprirlo. Innanzitutto, ricorda che gli elettroni si trovano a determinati livelli. Il numero di livelli possibili per ciascun elemento corrisponde al numero del periodo. I livelli elettronici sono divisi in sottolivelli detti orbitali e designati da lettere dell'alfabeto latino s, p, d, f. Ogni nuovo sottolivello può apparire solo in un momento prestabilito in cui il numero atomico raggiunge un determinato valore. Ogni sottolivello (o, in altre parole, ogni orbitale) può ospitare non più di due elettroni. S- Ogni elemento può avere un solo orbitale; ha uno o due elettroni. R-Ci possono essere tre orbitali, quindi il numero massimo possibile di elettroni al loro interno è sei. Perché R-possono esserci solo tre orbitali? Ciò è determinato dalle leggi della meccanica quantistica. Nella nostra conversazione non ci concentreremo su questo. D-Ci possono essere solo cinque orbitali, il che significa 10 elettroni.

I nomi dei gruppi di elementi sono dati in base ai nomi degli orbitali. Elementi pieni di elettroni S- vengono chiamati gli orbitali S-elementi, se riempiti R-orbitali, poi questo R-elementi e così via. Tutto questo è ben visibile nella tabella, dove per ogni tipologia di elemento è riportato il corrispondente colore di sfondo. Pertanto, in ogni periodo della tabella ce ne sono due S-elementi, sei ciascuno P- elementi e dieci D-elementi. Controlla questo semplice schema nella tabella ( D-gli elementi compaiono per la prima volta solo nel 4° periodo).

Probabilmente hai notato il numero di orbitali possibili quando si passa da S- A P- E D- orbitali ha uno schema semplice. Questa è una serie di numeri dispari: 1, 3, 5. Quanti numeri possibili pensi che ci siano? F-orbitali? La logica ne impone sette. Questo è vero e possono ospitare un massimo di 14 elettroni. Significa, F Gli elementi -in un periodo possono essere solo 14. Questo è esattamente il numero di lantanidi nella tabella. Anche gli attinoidi F-elements, e ce ne sono anche 14. Ora la domanda principale: quanti possono essercene G-orbitali? Prolunghiamo mentalmente la serie dei numeri: 1, 3, 5, 7. Pertanto, G-Gli orbitali sono nove, ed il numero di possibili G-elementi – 18.

Quindi, abbiamo risposto alla domanda posta sopra. Tutto ciò potrà essere confermato sperimentalmente solo in un lontano futuro. Quale sarà il numero del primo? G- elemento? Non è ancora possibile rispondere in modo univoco, poiché l'ordine di compilazione dei livelli elettronici potrebbe non essere lo stesso della parte superiore della tabella. Per analogia con il momento in cui appaiono F-elements, possiamo supporre che questo sarà l'elemento n. 122.

Proviamo a risolvere un altro problema. Quanti elementi ci saranno nell'ottavo periodo? Poiché l'aggiunta di ciascun elettrone corrisponde alla comparsa di un nuovo elemento, è sufficiente sommare il numero massimo di elettroni in tutti gli orbitali da S Prima G: 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50. Per molto tempo si è ipotizzato questo, ma i calcoli al computer mostrano che nell'ottavo periodo non ci saranno 50, ma 46 elementi.

Quindi, l'ottavo periodo, che, come crediamo, inizierà a riempirsi nel 21° secolo, si estenderà dall'elemento n. 119 al n. 164. Tuttavia, la scoperta di un nuovo elemento è una cosa attesa, ma non sempre prevedibile. , e quindi bisogna essere preparati al fatto che l'elemento n. 119 verrà ricevuto ancor prima che questo articolo cada nelle mani del lettore, il che aggiungerà ancora maggiore solennità al momento dell'avvento del nuovo secolo.

Un attento esame della tavola periodica ci permette di notare un altro semplice schema. R-Gli elementi compaiono per la prima volta nel 2° periodo, D-elementi – nel 4°, F-elementi – nel 6°. Il risultato è una serie di numeri pari: 2, 4, 6. Questo modello è determinato dalle regole per riempire i gusci elettronici. Adesso dovresti capire il perché G- gli elementi appariranno, come già detto, nell'ottavo periodo. Una semplice continuazione di una serie di numeri pari! Esistono previsioni a lungo termine, ma si basano su calcoli abbastanza complessi. Ad esempio, è stato dimostrato che nel 9° periodo ci saranno solo 8 elementi, come nel 2° e 3°, il che è alquanto inaspettato.

