Umelo vytvorené prvky. Prečo syntetizovať nové chemické prvky? Prístupné o komplexe

14.1 Etapy syntézy prvkov

Na vysvetlenie prevalencie rôznych chemických prvkov a ich izotopov v prírode Gamow navrhol v roku 1948 model horúceho vesmíru. Podľa tohto modelu všetky chemické prvky vznikli v čase Veľkého tresku. Toto tvrdenie však bolo následne vyvrátené. Je dokázané, že v čase Veľkého tresku mohli vznikať len ľahké prvky, kým ťažšie vznikali v procesoch nukleosyntézy. Tieto pozície sú formulované v modeli veľkého tresku (pozri bod 15).
Podľa modelu Veľkého tresku sa tvorba chemických prvkov začala počiatočnou jadrovou fúziou ľahkých prvkov (H, D, 3 He, 4 He, 7 Li) 100 sekúnd po Veľkom tresku pri vesmírnej teplote 10 9 K.
Experimentálnym základom modelu je rozpínanie vesmíru pozorované na základe červeného posunu, počiatočnej syntézy prvkov a žiarenia kozmického pozadia.
Veľkou výhodou modelu Veľkého tresku je predpoveď hojnosti D, He a Li, ktoré sa od seba líšia o mnoho rádov.
Experimentálne údaje o množstve prvkov v našej Galaxii ukázali, že atómy vodíka sú 92%, hélium - 8% a ťažšie jadrá - 1 atóm na 1000, čo je v súlade s predpoveďami modelu Veľkého tresku.

14.2 Jadrová fúzia - syntéza svetelných prvkov (H, D, 3 He, 4 He, 7 Li) v ranom vesmíre.

• Množstvo 4 He alebo jeho relatívny podiel v hmotnosti vesmíru je Y = 0,23 ± 0,02. Najmenej polovica hélia vyprodukovaného pri Veľkom tresku sa nachádza v medzigalaktickom priestore.
• Pôvodné deutérium existuje iba vo vnútri hviezd a rýchlo sa mení na 3 He.
  Údaje z pozorovania poskytujú nasledujúce limity množstva deutéria a He vo vzťahu k vodíku:

10-5 ≤ D/H ≤ 2 10-4 a
1,2 10-5 ≤ 3 He/H ≤ 1,5 10-4,

navyše pozorovaný pomer D/H je len zlomkom ƒ z počiatočnej hodnoty: D/H = ƒ(D/H) počiatočné. Pretože sa deutérium rýchlo mení na 3 He, získa sa nasledujúci odhad množstva:

[(D + 3 He)/H] počiatočné < 10-4.

• Je ťažké zmerať početnosť 7 Li, ale používajú sa údaje o štúdiu hviezdnych atmosfér a závislosti množstva 7 Li od efektívnej teploty. Ukazuje sa, že počnúc teplotou 5,5 · 10 3 K zostáva množstvo 7 Li konštantné. Najlepší odhad priemerného množstva 7 Li je:

7 Li/H = (1,6 ± 0,1)10-10.

• Množstvo ťažších prvkov ako 9 Be, 10 V a 11 V je o niekoľko rádov menšie. Prevalencia je teda 9 Be/N< 2.5·10 -12 .

14.3 Syntéza jadier hviezd hlavnej postupnosti v T< 108 K

K syntéze hélia v hviezdach hlavnej postupnosti v pp- a CN-cykloch dochádza pri teplote T ~ 10 7 ÷7·10 7 K. Vodík sa spracováva na hélium. Vznikajú jadrá ľahkých prvkov: 2 H, 3 He, 7 Li, 7 Be, 8 Be, ale je ich málo kvôli tomu, že následne vstupujú do jadrových reakcií a jadro 8 Be sa takmer okamžite rozpadá v dôsledku krátka životnosť (~ 10 -16 s)

8 Buď → 4 On + 4 On.

Zdalo sa, že proces syntézy sa musí zastaviť, ale príroda našla riešenie.
Keď T > 7 10 7 K, hélium "vyhorí", ktoré sa menia na uhlíkové jadrá. Dochádza k trojitej reakcii hélia - "Héliový záblesk" - 3α → 12 C, ale jej prierez je veľmi malý a proces tvorby 12 C prebieha v dvoch fázach.
K fúznej reakcii jadier 8Be a 4He dochádza za vzniku 12C* uhlíkového jadra v excitovanom stave, čo je možné vďaka prítomnosti hladiny 7,68 MeV v uhlíkovom jadre, t.j. reakcia prebieha:

8 Be + 4 He → 12 C* → 12 C + γ.

Existencia energetickej hladiny jadra 12 C (7,68 MeV) pomáha obísť krátku životnosť 8 Be. V dôsledku prítomnosti tejto úrovne sa vyskytuje jadro 12 C Breit-Wignerova rezonancia. 12C jadro prechádza na excitovanú úroveň s energiou ΔW = ΔM + ε,
kde εM = (M 8Be − M 4He) − M 12C = 7,4 MeV a ε je kompenzované kinetickou energiou.
Túto reakciu predpovedal astrofyzik Hoyle a následne ju reprodukoval v laboratóriu. Potom začnú reakcie:

12 C + 4 He → 16 0 + γ
16 0 + 4 He → 20 Ne + γ a tak ďalej až do A ~ 20.

Takže požadovaná úroveň jadra 12 C umožnila prekonať úzke miesto v termonukleárnej fúzii prvkov.
Jadro 16O nemá také energetické hladiny a reakcia tvorby 16O je veľmi pomalá

