Kjemiske elementer.

Prestasjoner og utsikter

Definisjonen som D.I. Mendeleev ga til kjemisk vitenskap er fortsatt korrekt og nøyaktig: "Kjemi er studiet av grunnstoffer og kjemiske forbindelser." Kjemiske elementer er grunnlaget for all kjemi, siden alle kjente i dag er sammensatt av dem. kjemiske forbindelser(for øyeblikket er det mer enn 14 millioner), samt alle de som en dag vil bli mottatt.

Mange oppfatter med rette hoveddelen av det periodiske systemet som en liste over elementære "murstein" som gjenstander i verden rundt er bygget fra. Kjemiske elementer bør imidlertid ikke bare betraktes som "byggematerialer" for å konstruere molekyler, siden de i sin rene form har fordeler med ikke mindre enn millioner av forbindelser oppnådd fra dem, og er ekstremt mye brukt i moderne verden(se mer om dette: Kjemiske grunnstoffer i hverdagen. «Chemistry», 1998, nr. 42).

Med respekt for streng terminologi, merker vi at et kjemisk grunnstoff er et latinsk symbol i det periodiske systemet eller et spesifikt atom, men etterfølgende forskning kan oppnås og utføres ikke med et kjemisk element, men bare med et såkalt enkelt stoff som består av atomer av samme type. I engelskspråklig litteratur er det enklere: begge kalles i ett ord - element. Derfor vil vi videre bruke den russiske analogen til dette ordet i vid forstand.

For å oppsummere århundrets resultater, la oss først og fremst vurdere hvordan det periodiske systemet ble fylt med nye elementer i det nåværende århundret. Ved slutten av forrige århundre inneholdt D.I. Mendeleevs bord rundt 80 elementer. Begynnelsen av det 20. århundre ble preget av prisen Nobel pris W. Ramsay for oppdagelsen av inerte gasser (1904); en slik begivenhet ble imidlertid ikke alltid feiret så høytidelig. Produksjonen av bare to grunnstoffer til - radium og polonium - ble notert på samme måte (M. Sklodowska-Curie, Nobelprisen 1911).

I 1927 ble rhenium oppnådd. Dette var en unik milepæl i historien om oppdagelsen av nye grunnstoffer, siden rhenium var det siste stabile kjemiske grunnstoffet som ble funnet i naturen. Da ble alt mye mer komplisert, siden alle påfølgende elementer kunne oppnås utelukkende ved hjelp av kjernefysiske reaksjoner.

Det tok ganske lang tid å fylle de fire tomme cellene i midten av bordet til uran (se om dette: Feil og misoppfatninger i kjemiens historie. "Chemistry", 1999, nr. 8). Teknetium - grunnstoff nr. 43 - ble oppnådd i 1937 ved langvarig bestråling av en molybdenplate med tunge hydrogen (deuterium) kjerner. Grunnstoff nr. 87 - francium - ble oppdaget i 1939 i de radioaktive nedbrytningsproduktene av naturlig aktinium. Grunnstoff nummer 85 - astatin - ble oppnådd i 1940 ved å bombardere vismut med heliumkjerner. Grunnstoff nr. 61, promethium, ble isolert i 1945 fra fisjonsproduktene av uran. Deretter, ved hjelp av kjernefysiske fusjonsreaksjoner, begynte den 7. perioden av tabellen gradvis å bli fylt med grunnstoffer etter uran. Det siste kjemiske grunnstoffet som fikk navn var nr. 109. Grunnstoffer fra nr. 110 og utover er kun betegnet med atomnummer.

Nå kan vi allerede si at det tjuende århundre slutter ikke mindre høytidelig enn det begynte. I desember 1998 ble et nytt grunnstoff, nr. 114, oppnådd i Dubna ved å bestråle en plutoniumisotop med en stråle av akselererte kalsiumioner. Hvis vi summerer antallet protoner til to interagerende kjerner - plutonium og kalsium, får vi 94 + 20 = 114. Dette tilsvarer grunnstoffnummer 114. Den resulterende kjernen, hvis masse er 244 + 48 = 292, viste seg imidlertid å være ustabil. Den avgir tre nøytroner og danner en isotop.Foreløpige beregninger viste at grunnstoff nr. 114, samt de hittil uoppnåelige grunnstoffene nr. 126 og nr. 164, burde falle inn i de såkalte stabilitetsøyene. Vedrørende element nr. 114 ble dette bekreftet. Levetiden er mer enn 0,5 minutter, noe som er en veldig stor verdi for et så supertungt atom. I 1999 ble element nr. 118 oppnådd ved Berkeley Laboratory (USA) ved å bombardere bly med kryptonioner. Levetiden er millisekunder. Når det forfaller, danner det et nytt ustabilt element nr. 116, som raskt blir til det mer stabile elementet nr. 114.

Så i dag ender det periodiske systemet med det 118. elementet. Eksperimenter med syntese av nye elementer er ekstremt arbeidskrevende og ganske langvarige. Faktum er at prosjektilkjerner, som passerer gjennom elektronskallene til atomer, bremses ned og mister energi. I tillegg desintegrerer kjernen som dannes under fusjon oftest i to lettere kjerner. Bare i sjeldne tilfeller avgir den flere nøytroner (som for eksempel når man får element nr. 114) og danner den ønskede tunge kjernen. Til tross for vanskelighetene fortsetter eksperimenter rettet mot å syntetisere nye elementer.

Tatt i betraktning all rikdommen av kjemiske elementer akkumulert til dags dato, la oss prøve å oppsummere århundret. La oss gjennomføre en slags konkurranse mellom alle de kjemiske grunnstoffene som er kjent i dag og prøve å finne ut hvilke av dem som havnet på 1900-tallet. den mest betydningsfulle. Med andre ord, vi vil bare merke oss de elementene som bidro mest til å heve sivilisasjonsnivået og utviklingen av fremskritt.

Det er bare to åpenbare ledere. Den første er Uranus, som opprettet en helt ny vitenskapelig disiplin- kjernefysikk og ga menneskeheten enorme reserver av energi. Mange vil sannsynligvis finne et slikt lederskap kontroversielt. Uranus ga menneskeheten forventninger om de dystre konsekvensene av bruken av atomvåpen, ulykken med atomkraftverk (NPP) og problemet med deponering av kjernefysisk avfall.

All denne frykten er velbegrunnet, men la oss se på problemet mer detaljert.

Når det gjelder trusselen om bruk av atomvåpen, holder menneskeheten hele tiden dette problemet i sitt synsfelt. Alle spørsmål knyttet til et fullstendig forbud mot produksjon og bruk av slike våpen vil uunngåelig måtte løses i fremtiden. Mer komplekst og kontroversielt er spørsmålet om bruk av atomenergi til fredelige formål. Tsjernobyl-katastrofen 26. april 1986 førte til at alle menneskers hjerter knyter seg sammen av angst ved ordene «stråling» og «eksponering». Tilliten til atomkraft har blitt rystet rundt om i verden.