Molto interessante, teoricamente esiste l'ultimo elemento della tavola periodica? I calcoli moderni non possono ancora rispondere a questa domanda, quindi non è stata ancora risolta dalla scienza.

Siamo andati piuttosto avanti nelle nostre previsioni, forse addirittura nel 22° secolo, il che, tuttavia, è abbastanza comprensibile. Cercare di guardare al lontano futuro è un desiderio del tutto naturale per ogni persona, soprattutto nel momento in cui non solo il secolo, ma anche il millennio sta cambiando.

M.M.Levitsky

Gli ultimi aggiunti alla tavola periodica sono gli elementi 113 e 115, che non hanno ancora un nome proprio

Preparazione degli elementi superpesanti 113 e 115 1. Un fascio di ioni calcio-48 (uno mostrato) viene accelerato ad alta velocità in un ciclotrone e diretto verso un bersaglio di americio-243.

2. L'atomo bersaglio è l'americio-243. Un nucleo fatto di protoni e neutroni e una nuvola di elettroni sfocata che lo circonda

3. Ione calcio-48 accelerato e atomo bersaglio (americio-243) immediatamente prima della collisione

4. Al momento della collisione nasce un nuovo elemento superpesante con numero di serie 115, che vive solo circa 0,09 secondi

5. L'elemento 115 decade nell'elemento 113, che vive già per 1,2 secondi, e poi lungo una catena di quattro decadimenti alfa, della durata di circa 20 secondi

6. Decadimento spontaneo dell'anello finale della catena di decadimenti alfa - elemento 105 (dubnio) in altri due atomi

Gli scienziati di due importanti centri di ricerca nucleare russo e americano hanno abbandonato la corsa agli armamenti e, finalmente, mettendosi al lavoro, hanno creato due nuovi elementi. Se qualche ricercatore indipendente confermerà i suoi risultati, i nuovi elementi verranno soprannominati “ununtrium” e “ununpentium”. Chimici e fisici di tutto il mondo, non prestando attenzione ai nomi brutti, esprimono gioia per questo risultato. Ken Moody, capo della squadra americana con sede a Livermore laboratorio nazionale Lawrence, afferma: “Si aprono così nuove prospettive per la tavola periodica”.

La tavola periodica a cui fa riferimento Moody è un poster familiare che adorna le pareti di ogni stanza dove più di due chimici potrebbero incontrarsi contemporaneamente. L'abbiamo studiato tutti durante le lezioni di chimica al liceo o ai primi anni dell'università. Questa tabella è stata creata per spiegare perché vari elementi si combinano in un modo e non in un altro. Gli elementi chimici sono inseriti in esso in stretta conformità con il peso atomico e proprietà chimiche. La posizione relativa di un elemento aiuta a prevedere le relazioni che entrerà con altri elementi. Dopo la creazione del 113° e del 115° numero totale noto alla scienza gli elementi hanno raggiunto 116 (117, se contiamo l'elemento con numero di serie 118, la cui sintesi è già stata osservata a Dubna nel 2002, ma questa scoperta non è stata ancora ufficialmente confermata. - redattori PM).

La storia della creazione della tavola periodica iniziò nel 1863 (tuttavia, prima furono fatti timidi tentativi: nel 1817 I.V. Döbereiner tentò di combinare gli elementi in triadi e nel 1843 L. Gmelin tentò di espandere questa classificazione con tetradi e pentadi. - Editoriale " PM"), quando il giovane geologo francese Alexandre-Émile Beguyer de Chancourtois organizzò tutti gli elementi allora conosciuti in una catena secondo il loro peso atomico. Quindi ha avvolto un nastro con questa lista attorno al cilindro e si è scoperto che elementi chimicamente simili erano allineati in colonne. Rispetto al metodo per tentativi ed errori, l'unico approccio di ricerca, che veniva usato dai chimici dell'epoca: questo trucco con un nastro sembrava un passo avanti radicale, sebbene non portasse risultati pratici seri.