12 C + 4 He → 16 0 + γ.

Tieto vlastnosti priebehu reakcií viedli k najdôležitejším dôsledkom: vďaka nim sa to ukázalo rovnaké číslo 12 C a 16 0 jadier, čím sa vytvorili priaznivé podmienky pre vznik organických molekúl, t.j. života.
Zmena hladiny 12 C o 5 % by viedla ku katastrofe – zastavila by sa ďalšia syntéza prvkov. Ale keďže sa to nestalo, potom sa tvoria jadrá s A v rozsahu

A = 25÷32

To vedie k hodnotám A

Všetky jadrá Fe, Co, Cr vznikajú termonukleárnou fúziou.

Na základe existencie týchto procesov je možné vypočítať množstvo jadier vo vesmíre.
Informácie o množstve prvkov v prírode sa získavajú zo spektrálnej analýzy Slnka a hviezd, ako aj kozmického žiarenia. Na obr. 99 ukazuje intenzitu jadier pri rôznych hodnotách A.

Ryža. 99: Množstvo prvkov vo vesmíre.

Vodík H je najrozšírenejším prvkom vo vesmíre. Lítium Li, berýlium Be a bór B sú o 4 rády menšie ako susedné jadrá a o 8 rádov menšie ako H a He.
Li, Be, B sú dobré palivá, rýchlo horia už pri T ~ 10 7 K.
Je ťažšie vysvetliť, prečo stále existujú - pravdepodobne kvôli procesu fragmentácie ťažších jadier v štádiu protohviezd.
IN kozmické lúče Jadrá Li, Be, B sú oveľa väčšie, čo je aj dôsledkom procesov fragmentácie ťažších jadier pri ich interakcii s medzihviezdnym prostredím.
12 C ÷ 16 O je výsledkom héliového záblesku a existencie rezonančnej hladiny v 12 C a neprítomnosti jednej v 16 O, ktorej jadro je tiež dvojnásobnou mágiou. 12 C - polomagické jadro.
Maximálny počet jadier železa je teda 56 Fe a potom prudký pokles.
Pre A > 60 je syntéza energeticky nepriaznivá.

14.5 Tvorba jadier ťažších ako železo

Frakcia jadier s A > 90 je malá - 10 -10 jadier vodíka. Procesy tvorby jadier sú spojené s vedľajšími reakciami vyskytujúcimi sa vo hviezdach. Existujú dva takéto procesy:
s (pomalý) – pomalý proces,
r (rýchly) je rýchly proces.
Oba tieto procesy sú spojené s zachytávanie neutrónov tie. je potrebné, aby nastali podmienky, za ktorých vzniká veľa neutrónov. Neutróny vznikajú pri všetkých spaľovacích reakciách.

13 C + 4 He → 16 0 + n - spaľovanie hélia,
12 C + 12 C → 23 Mg + n - uhlíkový záblesk,
16 O + 16 O → 31 S + n − kyslíkový záblesk,
21 Ne + 4 He → 24 Mg + n − reakcia s α-časticami.

V dôsledku toho sa neutrónové pozadie hromadí a môžu nastať s- a r-procesy – záchyt neutrónov. Keď sa neutróny zachytia, vytvoria sa jadrá bohaté na neutróny a potom dôjde k β-rozpadu. Mení ich na ťažšie jadrá.

"MYSLENIE NAHLAS"

VEDECKÝ ROMÁN NA ZÁKLADE VEDECKEJ TEÓRIE
VESMÍR, NEUTTRÓNOVÁ FYZIKA A NEUTTRÓNOVÁ CHÉMIA

Valerij Fedorovič Andrus

"Našou úlohou je vyvinúť prostriedky na získavanie energie zo zásob, ktoré sú večné a nevyčerpateľné, vyvinúť metódy, ktoré nevyužívajú spotrebu a spotrebu žiadnych „materiálových“ nosičov. Teraz sme si úplne istí, že realizácia tejto myšlienky nie je ďaleko. : možnosti rozvoja tohto konceptu spočívajú práve vo využití čistej energie okolitého vesmíru na prevádzku motorov kdekoľvek na planéte...“

(Tesla, 1897)

Zanechať komentár

Ak chcete začať, stiahnite si tabuľku transformácií chemických prvkov

A

Oboznámte sa so základnými pojmami neutrónovej fyziky

JADROVÁ CHÉMIA
SYNTÉZA PRVKOV Z POZÍCIE NEUTRÓNOVEJ FYZIKY

Hovorili sme o umelej syntéze prvkov a poznamenali sme, že to nie sú prvky, ale molekuly a dokonca zliatiny. Na prvý pohľad sa môže zdať, že ide o hypotézu a situácia je akosi iná. Aby sme ukončili „i“ v týchto argumentoch, prejdime k jadrovej chémii.

“... Predmetom jadrovej chémie sú reakcie, pri ktorých dochádza k premene prvkov, t.j. zmena v jadrách ich atómov.