Bør ikke atomkraftverk forlates helt? Først så det ut til at dette ville skje. Mange land har begynt å revurdere behovet for å bygge nye stasjoner. Folkeavstemningene viste at flertallet mener at det er nødvendig å forlate bruken av kjernekraft. En rolig, nøktern analyse av alt som skjedde førte imidlertid gradvis til forskjellige konklusjoner. Når det gjelder ulykkesrater, er kjernekraftverk praktisk talt på sisteplass blant alle moderne kilder som produserer elektrisitet i store mengder. Dessuten er antall dødsfall under drift av kjernekraftverk noe lavere enn selv i mat- og tekstilindustrien.

Dette bildet har ikke endret seg selv når man tar i betraktning konsekvensene av Tsjernobyl-ulykken, den største i historien om utviklingen av kjernekraft. Det skjedde først og fremst på grunn av et grovt brudd på driftsreglene: reaktoren inneholdt et uakseptabelt lite antall kadmiumstenger, som hemmet reaksjonen. I tillegg hadde ikke stasjonen en beskyttelseshette for å hindre utslipp av radioaktive stoffer til atmosfæren. Som et resultat ble et av de verste alternativene realisert. Likevel oversteg ikke utslippet av radioaktive stoffer til atmosfæren 3,5 % av deres totale mengde akkumulert i reaktoren. Det er selvsagt ingen som tenker på at dette lar seg forene. Kjernekraftverks sikkerhetskontrollsystemer ble senere betydelig revidert. Stor forsknings- og utviklingsinnsats er for tiden rettet mot å øke deres ulykkesfrie drift. Reaktorkontrollen må være pålitelig blokkert både fra kriminell uaktsomhet og fra mulige ondsinnede planer fra terrorister. I tillegg vil alle nyoppførte stasjoner utstyres med beskyttelseshetter for å utelukke muligheten for at radioaktive stoffer kommer inn i miljø.

Ingen kommer til å bagatellisere farene ved atomreaktorer. Uansett om vi liker det eller ikke, fører all den akkumulerte erfaringen i utviklingen av sivilisasjonen uunngåelig til en viss konklusjon.

Aldri i menneskehetens historie har det vært et tilfelle hvor den nektet fremskritt bare fordi de utgjør en viss fare. Eksplosjoner av dampkjeler, jernbane- og flyulykker, bilulykker og elektriske støt har ikke ført til at menneskeheten forbyr bruken av disse tekniske midlene. Som et resultat økte intensiteten i arbeidet med å øke sikkerheten deres bare. Forbud fant kun sted for ulike typer våpen. Det samme er tilfellet med kjernekraft.

Vil det virkelig bygges nye atomkraftverk? Ja, dette er uunngåelig, siden allerede mer enn en fjerdedel av elektrisiteten som forbrukes av store byer (Moskva, St. Petersburg) produseres av atomkraftverk (i vestlige land dette tallet er høyere). Menneskeheten vil ikke lenger være i stand til å nekte denne nye typen energi. Med pålitelig organisert drift har kjernekraftverk utvilsomt fordel i forhold til termiske stasjoner som forbruker tog med hydrokarbondrivstoff og forurenser atmosfæren med forbrenningsprodukter av kull og olje.
Vannkraftverk gjør skog og dyrkbar mark til våtmarker og forstyrrer den naturlige biorytmen til alt liv på et stort territorium. Atomkraftverk er usammenlignbart mer praktiske i drift. De kan være plassert på steder fjernt fra kullforekomster og uten kilder til vannkraft. Kjernebrensel skiftes ikke mer enn én gang hver sjette måned. Drivstofforbruket kan vurderes ved hjelp av følgende indikator. Spaltningen av 1 g uranisotoper frigjør samme mengde energi som forbrenning av 2800 kg hydrokarbonbrensel. Med andre ord erstatter 1 kg kjernebrensel et tog med kull.

Samtidig inneholder verdens uranreserver millioner av ganger mer akkumulert energi enn energiressursene til eksisterende gass-, olje- og kullreserver. Atombrensel vil vare i titusenvis av år, gitt det stadig økende behovet for energikilder. Samtidig kan hydrokarbonråmaterialer brukes mye mer effektivt til syntese av ulike organiske produkter.

Spørsmålet oppstår umiddelbart om hva man skal gjøre med brukt kjernebrenselavfall. Mange har sikkert hørt om problemene med å grave ned slikt avfall. Intensiv vitenskapelige arbeider for å løse dette problemet (menneskeheten fanger vanligvis opp med en viss forsinkelse). En av de lovende måtene er bygging av atomreaktorer som reproduserer brensel. I konvensjonelle atomreaktorer er uranisotopen 238 U en slags ballast; hovedreaksjonen foregår med deltakelse av isotopen 235 U, som for øvrig er svært liten i naturlig uran (mindre enn 1%). Imidlertid kan lavaktive 238 U, som er i en viss mengde i en atomreaktor, fange opp deler av de frigjorte nøytronene, og til slutt danne plutonium 239 Pu, som i seg selv er et kjernebrensel, ikke mindre effektivt enn 235 U.

Planene for mange kjernefysiske transformasjoner er enkle og klare. To indekser er plassert foran symbolet på et kjemisk grunnstoff. Den øverste indikerer massen til kjernen, dvs. summen av protoner og nøytroner, den nedre indikerer antall protoner, dvs. den positive ladningen til kjernen. Når du skal skrive en reaksjonsligning, må du følge en enkel regel - de totale ladningene av protoner og elektroner på begge sider av ligningen må være like. I tillegg bør du kjenne til en av de enkle ligningene for kjernekjemi - et nøytron kan forfalle til et proton og et elektron: n 0 = s + + e – .

Slik ser ordningen for å konvertere 238 U til 239 Pu ut, takket være at det i fremtiden vil være mulig å bruke fullstendig alle reserver av naturlig uran som drivstoff:

Den første ligningen viser at et nøytron fanges opp av en urankjerne og det dannes en ekstremt ustabil uranisotop. Mellomstadiet er dannelsen og forfallet av en ustabil isotop av neptunium. I den andre og tredje ligningen omdannes et nøytron til et proton (som forblir i kjernen) og et elektron, som frigjøres i formen b - stråling. Dette er det tradisjonelle navnet på strømmen av elektroner som sendes ut av et radioaktivt stoff. Som et resultat dannes det en veldig stabil isotop av plutonium med en halveringstid på 24 tusen år, som kan brukes som kjernebrensel i de samme reaktorene.

Så problemet med destruksjon av avfall blir utsatt en stund, men er ikke helt fjernet, men det er i prinsippet løses.

Når reaktoren er i drift, forfaller urankjernen og danner radioaktive isotoper av forskjellige grunnstoffer med lavere masse. Hovedisotopene er kobolt 60 Co, strontium 90 Sr og cesium 137 Cs, promethium 147 Pm, technetium 99 Tc. Noen av dem har allerede funnet anvendelse, for eksempel i behandling av svulster (koboltpistoler), for stimulering av frø før såing, og til og med i rettsmedisin. Et annet bruksområde er sterilisering av mat og medisinske produkter, siden isotopene som sendes ut av disse b - og g - stråling fører ikke til at det oppstår radioaktivitet i det bestrålte stoffet.