Nello stesso periodo, il giovane chimico inglese John A.R. Newlands ha sperimentato allo stesso modo posizione relativa elementi. Ha notato che i gruppi chimici si ripetono ogni otto elementi (come le note, motivo per cui l'autore ha chiamato la sua scoperta la "legge delle ottave". - redattori di PM). Credendo che una grande scoperta fosse imminente, consegnò con orgoglio un messaggio alla British Chemical Society. Ahimè! I membri più anziani e conservatori di questa società uccisero questa idea, dichiarandola assurda, e per molti anni fu consegnata all'oblio. (Non dovresti incolpare troppo gli scienziati conservatori: la "legge delle ottave" prevedeva correttamente le proprietà solo dei primi diciassette elementi. - Redattori di PM).

rinascita russa

Nel XIX secolo lo scambio di informazioni scientifiche non era così attivo come lo è oggi. Pertanto, non sorprende che siano passati altri cinque anni prima della rinascita dell'idea dimenticata. Questa volta l'intuizione venne al chimico russo Dmitry Ivanovich Mendeleev e al suo collega tedesco Julius Lothar Meyer. Lavorando indipendentemente l'uno dall'altro, hanno avuto l'idea di disporre gli elementi chimici in sette colonne. La posizione di ciascun elemento era determinata dalla sua chimica e Proprietà fisiche. E qui, come avevano notato in precedenza de Chancourtois e Newlands, gli elementi si combinavano spontaneamente in gruppi che potrebbero essere chiamati “famiglie chimiche”.

Mendeleev è riuscito a guardare più in profondità nel significato di ciò che stava accadendo. Il risultato è stata una tabella con celle vuote che mostravano esattamente dove cercare gli elementi che non erano stati ancora scoperti. Questa intuizione sembra ancora più fantastica se ricordiamo che a quel tempo gli scienziati non avevano idea della struttura degli atomi.

Nel corso del secolo successivo, la tavola periodica divenne sempre più informativa. Dal semplice diagramma mostrato qui, è cresciuto fino a diventare un enorme foglio, incluso il peso specifico, le proprietà magnetiche, i punti di fusione e di ebollizione. Puoi anche aggiungere informazioni sull'edificio qui. guscio elettronico atomo, nonché un elenco dei pesi atomici degli isotopi, cioè i gemelli più pesanti o più leggeri di molti elementi.

Elementi artificiali

Forse la notizia più importante che le prime versioni della tavola periodica portarono ai chimici fu l'indicazione di dove si trovavano gli elementi ancora da scoprire.

All’inizio del XX secolo, tra i fisici cominciò a crescere il sospetto che gli atomi non fossero affatto strutturati come si pensava comunemente. Per cominciare, queste non sono affatto sfere monolitiche, ma piuttosto strutture volumetriche distese nello spazio vuoto. Quanto più chiare diventavano le idee sul micromondo, tanto più velocemente si riempivano le celle vuote.

Indicazioni dirette delle lacune della tabella hanno accelerato radicalmente la ricerca di elementi non ancora scoperti, ma effettivamente presenti in natura. Ma quando fu formulata una teoria accurata che descrivesse adeguatamente la struttura del nucleo atomico, nuovo approccio per “completare” la tavola periodica. È stata creata e testata una tecnica per creare elementi “artificiali” o “sintetici” irradiando i metalli esistenti con flussi di particelle elementari ad alta energia.

Se si aggiungono neutroni elettricamente privi di carica al nucleo, l'elemento diventa più pesante, ma il suo comportamento chimico non cambia. Ma man mano che il peso atomico aumenta, gli elementi diventano sempre più instabili e acquisiscono la capacità di decadere spontaneamente. Quando ciò accade, alcuni neutroni liberi e altre particelle vengono dispersi nello spazio circostante, ma la maggior parte dei protoni, dei neutroni e degli elettroni rimangono al loro posto e vengono riorganizzati sotto forma di elementi più leggeri.

Nuovi arrivati ​​al tavolo

Lo scorso febbraio, i ricercatori del LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) e dell'Istituto congiunto russo per la ricerca nucleare (JINR), utilizzando la tecnica del bombardamento atomico sopra descritta, hanno ottenuto due elementi completamente nuovi.