Spontánny rozpad rádioaktívnych atómov, o ktorom sme hovorili vyššie (k tomu sa ešte vrátime), je jadrová reakcia, pri ktorej je počiatočné jedno jadro. Známe sú aj ďalšie reakcie, pri ktorých s jadrom reagujú protón p, deuterón (jadro atómu deutéria 1 2 H) d, alfa častica α, neutrón n alebo fotón γ (spravidla gama lúče). Bolo tiež možné vyvolať atómové premeny pôsobením rýchlych elektrónov. Namiesto α-častíc (jadrá 4 He) sa niekedy používajú jadrá ľahšieho izotopu hélia 3 He. V poslednej dobe sa na bombardovanie atómových jadier čoraz viac využívajú zrýchlené jadrá ťažších prvkov až po neón.

Prvá jadrová reakcia uskutočnená v laboratóriu bola reakcia (Rutherford, 1919).

Pri tejto reakcii reaguje jadro dusíka s jadrom hélia, ktoré má významnú kinetickú energiu. V dôsledku zrážky sa vytvoria dve nové jadrá: kyslík 17 O a vodík 1 H. Jadro 17 O je stabilné, takže táto reakcia nevedie k objaveniu sa umelej rádioaktivity. Vo väčšine jadrových reakcií sa vytvárajú nestabilné izotopy, ktoré sa potom sériou rádioaktívnych premien premieňajú na stabilné izotopy ... “

Pre pohodlie a kontrast rozdelíme materiál na malé kúsky s vysvetleniami.

Nemáme jadrá, ale existuje šesťcípy ježko dusíka (14 N), ktorý je bombardovaný ježkom hélia (4 He) pozostávajúcim z atómu vodíka a šiestich pätíc neutrónov pozdĺž „rovín“ kocka.

Vzhľadom na konečný výsledok reakcie môžeme s istotou povedať nasledovné:

Hedgehog Dusík so šiestimi ihlami pripojenými ku každej ihle jedna päťka s relatívnou hmotnosťou 0,5, výsledkom čoho je ježko s relatívnou hmotnosťou 17 - Kyslík. Vieme, že každá nová vrstva pätiek je novým prvkom.

Mohol by dusíkatý ježko získať všetkých šesť pätiek v dôsledku zničenia jedného héliového ježka? Samozrejme, že nemohol. Na získanie jedného kyslíkového ježka bolo potrebné zničiť mnoho héliových ježkov, čím sa vytvoril tok neutrónov podobný gravitačnému, s rovnakým vzorom rastu ježka. Toto prúdenie sa nemohlo zhodovať s gravitačným. V dôsledku zničenia hélia zostali niektoré kocky vodíka nedotknuté. Nadbytočné neutróny sú buď voľné tepelné nosiče alebo žiarenie. Výsledkom reakcie je požadovaná rovnica, ktorá nezodpovedá skutočnosti, pretože sa neberú do úvahy nadbytočné neutróny toku. Dúfam, že si pamätáte, že NF neutrón má 9-krát menšiu hmotnosť ako ten, s ktorým sa porovnávajú reakcie. Pokračujme.

„...Podľa Remyho možno jadrové reakcie klasifikovať analogicky s bežnými chemické reakcie.

Pri väčšine umelých jadrových premien dochádza k takzvaným vytesňovacím alebo substitučným reakciám. Napríklad:

Pri písaní jadrových reakcií často používajú skrátenú notáciu, v ktorej sú bombardovacie a vyraďovacie častice oddelené čiarkou a uzavreté v zátvorkách, pred ktorými je napísaný symbol originálu a za - výsledný atóm. Napríklad vyššie uvedenú reakciu, ktorú prvýkrát uskutočnil Rutherford, možno zapísať ako: 14 N( b p) 170.

V takomto zápise uvádzame viac príkladov jadrových substitučných reakcií, ku ktorým dochádza pri bombardovaní zrýchlenými časticami hliník:

17AL(d,α) 25Mg, 27AL(d,p) 28AL, 27AL(d,n) 28Si, 27AL(p,α) 24Mg, 27AL(n,p) 27Mg...“

Táto pasáž sa zaoberá substitučnými reakciami. Z pohľadu ježkovho modelu tu neexistujú žiadne substitučné reakcie. Počas bombardovania prichádza ježko alebo jeho úplne normálny rast, rovnaký ako v prírode, alebo strata nejakých pätiek v ihličí. Pri znalosti materiálu prezentovaného v knihe je možné napísať kompletné série takýchto reakcií bez jedinej medzery a všetky už boli buď získané, alebo sa dajú získať so 100% pravdepodobnosťou.

“... V dôsledku adičnej reakcie je bombardujúca častica zachytená jadrom, ktoré naopak nevyžaruje žiadnu ďalšiu časticu a uvoľnená energia sa v tomto prípade uvoľňuje vo forme γ-žiarenia, Napríklad:

27\AL(n,γ) 28 AL, 7 Li(p,γ) 8 Be...”

Ide o rovnaký proces normálneho rastu ježka, v dôsledku ktorého boli niektoré neutróny zničené na fragmenty γ-žiarenia.

“... Jadrové disociačné reakcie (ako aj reakcie tepelnej disociácie molekúl) sú spôsobené kinetickou energiou zrážaných častíc. Napríklad: 79Br(n,2n) 78Br, 2H( b,n a b 1H, 2H (g, n) 1H.

Poslednou reakciou je fotochemická reakcia, t.j. spôsobené pôsobením elektromagnetického žiarenia, jadrová disociácia.