Det er veldig attraktivt å kunne skape basert på slikt b -Emittere er kilder til elektrisitet. Under påvirkning b -stråler (dvs. strømmen av elektroner) i halvlederstoffer som silisium eller germanium, oppstår det en potensiell forskjell. Dette gjør det mulig å lage, for eksempel, basert på 147 Pm isotopen, langsiktige kilder til elektrisk strøm som fungerer uten opplading i mange år.

En atomreaktor kan brukes på samme måte som en slags reaksjonskolbe for rettet syntese av isotoper av ulike grunnstoffer, i tillegg til de som dannes ved spontant forfall. Ulike stoffer er plassert i spesielle kapsler i en atomreaktor, hvor de blir intensivt bestrålet med nøytroner, noe som resulterer i dannelsen av de tilsvarende isotoper. Oppnådd på denne måten g -aktive isotoper av thulium og ytterbium, samt teknetiumisotoper dannet i reaktorer, brukes til å lage kompakte mobile installasjoner som erstatter voluminøse røntgenmaskiner. De kan brukes ikke bare til diagnostikk for medisinske formål, men også for behovene til teknologi med det formål å oppdage feil på ulike strukturer og utstyr.

Dermed inneholder radioaktivt avfall ganske merkbare reserver av ubrukt energi, og metoder for utvinning vil bli ytterligere forbedret.

Oppsummer. Uran inntar en fremtredende plass blant alle andre elementer. Takket være ham ble det på 1900-tallet skapt en ny vitenskapelig retning - kjernefysikk - og en praktisk talt uuttømmelig energikilde ble oppdaget.

Det andre elementet som hevder en eksepsjonell rolle i det tjuende århundre er silisium. Å bevise dens betydning vil ikke være vanskelig, siden det ikke er forbundet med ulike mørke frykter, slik tilfellet er med uran. I andre halvdel av århundret ble voluminøse elektroniske datamaskiner med vakuumrør erstattet av kompakte datamaskiner. Hjernen til datamaskinen - prosessoren - er laget av ultrarent silisiumkrystall. Halvlederegenskapene til silisium gjorde det mulig å lage ultraraske dataenheter i miniatyr basert på det, som dannet grunnlaget for alle moderne datamaskiner. Dataproduksjon bruker selvfølgelig mye moderne teknologi og ulike stoffer, men siden vi kun snakker om kjemiske elementer, er den eksklusive rollen til silisium åpenbar.

Det er tydelig at vi nå er i startfasen av en kraftig utviklingsprosess - orkanspredningen av datamaskiner i bokstavelig talt alle områder av menneskelig aktivitet. Dette er ikke bare et stadium av teknologisk fremgang. Det observerte resultatet er mer imponerende enn i tilfellet med uran, siden det ikke bare er utvikling av nye tekniske midler, men også en endring i menneskehetens livsstil og tenkemåte.

Datamaskiner kommer inn i hjemmene med besluttsomhet og energi, og fengsler hvert familiemedlem, spesielt den yngre generasjonen. Foran våre øyne foregår til en viss grad prosessen med å restrukturere menneskelig psykologi. Datamaskiner erstatter gradvis TV-er og videospillere, siden de fleste bruker mesteparten av fritiden til dem. De åpner for fantastiske muligheter for kreativitet og fritid.

Datamaskinens evner er uvanlig store, og derfor blir de uunnværlige i arbeidet til forskere, forfattere, poeter, musikere, designere, sjakkspillere og fotografer. De har fullstendig fengslet fans av gåter og strategispill, så vel som de som ønsker å lære fremmedspråk og elskere av hjemmelaget mat. World Information Network Internett bokstavelig talt doblet egenskapene til datamaskiner. All informasjon og referansekilder, litterære og encyklopediske publikasjoner har blitt tilgjengelig; men det oppsto en eksepsjonell mulighet for kommunikasjon mellom mennesker knyttet til felles interesser. Som et resultat føler de fleste en følelse av hengivenhet for datamaskinen sin som kan sammenlignes med kjærligheten de har til kjæledyrene sine.

Det er umulig å ikke legge merke til de ekstra fordelene med silisium basert på dets halvlederegenskaper. Vi nevnte en av dem litt tidligere. Dette er en mulighet til å transformere b - stråling til elektrisitet. Den andre svært verdifulle egenskapen er realisert i solcellepaneler - evnen til å konvertere dagslys til elektrisk energi. Den brukes for tiden i enheter med lav effekt som kalkulatorer og for å drive romfartøy. I nær fremtid vil kraftigere solcellepaneler finne utbredt bruk i hverdagen.

Dermed invaderer silisium delvis selv energisektoren, der uran er lederen. Så den andre vinneren av konkurransen vår er silisium, som åpnet æraen for halvledere og datateknologi.

Konkurranse mellom kjemiske elementer kan ordnes i henhold til andre parametere. La oss stille spørsmålet annerledes. Hvilken av kjemiske elementer(la meg minne deg på at vi ikke vurderer kjemiske forbindelser) er det menneskeheten bruker mest? Tydeligvis den som produserer mest. For at konkurransen skal være rettferdig, la oss fjerne forskjellseffekten atommasser for elementer vil vi telle dem individuelt, det vil si at vi vil vurdere produksjonsvolumer uttrykt i mol.

Nedenfor er, i stigende rekkefølge, den gjennomsnittlige årlige produksjonen (i mol) av noen av de mest konsumerte elementene (1980-tallsnivåer):

W – 1,4 107; U – 2 10 8 ; Si – 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 ,

Karbon tok en dominerende plass takket være kull og petroleumskoks, hovedsakelig konsumert av metallurgi. Diamanter og grafitt utgjør bare en liten del av alt karbon som produseres og utvinnes. Hydrogen tok helt naturlig andreplassen, siden bruksområdene er ekstremt forskjellige: metallurgi, oljeraffinering, kjemisk og glassproduksjon, samt rakett. Jern tok en hederlig tredjeplass i vår konkurranse, til tross for sin ganske høye atommasse.

La meg minne deg på at vi sammenligner produksjonen av elementer uttrykt i mol. Hvis en sammenligning ble gjort i massetermer, da jern skulle vise seg å være den ubestridte lederen. Det har vært kjent for menneskeheten siden antikken, og dets rolle i utviklingen av fremskritt har stadig økt. Figurativt sett kan ovennevnte uran og silisium sammenlignes med de nye stjernene som blusset opp på himmelen på det tjuende århundre, mens jern er en pålitelig lyskilde som lyser opp hele sivilisasjonens vei i mange århundrer. Jern er kjernen i all moderne industri, og vi kan anta at denne rollen vil fortsette inn i det 21. århundre.

Det er interessant å sammenligne serien oppnådd ovenfor med utbredelsen av elementer i kloden. Her er de åtte vanligste elementene (i rekkefølge med økende molar overflod): Nei, Fe,H, Mg, Ca,Al, Si, O. Selvfølgelig er mønsteret annerledes. Naturen klarte ikke å påtvinge menneskeheten sine spilleregler. Vi forbruker mest av alt ikke det som er tilgjengelig i maksimal mengde, men det som er diktert av behovene til fremskritt.