Il primo di questi, l'elemento 115, fu ottenuto dopo che l'americio fu bombardato con un isotopo radioattivo del calcio. (Per riferimento, l'americio, un metallo che non si trova spesso nella vita di tutti i giorni, viene utilizzato nei rilevatori di fumo dei comuni allarmi antincendio.) Il bombardamento ha prodotto quattro atomi dell'elemento 115, ma dopo 90 millisecondi si sono disintegrati per creare un altro neonato: l'elemento 113. Questi quattro atomi vissero per quasi un secondo e mezzo prima che da essi si formassero elementi più leggeri già noti alla scienza. Gli elementi artificiali raramente hanno longevità: la loro instabilità intrinseca è una conseguenza del numero eccessivo di protoni e neutroni nei loro nuclei.

E ora... riguardo ai loro nomi scomodi. Diversi anni fa, l'Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC), con sede a Research Triangle Park, N.C. decretò che ai nuovi elementi chimici dovessero essere dati nomi culturalmente neutri. Tale neutralità può essere raggiunta se si utilizza la pronuncia latina del numero seriale di questo elemento tavola periodica. Pertanto i numeri 1, 1, 5 si leggeranno “un, un, pent”, e la desinenza “ium” verrà aggiunta per ragioni di coerenza linguistica. (Un nome latino neutro e un corrispondente simbolo di tre lettere vengono temporaneamente assegnati all'elemento fino a quando l'Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata non approva il suo nome definitivo. Le linee guida dell'organizzazione, pubblicate nel 2002, prevedono che gli scopritori abbiano la priorità nel proporre un nome per un elemento nuovo elemento, per tradizione gli elementi possono prendere il nome da eventi o personaggi mitologici (inclusi corpi celestiali), minerali, regioni geografiche, proprietà dell'elemento, scienziati famosi. - Comitato di Redazione "PM").

Anche se questi nuovi elementi non vivono molto a lungo e non si trovano al di fuori delle mura dei laboratori, la loro creazione significa comunque molto più che semplicemente riempire celle vuote e aumentare il numero totale di elementi conosciuti dalla scienza. “Questa scoperta ci consente di espandere l’applicabilità dei principi fondamentali della chimica”, afferma Moody, capo della Livermore, “e nuovi progressi nel campo della chimica stanno portando alla creazione di nuovi materiali e allo sviluppo di nuove tecnologie”.

In un reattore nucleare con neutroni di diversi MeV possono avvenire reazioni (n,p) e(n / a) . In questo modo si formano i quattro isotopi radioattivi più importanti 14 C, 32 P, 35 S e 3 H attraverso le reazioni:

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

In tutti questi casi, a partire da un elemento bersaglio si forma un isotopo radioattivo di un altro elemento chimico e quindi diventa possibile isolare questi isotopi senza vettore o con radioattività specificata.

Per ottenere radionuclidi, oltre ai reattori nucleari, sono ampiamente utilizzate altre fonti di particelle bombardanti e quanti gamma, il cui funzionamento si basa sul verificarsi di varie reazioni nucleari. Utilizzando potenti flussi di particelle cariche si ottengono acceleratori(elettrostatici, lineari e ciclotroni, ecc.), in cui le particelle cariche vengono accelerate sotto l'influenza di campi costanti o alternati. Negli acceleratori elettrostatici e lineari le particelle vengono accelerate da un unico campo elettrico; nei ciclotroni anche un campo magnetico agisce contemporaneamente a quello elettrico.

Riso. Sincrofasotrone

Per produrre neutroni ad alta energia, vengono utilizzati generatori di neutroni, che utilizzano reazioni nucleari sotto l'influenza di particelle cariche, molto spesso deutoni. (d,n) o protoni (p, n).

Usando principalmente gli acceleratori ricevere radionuclidi con Z diversi.

Con booster legati al progresso anni recenti nella sintesi di nuovi elementi chimici. Pertanto, mediante irradiazione in un ciclotrone con particelle alfa con un'energia di 41 MeV e una densità del fascio di 6 × 10 12 particelle/s einsteinia furono ottenuti i primi 17 atomi mendelevio:

Successivamente, ciò ha dato impulso allo sviluppo intensivo del metodo per accelerare gli ioni a carica multipla. Bombardando l'uranio-238 in un ciclotrone con ioni carbonio, si ottenne il californio:

U(C6+,6n)Cfr

Tuttavia, i proiettili leggeri - ioni di carbonio o ossigeno - consentivano di avanzare solo fino agli elementi 104-10. Nel tempo, per sintetizzare nuclei più pesanti, furono ottenuti isotopi con numeri di serie 106 e 107 irradiando isotopi stabili di piombo e bismuto con ioni cromo:

Pb(Cr,3n)Sg

209 83 B(Cr,2n)Bh

Nel 1985 a Dubna è stato ottenuto l'elemento alfa-attivo 108-hassio (Hs). irradiazione con Cf neon-22:

Cf(Ne+4n)Hs

Nello stesso anno, nel laboratorio di G. Seaborg, sintetizzarono 109 e 110 elementi mediante irradiazione dell'uranio-235 con nuclei di argon 40.