V súčasnosti je známych niekoľko reverzibilných reakcií:

Všetky reakcie sú neutrónovou interakciou ježka objektu – cieľa, ktorý je v umelom toku alebo fragmentoch neutrónov (γ), prípadne neutrónov alebo iných ježkov, s bombardujúcim objektom. Ak je tok hotových neutrónov dostatočne hustý, vytvorí päťky a ježko vyrastie.

Ak je neutrónový tok rozptýlený alebo ho treba získať najskôr zničením bombardujúceho ježka, potom cieľový ježko stratí svoje päťky.

Disociačná reakcia je prechodný stav toku medzi hustým a difúznym.

Už sme hovorili o reakciách umelej fúzie a štiepenia, ale ako hovoria Američania, moje slovo proti vášmu nemusí nič znamenať a potom si každý zostane podľa svojho. Štiepna reakcia, ktorá bude teraz uvedená, však zásadne dokáže, že názory NF sú správne.

Uvažujme o jednej z reakcií štiepenia uránu-235, používaného v jadrovej energetike, v dôsledku absorpcie neutrónu.

110 54 Xe – β -110 55 Cs – β- 110 56 Ba – β–110 57 Za – β–110 58 Ce stabilné jadro

235 92 U + 1 0 n → 5 1 0 n

91 36 Kg – β–91 37 Rb – β–91 38 Sr – β–91 39 – β–91 40 Zr stabilné jadro

Táto reakcia je symbolom triumfu NF. Ako už bolo uvedené, v dôsledku syntézy sa nezískajú prvky, ale molekuly a urán - 235 v dôsledku štiepenia ukázal, že ide o zliatinu Ce a Zg. Ani teoreticky je nemožné získať z jedného ježka delením dvoch ježkov. Nasledujú obvyklé transformácie toku neutrónov podľa NF (β-žiarenia).

Toto je najvýraznejší príklad, ktorý ukazuje, že sme sa ešte nenaučili rozlišovať medzi prvkom a molekulou a ešte viac zliatinami. Preto je tabuľka prvkov, najmä po technéciu, tabuľkou molekúl (zliatin)!

Čo je molekula U=XeKg? Prečo je taká odolná? Je možné získať Urán z iných základných prvkov?

Začnime poslednou otázkou. Ak sa Urán považuje za súčet relatívnych hmotností, potom ho, samozrejme, možno získať z mnohých variantov pojmov. Pre nás však budú vyzerať všetky rovnako, keďže ich nerozlišujeme. Keď sa s ním budú robiť všelijaké výskumy, vždy bude vyzerať ako niekto, pre nás zrozumiteľnejší, ako sa nám zdá. Urán má šedú kovovú farbu, čo naznačuje, že ihly jeho prvkov majú veľa opačne skrútených pätiek a rôznych ježkov s rôznym spinom neutrónov. Hustota Uránu sa blíži k hranici - 19,04 g / cm W - to je znak "vzdušných štruktúr". Teplota topenia Uránu je + 1130 °С a xenónu - 111,5 °С a Kryptónu - 156,6 °С. Molekula dvoch prvkov Xe a Kr sa v zásade nemôže roztaviť. + 1130 °C a ešte viac, aby sa vytvorila „vzduchová štruktúra“.

Teraz sa pozrime bližšie na konečné produkty reakcie Ce a Zr.

Cer má striebristo bielu farbu, t. = 804 °C, g = 6,77 g/cm3.

Zirkón - striebristo biela farba, t. = 1852 °С, g = 6,52 g/cm3

Na získanie charakteristík Uránu musí molekula pozostávať z céru a zirkónu a spojenie ihiel musí vytvárať nie kubickú mriežku, ale kosoštvorcovú. Potom sa objaví sivastá farba, zvýši sa „vzdušnosť mriežky“ a hustoty tm. blíži k priemeru. Neutrónový zákrut zirkónu sa zníži, zatiaľ čo zákrut céru sa zvýši. Táto reakcia sa dá napísať

U \u003d Ce Zr 4 - originálny produkt (zliatina Ce 20 Zr 80)

Urán bol získaný ako výsledok sedimentárnych väzieb so štvorihlovými spojmi len so správnou kosoštvorcovou konštrukciou.

Poďme si to zhrnúť:

Fúzna reakcia je spojenie dvoch alebo viacerých prvkov do molekuly v prchavom procese, ktorý nahrádza pomalý sedimentačný proces v prírode s ich čiastočným zničením.

Štiepna reakcia je prechodné roztrhnutie molekuly na dva alebo viac prvkov s ich čiastočnou deštrukciou. Počet konečných prvkov sa rovná počtu počiatočných prvkov v molekule.

Ako vidíte, tabuľka prvkov bude musieť ešte trpieť.

Späť k jadrovej reakcii

Tu sa uhlík získava v dôsledku útoku Bohrových α-paketov. Bór tiež sedí v berýliovej klietke a má tri päťky v ihliciach. Obaja sú zjavne na nesprávnom mieste. Pozeráme sa na tabuľku D.I. Mendelejev a vidieť hustotu v rozsahu 1,5 ÷ 2,5 g / cm 3 pre 11 prvkov (Be, B, C, Mg, Si, P, S, Cl, Ar, Ca, Cs).

Cézium (Cs) je 55. prvok s dĺžkou ihličiek podľa relatívnej hmotnosti rovnajúcou sa 44 pätám pri hustote g = 1,959 g/cm 3 . Podľa neutrónovej logiky by mal stáť pred bórom a uhlíkom a mať dĺžku ihly dve päťky a byť v zemskej atmosfére beztiažový, čo v praxi všetky tri prvky nemajú.