Evnen til kjemiske elementer er langt fra å være helt uttømt. Jeg lurer på hvilken av dem som vil være den mest betydningsfulle i det 21. århundre? Det er knapt mulig å forutsi dette. La oss la denne saken være avgjort og oppsummert av de som skal feire 2101.

La oss gå tilbake til det periodiske systemet - en fantastisk katalog over kjemiske elementer. Nylig er det oftere avbildet i form av et utvidet bord. Denne konfigurasjonen er uten sammenligning mer visuell og praktisk. De horisontale radene, kalt perioder, ble lengre. I denne versjonen er det ikke lenger åtte grupper av elementer, som før, men atten. Begrepet "undergrupper" forsvinner, bare grupper gjenstår. Alle elementer av samme type (de er merket med individuell bakgrunnsfarge) er ordnet kompakt. Lantanider og aktinider, som før, plasseres på separate linjer.

La oss nå prøve å se inn i fremtiden. Hvordan vil det periodiske systemet fylles ut videre? Tabellen vist ovenfor ender med actinide lawrencium - nr. 103. La oss vurdere den nedre delen av tabellen mer detaljert, og introdusere elementer oppdaget de siste årene.

De kjemiske egenskapene til grunnstoff nr. 114, oppnådd i 1998, kan grovt forutsies ut fra dets plassering i det periodiske systemet. Dette er et intransisjonselement som ligger i karbongruppen, og dets egenskaper skal ligne blyet som ligger over det. Imidlertid er de kjemiske egenskapene til det nye elementet ikke tilgjengelige for direkte studier - elementet er fiksert i mengden av flere atomer og er kortvarig.

Det siste elementet mottatt i dag - nr. 118 - har alle de syv elektroniske nivåene helt fylt. Derfor er det ganske naturlig at det er i gruppen av inerte gasser - radon ligger over det. Dermed er den 7. perioden i det periodiske systemet fullført. Spektakulær finale av århundret!

Gjennom det tjuende århundre. Menneskeheten har stort sett fylt denne syvende perioden, og den strekker seg nå fra element nr. 87 - Frankrike - til det nylig syntetiserte elementet nr. 118 (noen elementer i denne perioden er ennå ikke oppnådd, slik som nr. 113, 115 og 117).

Øyeblikket kommer, i en viss forstand, høytidelig. Fra element nr. 119 i det periodiske systemet starter en ny, 8. periode. Denne hendelsen vil trolig lyse opp begynnelsen av neste århundre. Ordningen for gradvis ferdigstillelse av elektroniske skall er generelt klar. Alt vil bli spilt i henhold til et allerede kjent system: på et bestemt tidspunkt, f-elementer som tilsvarer lantanider, og deretter - analoger d-elementer kalt overgang. Det mest interessante er at elementene i den 8. perioden også vil begynne å fylle ut en ny, som ikke eksisterer for alle elementer mottatt i dag g-nivå. Så de vil dukke opp g-elementer som ikke har noen analoger i det periodiske systemet kjent for oss i dag. Det er grunn til å tro at de vil gå foran f-elementer.

En nøye undersøkelse av det periodiske systemet avslører en viss harmoni i det, som ikke umiddelbart er merkbart. Det er takket være denne harmonien at systemet har en viss prediktiv kraft. La oss bekrefte dette med flere eksempler.

La oss stille spørsmålet: hvor mange forventet g-elementer i 8. periode? En enkel beregning lar deg finne ut. Først, husk at elektroner er lokalisert på visse nivåer. Antall mulige nivåer for hvert element tilsvarer periodenummeret. Elektroniske nivåer er delt inn i undernivåer kalt orbitaler og betegnes med bokstaver i det latinske alfabetet s, p, d, f. Hvert nytt undernivå kan bare vises på et bestemt tidspunkt når atomnummeret når en viss verdi. Hvert undernivå (eller, med andre ord, hver orbital) kan ikke romme mer enn to elektroner. s- Hvert element kan bare ha en orbital; det har enten ett eller to elektroner. R-Det kan være tre orbitaler, derfor er det maksimalt mulige antallet elektroner i dem seks. Hvorfor R-kan det bare være tre orbitaler? Dette bestemmes av kvantemekanikkens lover. I vår samtale vil vi ikke fokusere på dette. d-Det kan bare være fem orbitaler, som betyr 10 elektroner.

Gruppenavn på elementer er gitt i samsvar med navnene på orbitaler. Elementer som er fylt med elektroner s- orbitaler kalles s-elementer, hvis de er fylt R-orbitaler, så dette R-elementer og så videre. Alt dette er tydelig synlig i tabellen, der for hver type element er den tilsvarende bakgrunnsfargen gitt. Dermed er det to i hver periode av tabellen s-elementer, seks hver p- elementer og ti d-elementer. Sjekk dette enkle mønsteret i tabellen ( d-elementer vises for første gang bare i 4. periode).

Du har sannsynligvis lagt merke til at antall mulige orbitaler når du går fra s- Til p- Og d- orbitaler har et enkelt mønster. Dette er en serie med oddetall: 1, 3, 5. Hvor mange mulige tall tror du det er? f-orbitaler? Logikken tilsier syv. Dette er sant, og de kan romme maksimalt 14 elektroner. Midler, f-elementer i en periode kan bare være 14. Dette er nøyaktig antall lantanider i tabellen. Aktinoider også f-elementer, og det er også 14. Nå er hovedspørsmålet: hvor mange kan det være g-orbitaler? La oss mentalt utvide tallserien: 1, 3, 5, 7. Derfor, g-orbitaler er ni, og antall mulige g-elementer - 18.

Så vi har svart på spørsmålet ovenfor. Alt dette kan bekreftes eksperimentelt bare i en fjern fremtid. Hva blir nummeret på den aller første? g- element? Det er ennå ikke mulig å svare entydig, siden rekkefølgen de elektroniske nivåene fylles ut i kanskje ikke er den samme som i den øvre delen av tabellen. I analogi med øyeblikket de dukker opp f-elementer, kan vi anta at dette blir element nr. 122.

La oss prøve å løse et annet problem. Hvor mange elementer vil det være i 8. periode? Siden tillegget av hvert elektron tilsvarer utseendet til et nytt grunnstoff, trenger du ganske enkelt å legge sammen det maksimale antallet elektroner i alle orbitaler fra s før g: 2 + 6 + 10 + 14 + 18 = 50. Lenge ble dette antatt, men databeregninger viser at det i 8. periode ikke vil være 50, men 46 elementer.

Så, den 8. perioden, som, som vi tror, ​​vil begynne å fylle i det 21. århundre, vil strekke seg fra element nr. 119 til nr. 164. Imidlertid er oppdagelsen av et nytt element en forventet ting, men ikke alltid forutsigbar , og derfor må man være forberedt på at element nr. 119 vil bli mottatt allerede før denne artikkelen faller i hendene på leseren, noe som vil legge enda større høytidelighet til øyeblikket av det nye århundrets inntog.