La sintesi di ulteriori elementi è stata effettuata bombardando U, curio-248, Es con nuclei di Ca.

La sintesi dell'elemento 114 è stata effettuata nel 1999 a Dubna mediante fusione dei nuclei di calcio-48 e plutonio-244. Il nuovo nucleo superpesante si raffredda, emettendo 3-4 neutroni, e poi decade emettendo particelle alfa nell'elemento 110.

Per sintetizzare l'elemento 116 è stata effettuata una reazione di fusione tra curio-248 e calcio –48. Nel 2000, la formazione e il decadimento dell'elemento 116 sono stati registrati tre volte. Quindi, dopo circa 0,05 s, il nucleo dell'elemento 116 decade nell'elemento 114, seguito da una catena di alfa decade nell'elemento 110, che decade spontaneamente.

Il tempo di dimezzamento dei nuovi elementi sintetizzati che decadono spontaneamente era di diversi microsecondi. Sembrerebbe che continuare la sintesi degli elementi più pesanti diventi inutile, poiché la loro durata e la loro resa sono troppo brevi. Allo stesso tempo, i tempi di dimezzamento scoperti di questi elementi si sono rivelati molto più lunghi del previsto. Pertanto, si può presumere che con una certa combinazione di protoni e neutroni si dovrebbero ottenere nuclei stabili con tempi di dimezzamento di molte migliaia di anni.

Quindi, ottenere isotopi che non si trovano in natura è un compito puramente tecnico, poiché teoricamente la questione è chiara. È necessario prendere un bersaglio, irradiarlo con un flusso di particelle bombardanti con l'energia appropriata e isolare rapidamente l'isotopo desiderato. Tuttavia, scegliere un bersaglio adatto e bombardare le particelle non è così semplice.

I fisici del Livermore National Laboratory negli Stati Uniti nel gennaio 2016 hanno riportato progressi nella fusione termonucleare controllata inerziale. Utilizzando la nuova tecnologia, gli scienziati sono riusciti a quadruplicare l'efficienza di tali installazioni. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Physics e sono stati brevemente riportati dal Livermore National Laboratory e dall'Università della California a San Diego. Lenta.ru parla di nuovi traguardi.

Da tempo si cerca di trovare un'alternativa alle fonti energetiche basate sugli idrocarburi (carbone, petrolio e gas). La combustione del carburante inquina l’ambiente. Le sue riserve stanno rapidamente diminuendo. La via d'uscita da questa situazione - dipendenza dalle risorse idriche, nonché dal clima e dalle condizioni meteorologiche - è la creazione di centrali termonucleari. Per fare ciò, è necessario raggiungere la controllabilità delle reazioni di fusione termonucleare, che rilasciano l'energia necessaria per l'uomo.

Nei reattori termonucleari, gli elementi pesanti vengono sintetizzati da quelli leggeri (la formazione di elio a seguito della fusione di deuterio e trizio). I reattori convenzionali (nucleari), al contrario, lavorano sul decadimento dei nuclei pesanti in nuclei più leggeri. Ma per la fusione è necessario riscaldare il plasma di idrogeno a temperature termonucleari (approssimativamente la stessa del nucleo del Sole - cento milioni di gradi Celsius o più) e mantenerlo in uno stato di equilibrio fino a quando non si verifica una reazione autosufficiente.

Il lavoro viene svolto in due aree promettenti. Il primo è legato alla possibilità di confinare l'utilizzo del plasma riscaldato campo magnetico. Reattori di questo tipo includono un tokamak (una camera toroidale con bobine magnetiche) e uno stellarator. In un tokamak, una corrente elettrica viene fatta passare attraverso un plasma sotto forma di cordone toroidale; in uno stellarator, un campo magnetico è indotto da bobine esterne.