V analýze karbidov, ktorá nebude uvedená, uhlík leží medzi zirkónom (Zr) a nióbom (Nb). Posledný (Nb) podľa tabuľky transformácií sa nachádza v poslednej bunke zirkónu (Zr).

Dĺžka ihiel Carbon by mala byť okolo 30 pätiek. Len v tomto prípade môže diamant prijať kanály prepichnuté lanami Svetla ako laserový lúč s hrúbkou posledných až 30 vlákien v jednom lane.

Prvý spôsob, ako získať malé diamanty vhodné pre diamanty, je nasledujúci:

Jemne rozptýlený grafitový prášok sa naleje do nádoby s vodou, ktorá sa nechá pokojne usadiť.

Keď sa všetok prášok usadí na dne, voda sa odstráni najpokojnejším spôsobom.

Lisovanú škridlu je potrebné ohrievať pomocou HDTV (vysokofrekvenčné prúdy) v stlačenom stave na maximálnu teplotu, najlepšie do 3000 °C a udržiavať.

Umiestnite horúcu dlaždicu pod laser, ktorý by mal prechádzať jeho lúčom riadok po riadku, ako skenovanie snímok na televízore.

Pomalý a jemný proces vytvorí kryštály s hrúbkou dlaždice. Zároveň je možné priehľadnosť kontrolovať aj opakovaním prechodu laserového lúča.

Na získanie veľkých a veľmi veľkých diamantov musí byť celý proces na cieľovej čiare vykonaný ešte pomalšie. Opakujeme prvé štyri technologické body. Tvar grafitu musí zodpovedať tvaru budúceho diamantu.

Horúci grafit je umiestnený v hlbokomraziacej komore v nastaviteľnom trepacom mechanizme a teplota v komore je prudko znížená na hodnotu blízku -260 ° C. Tým sa dosiahne šokový tepelný tok zo stredu obrobku na povrch , ktorý jemne zničí niektoré kĺby. Po úplnom ochladení vykonávame jemné trasenie, kým nie je obrobok úplne priehľadný. V dôsledku trasenia dostane diamantová štruktúra, ktorá je úplne prepojená, najmenšie vibrácie. Grafit, ktorý nie je spojený vertikálne, bude mať voľný výkyv, čo povedie k odlomeniu ihiel a otvoreniu kanálov pre laná Svetla.

Ak sa spýtate vedcov, ktorý z objavov XX storočia. čo je najdôležitejšie, potom sotva niekto zabudne pomenovať umelú syntézu chemických prvkov. vzadu krátkodobý- menej ako 40 rokov - zoznam známych chemických prvkov vzrástol o 18 mien. A všetkých 18 bolo syntetizovaných, pripravených umelo.

Slovo "syntéza" zvyčajne znamená proces získavania z jednoduchého komplexu. Napríklad interakcia síry s kyslíkom je chemická syntéza oxidu siričitého SO 2 z prvkov.

Syntézu prvkov možno chápať takto: umelá výroba prvku s nižším jadrovým nábojom, nižšie sériové číslo prvku s vyšším výrobným číslom z prvku s nižším jadrovým nábojom. A proces získavania sa nazýva jadrová reakcia. Jeho rovnica sa píše rovnakým spôsobom ako rovnica bežnej chemickej reakcie. Reaktanty sú vľavo a produkty vpravo. Reaktanty v jadrovej reakcii sú cieľom a bombardujúcou časticou.

Cieľ môže byť akýkoľvek prvok periodického systému (vo voľnej forme alebo vo forme chemickej zlúčeniny).

Úlohu bombardujúcich častíc zohrávajú α-častice, neutróny, protóny, deuteróny (jadrá ťažkého izotopu vodíka), ako aj takzvané viacnásobne nabité ťažké ióny rôznych prvkov - bór, uhlík, dusík, kyslík, neón, argón a ďalšie prvky periodického systému.

Aby došlo k jadrovej reakcii, bombardujúca častica sa musí zraziť s jadrom cieľového atómu. Ak má častica dostatočne vysokú energiu, potom môže preniknúť tak hlboko do jadra, že s ním splynie. Pretože všetky častice uvedené vyššie, s výnimkou neutrónu, nesú kladný náboj, potom, keď sa zlúčia s jadrom, zvyšujú jeho náboj. A zmena hodnoty Z znamená transformáciu prvkov: syntézu prvku s novou hodnotou jadrového náboja.

S cieľom nájsť spôsob, ako urýchliť bombardujúce častice, poskytnúť im vysokú energiu dostatočnú na ich fúziu s jadrami, bol vynájdený a skonštruovaný špeciálny urýchľovač častíc, cyklotrón. Potom postavili špeciálnu továreň nových prvkov – jadrový reaktor. Jeho priamym účelom je výroba jadrovej energie. Ale keďže v ňom sú vždy intenzívne toky neutrónov, sú ľahko použiteľné na účely umelej syntézy. Neutrón nemá náboj, a preto ho nie je potrebné (a nemožné) urýchľovať. Naopak, pomalé neutróny sa ukazujú byť užitočnejšie ako rýchle.

Chemici si museli polámať hlavu a ukázať skutočné zázraky vynaliezavosti, aby vyvinuli spôsoby, ako oddeliť zanedbateľné množstvá nových prvkov od cieľovej látky. Naučte sa študovať vlastnosti nových prvkov, keď bolo dostupných len niekoľko ich atómov...