En nøye undersøkelse av det periodiske systemet lar oss legge merke til et annet enkelt mønster. R-Elementer vises først i den andre perioden, d-elementer - i 4., f-elementer – i 6. Resultatet er en serie med partall: 2, 4, 6. Dette mønsteret bestemmes av reglene for fylling av elektronskall. Nå bør du forstå hvorfor g- elementene vil dukke opp, som nevnt ovenfor, i 8. periode. En enkel fortsettelse av en serie med partall! Det finnes prognoser over lengre avstander, men de er basert på ganske komplekse beregninger. For eksempel er det vist at i 9. periode vil det bare være 8 elementer, som i 2. og 3., noe som er noe uventet.

Veldig interessant, finnes det teoretisk det siste elementet i det periodiske systemet? Moderne beregninger kan ennå ikke svare på dette spørsmålet, så det er ennå ikke løst av vitenskapen.

Vi har gått ganske langt i våre prognoser, kanskje til og med inn i det 22. århundre, noe som imidlertid er ganske forståelig. Å prøve å se inn i den fjerne fremtiden er et helt naturlig ønske for enhver person, spesielt i øyeblikket når ikke bare århundret, men også årtusenet endrer seg.

M.M.Levitsky

De siste tilleggene til det periodiske systemet er grunnstoffene 113 og 115, som ennå ikke har egne navn

Fremstilling av supertunge elementer 113 og 115 1. En stråle av kalsium-48-ioner (en vist) akselereres til høye hastigheter i en syklotron og rettes mot et americium-243-mål.

2. Målatomet er americium-243. En kjerne laget av protoner og nøytroner og en uklar elektronsky som omgir den

3. Akselerert kalsium-48-ion og målatom (americium-243) rett før kollisjon

4. I kollisjonsøyeblikket blir et nytt supertungt element med serienummer 115 født, som lever i bare ca. 0,09 sekunder

5. Element 115 henfaller til element 113, som allerede lever i 1,2 sekunder, og deretter langs en kjede av fire alfa-forfall, som varer i omtrent 20 sekunder

6. Spontan forfall av det siste leddet i kjeden av alfa-forfall - element 105 (dubnium) til to andre atomer

Forskere fra to ledende russiske og amerikanske kjernefysiske forskningssentre forlot våpenkappløpet og skapte til slutt to nye elementer. Hvis noen uavhengige forskere bekrefter resultatene deres, vil de nye elementene bli kalt "ununtrium" og "ununpentium". Kjemikere og fysikere rundt om i verden, som ikke tar hensyn til de stygge navnene, uttrykker glede over denne prestasjonen. Ken Moody, leder for det amerikanske teamet med base i Livermore nasjonalt laboratorium Lawrence, uttaler: "Nye perspektiver åpnes dermed for det periodiske system."

Det periodiske systemet som Moody referer til er en kjent plakat som pryder veggene i ethvert rom der mer enn to kjemikere kan møtes samtidig. Vi studerte det alle i kjemitimer på videregående skole eller ungdomsårene på universitetet. Denne tabellen ble laget for å forklare hvorfor ulike elementer kombineres på en måte og ikke på en annen måte. Kjemiske elementer er plassert i den i strengt samsvar med atomvekt og kjemiske egenskaper. Den relative posisjonen til et element hjelper til med å forutsi relasjonene det vil inngå med andre elementer. Etter opprettelsen av 113. og 115 totalt antall kjent for vitenskapen elementer nådde 116 (117, hvis vi teller elementet med serienummer 118, syntesen av dette ble allerede observert i Dubna i 2002, men denne oppdagelsen er ennå ikke offisielt bekreftet. - PM-redaktører).

Historien om opprettelsen av det periodiske systemet begynte i 1863 (men det ble gjort redde forsøk før: I 1817 prøvde I.V. Döbereiner å kombinere elementer til triader, og i 1843 prøvde L. Gmelin å utvide denne klassifiseringen med tetrader og pentader. - Redaksjonell "PM"), da den unge franske geologen Alexandre-Émile Beguyer de Chancourtois arrangerte alle elementene kjent på den tiden i en kjede i samsvar med deres atomvekt. Så viklet han et bånd med denne listen rundt sylinderen, og det viste seg at kjemisk like grunnstoffer stilte opp i kolonner. Sammenlignet med prøve- og feilmetoden - den eneste forskningstilnærming, som ble brukt av den tidens kjemikere - dette trikset med et bånd så ut som et radikalt skritt fremover, selv om det ikke ga alvorlige praktiske resultater.

Omtrent på samme tid ble den unge engelske kjemikeren John A.R. Newlands eksperimenterte på samme måte med relativ posisjon elementer. Han bemerket at kjemiske grupper gjentas hvert åttende element (som notater, og det er grunnen til at forfatteren kalte oppdagelsen hans "oktaverloven." - PM-redaktører). I troen på at en stor oppdagelse var i vente, leverte han stolt en melding til British Chemical Society. Akk! De eldre, mer konservative medlemmene av dette samfunnet drepte denne ideen, og erklærte den absurd, og i mange år ble den henvist til glemselen. (Du bør ikke klandre konservative forskere for mye - "oktavenes lov" forutsa riktig egenskapene til bare de første sytten elementene. - PM-redaktører).

Russisk vekkelse

På 1800-tallet var ikke utvekslingen av vitenskapelig informasjon så aktiv som nå. Derfor er det ikke overraskende at det gikk ytterligere fem år før gjenopplivingen av den glemte ideen. Denne gangen kom innsikten til den russiske kjemikeren Dmitrij Ivanovich Mendeleev og hans tyske kollega Julius Lothar Meyer. Ved å jobbe uavhengig av hverandre kom de opp med ideen om å ordne de kjemiske elementene i syv kolonner. Plasseringen av hvert element ble bestemt av dets kjemiske og fysiske egenskaper. Og her, som de Chancourtois og Newlands tidligere hadde lagt merke til, ble elementene spontant kombinert til grupper som kunne kalles «kjemiske familier».

Mendeleev klarte å se dypere inn i betydningen av det som skjedde. Resultatet ble en tabell med tomme celler som viser nøyaktig hvor man skal lete etter elementer som ennå ikke var oppdaget. Denne innsikten ser enda mer fantastisk ut hvis vi husker at forskerne på den tiden ikke hadde noen anelse om strukturen til atomer.

I løpet av det neste århundret ble det periodiske systemet mer og mer informativt. Fra det enkle diagrammet som er vist her, har det vokst til et stort ark, inkludert egenvekt, magnetiske egenskaper, smelte- og kokepunkter. Du kan også legge til informasjon om bygget her. elektronskall atom, samt en liste over atomvekter av isotoper, det vil si tyngre eller lettere tvillinger som mange grunnstoffer har.

Kunstige elementer

Den kanskje viktigste nyheten som de første versjonene av det periodiske systemet brakte til kjemikere var en indikasjon på hvor de ennå uoppdagede grunnstoffene befant seg.

På begynnelsen av 1900-tallet begynte det å vokse mistanke blant fysikere om at atomer ikke er strukturert i det hele tatt slik man ofte trodde. La oss starte med det faktum at dette ikke er monolittiske kuler i det hele tatt, men snarere volumetriske strukturer strukket ut i tomt rom. Jo klarere ideene om mikroverdenen ble, desto raskere ble de tomme cellene fylt.