L’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) in costruzione in Francia è un tokamak, mentre il Wendelstein 7-X, lanciato nel dicembre 2015 in Germania, è uno stellarator.

La seconda promettente direzione della fusione termonucleare controllata è associata ai laser. I fisici propongono di utilizzare la radiazione laser per riscaldare e comprimere rapidamente la materia alle temperature e densità richieste in modo che, essendo nello stato di plasma confinato inerzialmente, garantisca il verificarsi di una reazione termonucleare.

La fusione termonucleare controllata inerziale prevede l'uso di due metodi principali per accendere un bersaglio precompresso: impatto - utilizzando un'onda d'urto focalizzata e implosione rapida (esplosione verso l'interno) di uno strato di idrogeno sferico all'interno del bersaglio. Ciascuno di essi (in teoria) dovrebbe garantire la conversione ottimale dell'energia laser in energia pulsata e il suo successivo trasferimento a un bersaglio termonucleare sferico compresso.

L’installazione presso la National Laser Fusion Facility negli Stati Uniti utilizza il secondo approccio, che prevede la separazione delle fasi di compressione e riscaldamento. Ciò, secondo gli scienziati, consente di ridurre la densità del carburante (o la sua massa) e fornire fattori di guadagno più elevati. Il riscaldamento è generato da un breve impulso di un laser da petawatt: un intenso fascio di elettroni trasferisce la sua energia al bersaglio. Gli esperimenti riportati nell'ultimo studio sono stati condotti a New York City presso la struttura OMEGA-60 presso il Laser Energy Laboratory dell'Università di Rochester, che comprende 54 laser con un'energia totale di 18 kilojoule.

Il sistema studiato dagli scienziati è strutturato come segue. L'obiettivo è una capsula di plastica con un sottile strato di deuterio-trizio applicato sulla parete interna. Quando la capsula viene irradiata con i laser, si espande e costringe a contrarsi (durante la prima fase) l'idrogeno situato al suo interno, che viene riscaldato (durante la seconda fase) a plasma. Si ottiene plasma da deuterio e trizio radiazione a raggi X e preme sulla capsula. Questo schema consente al sistema di non evaporare dopo essere stato irradiato da un laser e garantisce un riscaldamento più uniforme del plasma.

Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno introdotto il rame nel guscio di plastica. Quando un raggio laser viene diretto verso la capsula, rilascia elettroni veloci, che colpiscono gli indicatori di rame e ne provocano l'emissione Raggi X. Per la prima volta, gli scienziati sono stati in grado di presentare una tecnica per visualizzare gli elettroni del guscio K, che consente loro di monitorare il trasferimento di energia da parte degli elettroni all'interno della capsula e, di conseguenza, calcolare in modo più accurato i parametri del sistema. L'importanza di questo lavoro è la seguente.

Risultato alto grado La compressione è ostacolata dagli elettroni veloci, la cui energia viene convertita in una grande frazione della radiazione assorbita dal bersaglio. Il percorso libero di tali particelle coincide nell'ordine con il diametro del bersaglio, per cui si surriscalda prematuramente e non ha il tempo di comprimersi alle densità richieste. Lo studio ha permesso di guardare all'interno del bersaglio e di monitorare i processi che si verificano lì, fornendo nuove informazioni sui parametri laser necessari per l'irradiazione ottimale del bersaglio.

Oltre agli Stati Uniti, lavori legati alla fusione termonucleare inerziale si svolgono anche in Giappone, Francia e Russia. Nella città di Sarov, nella regione di Nizhny Novgorod, sulla base dell'Istituto panrusso di ricerca scientifica di fisica sperimentale, nel 2020 si prevede di mettere in funzione l'installazione laser a doppio scopo UFL-2M, che, tra gli altri compiti, dovrebbe essere utilizzato per studiare le condizioni di accensione e combustione del combustibile termonucleare.

L'efficienza di una reazione termonucleare è definita come il rapporto tra l'energia rilasciata nella reazione di fusione e energia totale speso per riscaldare il sistema alle temperature richieste. Se questo valore è maggiore di uno (cento per cento), il reattore a fusione laser può essere considerato riuscito. Negli esperimenti, i fisici sono riusciti a trasferire fino al 7% dell'energia della radiazione laser al carburante. Si tratta di un'efficienza quattro volte superiore a quella dei sistemi di accensione rapida precedentemente raggiunti. Modellazione informatica consente di prevedere un aumento dell'efficienza fino al 15%.