Vďaka práci stoviek a tisícov vedcov sa v periodickej tabuľke zaplnilo osemnásť nových buniek.

Štyri sú v jeho starých hraniciach: medzi vodíkom a uránom.

Štrnásť – pre urán.

Tu je návod, ako sa to všetko stalo...

Technecium, promethium, astatin, francium... Štyri miesta v periodickej tabuľke zostali dlho prázdne. Išlo o bunky č. 43, 61, 85 a 87. Zo štyroch prvkov, ktoré mali zaujať tieto miesta, tri predpovedal Mendelejev: ekamangán - 43, ekaiod - 85 a ekacesium - 87. Štvrtý - č. 61 - mal patriť k prvkom vzácnych zemín .

Tieto štyri prvky boli nepolapiteľné. Úsilie vedcov zamerané na ich hľadanie v prírode zostalo neúspešné. Pomocou periodického zákona sú už dávno zaplnené všetky ostatné miesta v periodickej tabuľke – od vodíka po urán.

Ani raz vedeckých časopisoch objavili sa správy o objave týchto štyroch prvkov. Ekamargán bol „objavený“ v Japonsku, kde dostal názov „nipponium“, v Nemecku ho nazývali „masurium“. Element č.61 bol „otvorený“ v r rozdielne krajiny aspoň trikrát dostal mená „Illinium“, „Florencia“, „Onium cycle“. Ekaiod bol tiež nájdený v prírode viac ako raz. Dostal mená „Alabamy“, „Helvetius“. Ekacesium zasa dostalo mená „Virgínia“, „Moldavsko“. Niektoré z týchto mien skončili v rôznych príručkách a dokonca sa dostali aj do školských učebníc. Všetky tieto objavy sa však nepotvrdili: zakaždým presná kontrola ukázala, že došlo k chybe a náhodné bezvýznamné nečistoty boli zamenené za nový prvok.

Dlhé a náročné hľadanie napokon viedlo k objavu v prírode jedného z nepolapiteľných prvkov. Ukázalo sa, že ecézium, ktoré by malo obsadiť 87. miesto v periodickej tabuľke, sa vyskytuje v rozpadovom reťazci prírodného rádioaktívneho izotopu uránu-235. Ide o rádioaktívny prvok s krátkou životnosťou.

Prvok číslo 87 si zaslúži, aby sme vám ho povedali podrobnejšie.

Teraz v akejkoľvek encyklopédii, v akejkoľvek učebnici chémie čítame: francium (poradové číslo 87) objavila v roku 1939 francúzska vedkyňa Marguerite Perey. Mimochodom, toto je už tretí prípad, kedy česť objaviť nový prvok patrí žene (predtým Marie Curie objavila polónium a rádium, Ida Noddack objavila rénium).

Ako sa Pereymu podarilo zachytiť nepolapiteľný prvok? Vráťme sa o mnoho rokov späť. V roku 1914 začali traja rakúski rádiochemici - S. Meyer, W. Hess a F. Panet - skúmať rádioaktívny rozpad izotopu aktínia s hmotnostným číslom 227. Vedelo sa, že patrí do čeľade aktinouránium a emituje β- častice; preto je jeho produktom rozpadu tórium. Vedci však mali nejasné podozrenie, že aktínium-227 v zriedkavých prípadoch emituje aj α-častice. Inými slovami, je tu pozorovaný jeden z príkladov rádioaktívnej vidlice. Je ľahké si predstaviť, že v priebehu takejto transformácie by mal vzniknúť izotop prvku č. 87. Meyer a jeho kolegovia skutočne pozorovali α-častice. Boli potrebné ďalšie štúdie, ktoré však prerušila prvá svetová vojna.

Marguerite Perey nasledovala rovnakú cestu. Mala však k dispozícii citlivejšie nástroje, nové, vylepšené metódy analýzy. Preto bola úspešná.

Francium patrí medzi umelo syntetizované prvky. Napriek tomu bol prvok prvýkrát objavený v prírode. Je to izotop francia-223. Jeho polčas rozpadu je len 22 minút. Je jasné, prečo je na Zemi tak málo Francúzska. Po prvé, pre svoju krehkosť sa nestihne koncentrovať v žiadnych viditeľných množstvách a po druhé, samotný proces jeho tvorby sa vyznačuje nízkou pravdepodobnosťou: iba 1,2 % jadier aktínia-227 sa rozkladá emisiou α- častice.

V tomto ohľade je francium výhodnejšie pripraviť umelo. Už dostal 20 izotopov francia a najdlhší z nich - francium-223. Pri práci s úplne zanedbateľným množstvom solí francia dokázali chemici, že svojimi vlastnosťami je mimoriadne podobný: céziu.

Prvky #43, 61 a 85 zostali nepolapiteľné. V prírode ich nebolo možné nájsť žiadnym spôsobom, hoci vedci už mali k dispozícii silnú metódu, ktorá neomylne ukazuje cestu hľadania nových prvkov - periodický zákon. Vďaka tomuto zákonu boli vedcom vopred známe všetky chemické vlastnosti neznámeho prvku. Prečo boli teda pátrania po týchto troch prvkoch v prírode neúspešné?