Direkte indikasjoner på hullene i tabellen akselererte radikalt søket etter elementer som ennå ikke var oppdaget, men som faktisk var tilstede i naturen. Men da en nøyaktig teori ble dannet som tilstrekkelig beskrev strukturen til atomkjernen, ny tilnærmingå "fullføre" det periodiske systemet. En teknikk ble laget og testet for å lage "kunstige" eller "syntetiske" elementer ved å bestråle eksisterende metaller med strømmer av høyenergiske elementærpartikler.

Hvis du legger til elektrisk uladede nøytroner til kjernen, blir grunnstoffet tyngre, men dets kjemiske oppførsel endres ikke. Men etter hvert som atomvekten øker, blir grunnstoffer mer og mer ustabile og får evnen til å forfalle spontant. Når dette skjer, blir noen frie nøytroner og andre partikler spredt ut i det omkringliggende rommet, men de fleste av protonene, nøytronene og elektronene forblir på plass og omorganiseres i form av lettere grunnstoffer.

Nykommere på bordet

I februar fikk forskere fra LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) og det russiske felles instituttet for atomforskning (JINR), ved å bruke den ovenfor beskrevne atombombardementteknikken, to helt nye elementer.

Den første av disse, element 115, ble oppnådd etter at americium ble bombardert med en radioaktiv isotop av kalsium. (Til referanse, americium, et metall som ikke ofte finnes i hverdagen, brukes i røykdetektorer til vanlige brannalarmer.) Bombardementet produserte fire atomer av element 115, men etter 90 millisekunder gikk de i oppløsning for å skape en ny nyfødt - element 113. Disse fire atomer levde i nesten halvannet sekund før lettere grunnstoffer allerede kjent for vitenskapen ble dannet fra dem. Kunstige elementer har sjelden lang levetid - deres iboende ustabilitet er en konsekvens av det for store antallet protoner og nøytroner i kjernene deres.

Og nå - angående deres pinlige navn. For flere år siden, International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), med hovedkontor i Research Triangle Park, N.C. bestemte at nye kjemiske grunnstoffer skulle gis kulturnøytrale navn. Slik nøytralitet kan oppnås hvis du bruker den latinske uttalen av serienummeret til dette elementet i periodiske tabell. Dermed vil tallene 1, 1, 5 leses "un, un, pent", og endelsen "ium" legges til av hensyn til språklig sammenheng. (Et nøytralt latinsk navn og tilsvarende symbol på tre bokstaver gis til elementet midlertidig inntil International Union of Pure and Applied Chemistry godkjenner dets endelige navn. Organisasjonens retningslinjer, publisert i 2002, er at oppdagere har prioritet til å foreslå et navn for en nytt element , etter tradisjon kan elementer være oppkalt etter mytologiske hendelser eller karakterer (inkludert himmellegemer), mineraler, geografiske regioner, egenskapene til elementet, kjente forskere. - Redaksjon "PM").

Selv om disse nye elementene ikke lever veldig lenge og ikke finnes utenfor laboratorienes vegger, betyr opprettelsen deres fortsatt mer enn bare å fylle tomme celler og øke det totale antallet elementer kjent for vitenskapen. "Denne oppdagelsen lar oss utvide anvendeligheten til grunnleggende kjemiprinsipper," sier Livermore-sjef Moody, "og nye fremskritt innen kjemi fører til skapelse av nye materialer og utvikling av nye teknologier."

I en atomreaktor med nøytroner på flere MeV kan reaksjoner finne sted (n,p) og(n,a) . På denne måten dannes de fire viktigste radioaktive isotopene 14 C, 32 P, 35 S og 3 H ved reaksjonene:

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

I alle disse tilfellene dannes en radioaktiv isotop av et annet kjemisk grunnstoff fra et målelement, og dermed blir det mulig å isolere disse isotopene uten bærer eller med spesifisert radioaktivitet.

For å oppnå radionuklider, i tillegg til atomreaktorer, brukes andre kilder til bombarderende partikler og gammakvanter, hvis drift er basert på forekomsten av forskjellige kjernefysiske reaksjoner, mye. Kraftige strømmer av ladede partikler oppnås ved hjelp av akseleratorer(elektrostatiske, lineære og syklotroner, etc.), der ladede partikler akselereres under påvirkning av konstante eller vekslende felt. I elektrostatiske og lineære akseleratorer akselereres partikler av et enkelt elektrisk felt; i syklotroner virker også et magnetisk felt samtidig med det elektriske.

Ris. Synkrofasotron

For å produsere høyenerginøytroner brukes nøytrongeneratorer, som bruker kjernereaksjoner under påvirkning av ladede partikler, oftest deuteroner. (d, n) eller protoner (p, n).

Bruker hovedsakelig akseleratorer motta radionuklider med forskjellige Z.

Med boostere fremgang relatert senere år i syntesen av nye kjemiske elementer. Således, ved bestråling i en syklotron med alfapartikler med en energi på 41 MeV og en stråletetthet på 6 × 10 12 partikler/s einsteinia de første 17 atomene ble oppnådd mendelevium:

Deretter ga dette drivkraften til den intensive utviklingen av metoden for å akselerere flerladede ioner. Ved å bombardere uran-238 i en syklotron med karbonioner, ble californium oppnådd:

U(C6+,6n)Jf

Imidlertid gjorde lette prosjektiler - karbon- eller oksygenioner - det mulig å avansere kun til elementene 104-10. Over tid, for å syntetisere tyngre kjerner, ble isotoper med serienummer 106 og 107 oppnådd ved å bestråle stabile isotoper av bly og vismut med kromioner:

Pb(Cr,3n)Sg

209 83 B(Cr,2n)Bh

I 1985 ble det alfa-aktive elementet 108-hasium (Hs) oppnådd i Dubna. bestråling med Cf neon-22:

Cf(Ne+4n)Hs

Samme år, i laboratoriet til G. Seaborg, syntetiserte de 109 og 110 elementer ved bestråling av uran-235 med argonkjerner 40.

Syntesen av ytterligere elementer ble utført ved å bombardere U, curium-248, Es med Ca-kjerner.

Syntesen av element 114 ble utført i 1999 i Dubna ved fusjon av kalsium-48 og plutonium-244 kjerner. Den nye, supertunge kjernen avkjøles, sender ut 3-4 nøytroner, og forfaller deretter ved å sende ut alfapartikler til element 110.

For å syntetisere element 116 ble en fusjonsreaksjon mellom curium-248 og kalsium -48 utført. I 2000 ble dannelsen og forfallet av element 116 registrert tre ganger. Deretter, etter omtrent 0,05 s, forfaller kjernen til element 116 til element 114, etterfulgt av en kjede av alfa-forfall til element 110, som forfaller spontant.

Halveringstidene til de spontant råtnende nye elementene syntetisert var flere mikrosekunder. Det ser ut til at det blir meningsløst å fortsette syntesen av tyngre grunnstoffer, siden deres levetid og utbytte er for kort. Samtidig viste de oppdagede halveringstidene til disse grunnstoffene seg å være mye lengre enn forventet. Derfor kan det antas at man med en viss kombinasjon av protoner og nøytroner bør oppnå stabile kjerner med halveringstider på mange tusen år.