I risultati pubblicati aumentano le probabilità che il Congresso degli Stati Uniti estenderà i finanziamenti per impianti megajoule come il National Laser Fusion Facility di Livermore, la cui costruzione e manutenzione è costata più di 4 miliardi di dollari. Nonostante lo scetticismo che accompagna la ricerca sulla fusione, essa sta lentamente ma inesorabilmente facendo progressi. In questo settore, gli scienziati non devono affrontare sfide fondamentali, ma tecnologiche che richiedono cooperazione internazionale e finanziamenti adeguati.

L'Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC) ha annunciato quali nomi ritiene più appropriati per i quattro nuovi elementi della tavola periodica. Si consiglia di nominarne uno in onore del fisico russo, l'accademico Yuri Oganesyan. Poco prima, il corrispondente di KSh ha incontrato Yuri Tsolakovich e ha fatto una lunga intervista con lui. Ma la IUPAC chiede agli scienziati di non commentare fino all'8 novembre, quando i nuovi nomi saranno annunciati ufficialmente. Indipendentemente dal nome di chi appare nella tavola periodica, possiamo affermare: la Russia è diventata uno dei leader nella corsa ai transuranici, che va avanti da più di mezzo secolo.

Yuri Oganesyan. Specialista nel campo della fisica nucleare, accademico dell'Accademia russa delle scienze, direttore scientifico del Laboratorio di reazioni nucleari del JINR, capo del Dipartimento di fisica nucleare dell'Università di Dubna. Come studente di Georgy Flerov, ha partecipato alla sintesi di ruterfordio, dubnio, seaborgio, bohrio, ecc. Tra le scoperte di livello mondiale c'è il cosiddetto fusione fredda nuclei, che si è rivelato uno strumento estremamente utile per creare nuovi elementi.

Nelle righe inferiori della tavola periodica puoi facilmente trovare l'uranio, il suo numero atomico è 92. Tutti gli elementi successivi non esistono in natura ora e sono stati scoperti a seguito di esperimenti molto complessi.
I fisici americani Glenn Seaborg e Edwin MacMillan furono i primi a creare un nuovo elemento. Così nacque il plutonio nel 1940. Successivamente, insieme ad altri scienziati, Seaborg sintetizzò l'americio, il curio, il berkelio... Il fatto stesso dell'espansione artificiale della tavola periodica è in un certo senso paragonabile a un volo nello spazio.

I principali paesi del mondo sono entrati nella corsa per creare nuclei super pesanti (se lo si desidera, si potrebbe tracciare un'analogia con la corsa lunare, ma qui è più probabile che il nostro Paese vinca). Nell'URSS, il primo elemento transuranico fu sintetizzato nel 1964 dagli scienziati dell'Istituto congiunto per la ricerca nucleare (JINR) a Dubna, nella regione di Mosca. Era il 104° elemento, chiamato rutherfordio. Il progetto è stato guidato da uno dei fondatori di JINR, Georgiy Flerov. Nella tabella è incluso anche il suo nome: flerovio, 114. E il 105° elemento era chiamato dubnio.

Yuri Oganesyan era uno studente di Flerov e partecipò alla sintesi del rutherfordio, e poi del dubnio, del seaborgio, del bohrio... I successi dei nostri fisici hanno reso la Russia leader nella corsa dei transuranici insieme a Stati Uniti, Germania, Giappone (e forse primo tra pari).

I nuovi elementi in questione - 113, 115, 117, 118 - sono stati sintetizzati nel 2002-2009 al JINR presso il ciclotrone U-400. Negli acceleratori di questo tipo, i fasci di particelle cariche pesanti - protoni e ioni - vengono accelerati utilizzando l'alta frequenza campo elettrico, per poi farli scontrare tra loro o con un bersaglio e studiare i prodotti del loro decadimento.

Tutti gli esperimenti sono stati condotti da collaborazioni internazionali quasi contemporaneamente in paesi diversi. Ad esempio, gli scienziati dell'Istituto giapponese RIKEN hanno sintetizzato il 113esimo elemento indipendentemente dagli altri. Di conseguenza, è stata data loro la priorità di apertura.