Štúdiom vlastností atómových jadier fyzici dospeli k záveru, že prvky s atómovými číslami 43, 61, 85 a 87 nemôžu mať stabilné izotopy. Môžu byť iba rádioaktívne, s krátkym polčasom rozpadu a mali by rýchlo zmiznúť. Preto všetky tieto prvky vytvoril človek umelo. Cesty tvorby nových prvkov naznačoval periodický zákon. Skúsme s jeho pomocou načrtnúť cestu syntézy ekamargánu. Tento prvok číslo 43 bol prvý umelo vytvorený.

Chemické vlastnosti prvku sú určené jeho elektrónovým obalom a závisia od náboja atómového jadra. V jadre prvku 43 by malo byť 43 kladných nábojov a okolo jadra by sa malo otáčať 43 elektrónov. Ako môžete vytvoriť prvok so 43 nábojmi v atómovom jadre? Ako sa dá dokázať, že takýto prvok bol vytvorený?

Dobre zvážme, ktoré prvky v periodickej sústave sa nachádzajú v blízkosti prázdneho priestoru určeného pre prvok č. 43. Nachádza sa takmer v polovici piatej periódy. Na zodpovedajúcich miestach v štvrtom období je mangán a v šiestom - rénium. Chemické vlastnosti 43. prvku by preto mali byť podobné vlastnostiam mangánu a rénia. Niet divu, že D. I. Mendelejev, ktorý tento prvok predpovedal, ho nazval ekamargánom. Naľavo od bunky 43 je molybdén, ktorý zaberá bunku 42, napravo od bunky 44 ruténium.

Preto na vytvorenie prvku číslo 43 je potrebné zvýšiť počet nábojov v jadre atómu, ktorý má 42 nábojov, o jeden elementárny náboj navyše. Preto sa na syntézu nového prvku č. 43 musí ako surovina brať molybdén. V jadre má 42 nábojov. Najľahší prvok, vodík, má jeden kladný náboj. Dá sa teda očakávať, že prvok č. 43 možno získať ako výsledok jadrovej reakcie medzi molybdénom a vodíkom.

Vlastnosti prvku č.43 musia byť podobné vlastnostiam mangánu a rénia a na zistenie a dokázanie vzniku tohto prvku treba použiť chemické reakcie podobné tým, ktorými chemici zisťujú prítomnosť malých množstiev mangánu resp. rénium. Takto periodická tabuľka umožňuje zmapovať cestu k vytvoreniu umelého prvku.

Presne rovnakým spôsobom, aký sme práve načrtli, bol v roku 1937 vytvorený prvý umelý chemický prvok. Dostal významné meno - technécium - prvý prvok vyrobený technickými, umelými prostriedkami. Takto sa syntetizovalo technécium. Doska molybdénu bola vystavená intenzívnemu bombardovaniu jadrami ťažkého izotopu vodíka - deutéria, ktoré boli v cyklotróne dispergované veľkou rýchlosťou.

Do jadier molybdénu prenikli jadrá ťažkého vodíka, ktorý dostal veľmi vysokú energiu. Po ožiarení v cyklotróne sa molybdénová platňa rozpustila v kyseline. Nevýznamné množstvo novej rádioaktívnej látky sa z roztoku izolovalo pomocou rovnakých reakcií, aké sú potrebné na analytické stanovenie mangánu (analóg prvku č. 43). Toto bol nový prvok, technécium. Čoskoro boli podrobne študované jeho chemické vlastnosti. Presne zodpovedajú pozícii prvku v periodickej tabuľke.

Teraz sa technécium stalo celkom cenovo dostupným: tvorí sa v pomerne veľkých množstvách v jadrových reaktoroch. Technécium bolo dobre preštudované a už sa používa v praxi. Technecium sa používa na štúdium procesu korózie kovov.

Spôsob, akým vznikol 61. prvok, je veľmi podobný spôsobu, ktorým sa získava technécium. Prvok #61 musí byť prvkom vzácnych zemín: 61. bunka je medzi neodýmom (#60) a samáriom (#62). Nový prvok bol prvýkrát získaný v roku 1938 v cyklotróne bombardovaním neodýmu jadrami deutéria. Prvok 61 bol chemicky izolovaný až v roku 1945 z fragmentačných prvkov vytvorených v jadrovom reaktore v dôsledku štiepenia uránu.

Prvok dostal symbolický názov promethium. Toto meno mu bolo dané z nejakého dôvodu. Staroveký grécky mýtus hovorí, že titán Prometheus ukradol oheň z neba a dal ho ľuďom. Za to ho bohovia potrestali: bol pripútaný ku skale a každý deň ho trápil obrovský orol. Názov "promethium" nielenže symbolizuje dramatickú cestu vedy, ktorá kradne z prírody energiu jadrového štiepenia a ovláda túto energiu, ale tiež varuje ľudí pred strašným vojenským nebezpečenstvom.

Promethium sa dnes získava v značných množstvách: používa sa v atómových batériách - zdrojoch jednosmerného prúdu, schopných fungovať bez prerušenia niekoľko rokov.

Podobným spôsobom sa syntetizoval aj najťažší halogénový ekajódový prvok č. 85. Získal sa najskôr bombardovaním bizmutu (č. 83) jadrami hélia (č. 2), urýchleným v cyklotróne na vysoké energie.