Og så, å skaffe isotoper som ikke finnes i naturen er en rent teknisk oppgave, siden teoretisk spørsmålet er klart. Du må ta et mål, bestråle det med en strøm av bombarderende partikler med passende energi, og raskt isolere den ønskede isotopen. Men å velge et passende mål og bombardere partikler er ikke så lett.

Fysikere fra Livermore National Laboratory i USA rapporterte i januar 2016 fremgang i treghetskontrollert termonukleær fusjon. Ved å bruke ny teknologi klarte forskerne å firedoble effektiviteten til slike installasjoner. Forskningsresultatene ble publisert i tidsskriftet Nature Physics, og ble kort rapportert av Livermore National Laboratory og University of California i San Diego. Lenta.ru snakker om nye prestasjoner.

Folk har lenge prøvd å finne et alternativ til hydrokarbonenergikilder (kull, olje og gass). Forbrenning av drivstoff forurenser miljøet. Dens reserver minker raskt. Veien ut av situasjonen - avhengighet av vannressurser, samt klima og vær - er etableringen av termonukleære kraftverk. For å gjøre dette er det nødvendig å oppnå kontrollerbarhet av termonukleære fusjonsreaksjoner, som frigjør energien som er nødvendig for mennesker.

I termonukleære reaktorer syntetiseres tunge grunnstoffer fra lette (dannelsen av helium som et resultat av fusjonen av deuterium og tritium). Konvensjonelle (atomreaktorer) jobber tvert imot på nedbrytningen av tunge kjerner til lettere. Men for fusjon er det nødvendig å varme opp hydrogenplasmaet til termonukleære temperaturer (omtrent det samme som i kjernen av solen - hundre millioner grader Celsius eller mer) og holde det i en likevektstilstand til en selvopprettholdende reaksjon oppstår.

Det jobbes på to lovende områder. Den første er forbundet med muligheten for å begrense oppvarmet plasma ved hjelp av magnetfelt. Reaktorer av denne typen inkluderer en tokamak (et toroidformet kammer med magnetiske spoler) og en stellarator. I en tokamak sendes en elektrisk strøm gjennom et plasma i form av en toroidal ledning; i en stellarator induseres et magnetfelt av eksterne spoler.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) under bygging i Frankrike er en tokamak, og Wendelstein 7-X, lansert i desember 2015 i Tyskland, er en stjernebilde.

Den andre lovende retningen for kontrollert termonukleær fusjon er assosiert med lasere. Fysikere foreslår å bruke laserstråling for raskt å varme opp og komprimere stoffet til de nødvendige temperaturene og tetthetene, slik at det, i tilstanden til treghetsbegrenset plasma, sikrer forekomsten av en termonukleær reaksjon.

Treghetskontrollert termonukleær fusjon innebærer bruk av to hovedmetoder for å tenne et forhåndskomprimert mål: støt - ved hjelp av en fokusert sjokkbølge, og rask - implosjon (eksplosjon innover) av et sfærisk hydrogenlag inne i målet. Hver av dem (i teorien) skal sikre optimal konvertering av laserenergi til pulserende energi og dens påfølgende overføring til et komprimert sfærisk termonukleært mål.

Installasjonen ved National Laser Fusion Facility i USA bruker den andre tilnærmingen, som innebærer å skille kompresjons- og oppvarmingsfasene. Dette, ifølge forskere, gjør det mulig å redusere tettheten til drivstoffet (eller dets masse) og gi høyere forsterkningsfaktorer. Oppvarming genereres av en kort puls fra en petawatt-laser: en intens elektronstråle overfører sin energi til målet. Eksperimentene rapportert i den siste studien ble utført i New York City ved OMEGA-60-anlegget ved University of Rochester Laser Energy Laboratory, som inkluderer 54 lasere med en total energi på 18 kilojoule.

Systemet studert av forskere er strukturert som følger. Målet er en plastkapsel med et tynt deuterium-tritium-lag påført den indre veggen. Når kapselen bestråles med lasere, utvider den seg og tvinger hydrogenet som befinner seg inne i den til å trekke seg sammen (i den første fasen), som varmes opp (i den andre fasen) til plasma. Plasma fra deuterium og tritium gir røntgenstråling og trykker på kapselen. Denne ordningen lar systemet ikke fordampe etter å ha blitt bestrålt av en laser og sikrer mer jevn oppvarming av plasmaet.

I sine eksperimenter introduserte forskere kobber i plastskallet. Når en laserstråle rettes mot kapselen, frigjør den raske elektroner, som treffer kobberindikatorene og får dem til å sende ut Røntgenstråler. For første gang var forskere i stand til å presentere en teknikk for å visualisere K-skallelektroner, som lar dem spore overføringen av energi av elektroner inne i kapselen og som et resultat mer nøyaktig beregne parametrene til systemet. Viktigheten av dette arbeidet er som følger.

Oppnåelse høy grad Kompresjon hindres av raske elektroner, hvis energi omdannes til en stor del av strålingen som absorberes av målet. Den frie banen til slike partikler faller sammen i rekkefølge med diameteren til målet, som et resultat av at det overopphetes for tidlig og ikke har tid til å komprimere til de nødvendige tetthetene. Studien gjorde det mulig å se inn i målet og spore prosessene som skjer der, og ga ny informasjon om laserparametrene som er nødvendige for optimal stråling av målet.

I tillegg til USA utføres det arbeid knyttet til treghetstermonukleær fusjon i Japan, Frankrike og Russland. I byen Sarov, Nizhny Novgorod-regionen, på grunnlag av All-Russian Scientific Research Institute of Experimental Physics, planlegges det i 2020 å sette i drift UFL-2M-laserinstallasjonen med to formål, som blant andre oppgaver, bør brukes til å studere forholdene for antennelse og forbrenning av termonukleært brensel.

Effektiviteten til en termonukleær reaksjon er definert som forholdet mellom energien som frigjøres i fusjonsreaksjonen til total energi brukt på å varme opp systemet til de nødvendige temperaturene. Hvis denne verdien er større enn én (ett hundre prosent), kan laserfusjonsreaktoren anses som vellykket. I eksperimenter klarte fysikere å overføre opptil syv prosent av energien til laserstråling til drivstoff. Dette er fire ganger effektiviteten til hurtigtenningssystemer som tidligere er oppnådd. Datamodellering lar deg forutsi en økning i effektivitet på opptil 15 prosent.

De publiserte resultatene øker oddsen for at den amerikanske kongressen vil utvide finansieringen til megajoule-anlegg som National Laser Fusion Facility i Livermore, som koster mer enn 4 milliarder dollar å bygge og vedlikeholde. Til tross for skepsisen som følger med fusjonsforskning, går det sakte men sikkert fremover. På dette området står forskerne ikke overfor grunnleggende, men teknologiske utfordringer som krever internasjonalt samarbeid og tilstrekkelig finansiering.

International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) har annonsert hvilke navn den anser som mest passende for de fire nye elementene i det periodiske systemet. Det anbefales å navngi en av dem til ære for den russiske fysikeren, akademikeren Yuri Oganesyan. Rett før dette møtte KSh-korrespondenten Yuri Tsolakovich og gjorde et langt intervju med ham. Men IUPAC ber forskerne om ikke å kommentere før 8. november, når de nye navnene offisielt vil bli annonsert. Uansett hvis navn som vises i det periodiske systemet, kan vi slå fast: Russland har blitt en av lederne i transuranløpet, som har pågått i mer enn et halvt århundre.