Ad un nuovo elemento chimico viene prima assegnato un nome temporaneo, derivato dal numero latino. Ad esempio, ununoctium è "centodiciottesimo". Quindi il team scientifico – autore della scoperta – invia le sue proposte alla IUPAC. La commissione sta valutando gli argomenti a favore e contro. In particolare raccomanda di attenersi alle seguenti regole: “Gli elementi appena scoperti possono prendere il nome: (a) da un personaggio o concetto mitologico (incluso un oggetto astronomico); (b) dal nome di un minerale o di una sostanza simile; c) dal nome di una località o di un'area geografica; (d) in conformità con le proprietà dell'elemento o (e) con il nome dello scienziato..."

I nomi dovrebbero essere facili da pronunciare nella maggior parte delle lingue. lingue conosciute e contenere informazioni che consentono di classificare un elemento in modo inequivocabile. Ad esempio, tutti i transurani hanno simboli di due lettere e terminano con “-iy” se sono metalli: rutherfordio, dubnio, seaborgio, bohrio...

Se i due nuovi elementi (115 e 118) riceveranno nomi “russi” sarà chiaro a novembre. Ma ci sono ancora molti esperimenti da fare, perché secondo l'ipotesi delle isole di stabilità ci sono elementi più pesanti che possono esistere per un tempo relativamente lungo. Stanno anche cercando di trovare tali elementi in natura, ma sarebbe più accurato se Oganesyan li sintetizzasse con un acceleratore.

Dossier sui nuovi elementi

Numero di serie: 113

Come e da chi è stato scoperto: un bersaglio di americio-243 è stato bombardato con ioni calcio-48 e si sono ottenuti isotopi di ununpentio, che sono decaduti in isotopi dell'elemento 113. Sintetizzato nel 2003.

Priorità di apertura: Istituto di ricerca fisica e chimica (RIKEN), Giappone.

Nome corrente: poco coraggioso.

Proprietà previste: metallo fusibile pesante.

Nome suggerito: nionio (Nh). Questo elemento è stato il primo ad essere scoperto in Asia in generale e in Giappone in particolare. "Nihonii" è una delle due opzioni per il nome stesso del paese. "Nihon" si traduce in "terra del sole nascente".

Numero di serie: 115

Come e da chi è stato scoperto: Il bersaglio dell'americio-243 è stato bombardato con ioni calcio-48. Sintetizzato nel 2003. Priorità nella scoperta: collaborazione composta da JINR (Russia), Livermore National Laboratory (USA) e Oak Ridge National Laboratory (USA).

Nome corrente: ununpentium.

Proprietà previste: metallo simile al bismuto.

Nome suggerito: moscovio (Moscovium, Mc). La IUPAC ha approvato il nome “Mosca” in onore della regione di Mosca, dove si trovano Dubna e JINR. Così, questa città russa può lasciare il segno sulla tavola periodica per la seconda volta: il dubnio è stato a lungo ufficialmente chiamato il 105esimo elemento.

Numero di serie: 117

Come e da chi è stato scoperto: un bersaglio di berkelio-249 è stato bombardato con ioni calcio-48. Sintetizzato nel 2009. Priorità per la scoperta: JINR, Livermore, Oak Ridge.

Nome corrente: ununseptium.

Proprietà previste: si riferisce formalmente agli alogeni come lo iodio. Le effettive proprietà non sono state ancora determinate. Molto probabilmente combina le caratteristiche di un metallo e di un non metallo.

Nome suggerito: Tennessee (Ts). In riconoscimento dei contributi dello Stato del Tennessee, USA, tra cui l'Oak Ridge National Laboratory, la Vanderbilt University e l'Università del Tennessee, alla sintesi dei transuranici.

Numero di serie: 118

Come e da chi è stato scoperto: un bersaglio di californio-249 è stato bombardato con calcio-48. Sintetizzato nel 2002. Priorità nella scoperta: JINR, Livermore.

Nome corrente: ununoctium.

Proprietà previste: Di caratteristiche chimiche si riferisce ai gas inerti.

Nome suggerito: oganesson (Oganesson, Og). In onore di supervisore scientifico Laboratorio di Reazioni Nucleari del JINR Yuri Oganesyan, che ha dato un grande contributo allo studio degli elementi superpesanti. La discussione pubblica sui possibili nomi durerà fino all'8 novembre, dopodiché la commissione prenderà la decisione finale.

su "Il gatto di Schròdinger"