Yuri Oganesyan. Spesialist innen kjernefysikk, akademiker ved det russiske vitenskapsakademiet, vitenskapelig direktør for Laboratory of Nuclear Reactions ved JINR, leder for Institutt for kjernefysikk ved University of Dubna. Som student av Georgy Flerov deltok han i syntesen av rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium osv. Blant oppdagelsene i verdensklasse er den s.k. Kald fusjon kjerner, som viste seg å være et ekstremt nyttig verktøy for å lage nye elementer.

I de nedre linjene i det periodiske systemet kan du enkelt finne uran, dets atomnummer er 92. Alle påfølgende grunnstoffer eksisterer ikke i naturen nå og ble oppdaget som et resultat av svært komplekse eksperimenter.
Amerikanske fysikere Glenn Seaborg og Edwin MacMillan var de første som skapte et nytt element. Slik ble plutonium født i 1940. Senere, sammen med andre forskere, syntetiserte Seaborg americium, curium, berkelium... Selve faktumet med menneskeskapt utvidelse av det periodiske systemet er på en eller annen måte sammenlignbart med en flytur ut i verdensrommet.

De ledende landene i verden har gått inn i kappløpet om å lage supertunge kjerner (om ønskelig kan en analogi trekkes med månekappløpet, men her er det mer sannsynlig at landet vårt vinner). I USSR ble det første transuranelementet syntetisert i 1964 av forskere fra Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna, Moskva-regionen. Det var det 104. grunnstoffet - kalt rutherfordium. Prosjektet ble ledet av en av grunnleggerne av JINR, Georgiy Flerov. Navnet hans er også inkludert i tabellen: flerovium, 114. Og det 105. elementet ble kalt dubnium.

Yuri Oganesyan var elev av Flerov og deltok i syntesen av rutherfordium, og deretter dubnium, seaborgium, bohrium... Suksessene til våre fysikere gjorde Russland til en leder i transuranløpet sammen med USA, Tyskland, Japan (og kanskje først blant likeverdige).

De nye elementene det gjelder - 113, 115, 117, 118 - ble syntetisert i 2002–2009 ved JINR ved U-400 syklotronen. I akseleratorer av denne typen akselereres stråler av tungt ladede partikler - protoner og ioner - ved hjelp av høyfrekvente elektrisk felt, for deretter å kollidere dem med hverandre eller med et mål og studere produktene av deres forfall.

Alle eksperimentene ble utført av internasjonale samarbeid nesten samtidig i forskjellige land. For eksempel syntetiserte forskere fra det japanske RIKEN-instituttet det 113. elementet uavhengig av de andre. Som et resultat ble åpningsprioriteten gitt til dem.

Et nytt kjemisk grunnstoff får først et midlertidig navn, avledet fra det latinske tallet. For eksempel er ununoctium "ett hundre og attende". Deretter sender det vitenskapelige teamet - forfatteren av oppdagelsen - sine forslag til IUPAC. Kommisjonen vurderer argumentene for og imot. Spesielt anbefaler hun å følge følgende regler: "Nyoppdagede elementer kan ha navn: (a) etter en mytologisk karakter eller et konsept (inkludert et astronomisk objekt); (b) ved navn på et mineral eller lignende stoff; (c) ved navn på en lokalitet eller geografisk område; (d) i samsvar med egenskapene til elementet eller (e) ved navnet på forskeren ..."

Navn skal være enkle å uttale på de fleste språk. kjente språk og inneholder informasjon som gjør at et element kan klassifiseres entydig. For eksempel har alle transuraner symboler på to bokstaver og slutter på "-iy" hvis de er metaller: rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium...

Om de to nye elementene (115 og 118) vil få "russiske" navn vil bli klart i november. Men det er fortsatt mange eksperimenter fremover, for ifølge hypotesen om stabilitetsøyer er det tyngre grunnstoffer som kan eksistere i relativt lang tid. De prøver til og med å finne slike elementer i naturen, men det ville vært mer nøyaktig om Oganesyan syntetiserer dem med en akselerator.

Dossier om nye elementer

Serienummer: 113

Hvordan og av hvem ble det oppdaget: et mål av americium-243 ble bombardert med kalsium-48-ioner og ununpentium-isotoper ble oppnådd, som forfalt til isotoper av element 113. Syntetisert i 2003.

Åpningsprioritet: Institutt for fysisk og kjemisk forskning (RIKEN), Japan.

Nåværende navn: ununry.

Tiltenkte egenskaper: tungt smeltbart metall.

Foreslått navn: nihonium (Nh). Dette elementet var det første som ble oppdaget i Asia generelt og Japan spesielt. "Nihonii" er ett av to alternativer for landets selvnavn. "Nihon" oversettes til "land av den stigende solen."

Serienummer: 115

Hvordan og av hvem ble det oppdaget: americium-243-målet ble bombardert med kalsium-48-ioner. Syntetisert i 2003. Prioritet i funn: samarbeid bestående av JINR (Russland), Livermore National Laboratory (USA) og Oak Ridge National Laboratory (USA).

Nåværende navn: ununpentium.

Tiltenkte egenskaper: metall som ligner på vismut.

Foreslått navn: moscovium (Moscovium, Mc). IUPAC godkjente navnet "Moskva" til ære for Moskva-regionen, hvor Dubna og JINR er lokalisert. Dermed kan denne russiske byen sette sitt preg på det periodiske systemet for andre gang: dubnium har lenge offisielt blitt kalt det 105. grunnstoffet.

Serienummer: 117

Hvordan og av hvem ble det oppdaget: et berkelium-249-mål ble bombardert med kalsium-48-ioner. Syntetisert i 2009. Prioritet for funn: JINR, Livermore, Oak Ridge.

Nåværende navn: ununseptium.

Tiltenkte egenskaper: refererer formelt til halogener som jod. De faktiske eiendommene er ennå ikke fastlagt. Mest sannsynlig kombinerer det egenskapene til et metall og et ikke-metall.

Foreslått navn: Tennessine (Ts). Som en anerkjennelse for bidragene fra staten Tennessee, USA, inkludert Oak Ridge National Laboratory, Vanderbilt University og University of Tennessee, til syntesen av transuraner.

Serienummer: 118

Hvordan og av hvem ble det oppdaget: et californium-249-mål ble bombardert med kalsium-48. Syntetisert i 2002. Prioritet i oppdagelse: JINR, Livermore.

Nåværende navn: ununoctium.

Tiltenkte egenskaper: Av kjemiske egenskaper refererer til inerte gasser.

Foreslått navn: oganesson (Oganesson, Og). Til ære for vitenskapelig veileder Laboratory of Nuclear Reactions av JINR Yuri Oganesyan, som ga et stort bidrag til studiet av supertunge elementer. Offentlig diskusjon om mulige navn vil vare frem til 8. november, hvoretter kommisjonen tar en endelig avgjørelse.

på "Schrodinger's Cat"