Jadrá hélia, druhého prvku v periodickej tabuľke, majú dva náboje. Preto sa na syntézu 85. prvku použil bizmut, 83. prvok. Nový prvok sa nazýva astatín (nestabilný). Je rádioaktívny a rýchlo mizne. Ukázalo sa tiež, že jeho chemické vlastnosti presne zodpovedajú periodickému zákonu. Vyzerá to ako jód.

transuránové prvky.

Chemici si dali veľa práce s hľadaním prvkov ťažších ako urán v prírode. Viac ako raz sa vo vedeckých časopisoch objavili víťazné oznámenia o „spoľahlivom“ objave nového „ťažkého“ prvku s atómovou hmotnosťou väčšou ako urán. Napríklad prvok č.93 bol v prírode "objavený" mnohokrát, dostal názvy "bohemia", "sequania". Ukázalo sa však, že tieto „objavy“ boli výsledkom chýb. Charakterizujú náročnosť presného analytického určenia nepatrných stôp nového neznámeho prvku s neprebádanými vlastnosťami.

Výsledok týchto vyhľadávaní bol negatívny, pretože na Zemi prakticky neexistujú žiadne prvky zodpovedajúce tým bunkám periodickej tabuľky, ktoré by sa mali nachádzať za 92. bunkou.

Prvé pokusy o umelé získanie nových prvkov ťažších ako urán sa spájajú s jedným z najpozoruhodnejších omylov v histórii rozvoja vedy. Zistilo sa, že pod vplyvom toku neutrónov sa mnohé prvky stanú rádioaktívnymi a začnú vyžarovať β-lúče. Jadro atómu, ktoré stratilo záporný náboj, posunie v periodickom systéme jednu bunku doprava a jeho sériové číslo sa zmení na jedno - dôjde k transformácii prvkov. Pod vplyvom neutrónov teda zvyčajne vznikajú ťažšie prvky.

Na urán sa snažili pôsobiť neutrónmi. Vedci dúfali, že podobne ako ostatné prvky, aj urán bude mať β-aktivitu a v dôsledku β-rozpadu sa objaví nový prvok s číslom väčším ako jedna. Je to on, kto obsadí 93. bunku v systéme Mendelejev. Bolo navrhnuté, že tento prvok by mal byť podobný: réniu, takže sa predtým nazýval ecarium.

Zdá sa, že prvé experimenty tento predpoklad okamžite potvrdili. Ešte viac sa zistilo, že v tomto prípade nevzniká jeden nový prvok, ale hneď niekoľko. Bolo hlásených päť nových prvkov ťažších ako urán. Okrem ekária bolo „objavené“ ekaosmium, ekairidium, ekaplatina a ekazoloto. A všetky objavy sa ukázali ako omyl. Ale to bola pozoruhodná chyba. Vedla vedu k najväčšiemu úspechu fyziky v dejinách ľudstva – k objavu štiepenia uránu a zvládnutiu energie atómového jadra.

V skutočnosti sa nenašli žiadne transuránové prvky. S podivnými novými prvkami boli márne pokusy nájsť predpokladané vlastnosti, ktoré by prvky z ecaria a ecagold mali mať. A zrazu medzi týmito prvkami bolo nečakane objavené rádioaktívne bárium a lantán. Nie transurán, ale najbežnejšie, ale rádioaktívne izotopy prvkov, ktorých miesta sú v strede periodického systému Mendelejeva.

Uplynulo trochu času a tento neočakávaný a veľmi zvláštny výsledok bol správne pochopený.

Prečo z atómových jadier uránu, ktorý je na konci periodickej sústavy prvkov, pôsobením neutrónov vznikajú jadrá prvkov, ktorých miesta sú v jeho strede? Napríklad pri pôsobení neutrónov na urán sa objavia prvky zodpovedajúce nasledujúcim bunkám periodického systému:

V nepredstaviteľne zložitej zmesi rádioaktívnych izotopov produkovaných v neutrónoch ožiarenom uráne sa našlo veľa prvkov. Hoci sa ukázali ako staré, chemikom už dávno známe prvky, zároveň to boli nové látky, ktoré najskôr vytvoril človek.

V prírode neexistujú žiadne rádioaktívne izotopy brómu, kryptónu, stroncia a mnohých ďalších z tridsiatich štyroch prvkov – od zinku po gadolínium, ktoré vznikajú pri ožiarení uránom.

Vo vede sa to často stáva: to najzáhadnejšie a najzložitejšie sa ukáže byť jednoduché a jasné, keď je rozlúštené a pochopené. Keď neutrón zasiahne jadro uránu, rozdelí sa, rozdelí sa na dva fragmenty – na dve atómové jadrá menšej hmotnosti. Tieto fragmenty môžu mať rôznu veľkosť, a preto vzniká toľko rôznych rádioaktívnych izotopov bežných chemických prvkov.

Jedno atómové jadro uránu (92) sa rozpadne na atómové jadrá brómu (35) a lantánu (57), fragmenty pri štiepení ďalšieho sa môžu ukázať ako atómové jadrá kryptónu (36) a bária (56). Súčet atómových čísel výsledných fragmentačných prvkov sa bude rovnať 92.

To bol začiatok reťazca veľkých objavov. Čoskoro sa zistilo, že pri dopade neutrónu vznikajú z jadra atómu uránu-235 nielen úlomky - jadrá s nižšou hmotnosťou, ale vyletujú aj dva-tri neutróny. Každý z nich je zase schopný spôsobiť štiepenie jadra uránu. A pri každom takomto delení sa uvoľňuje veľa energie. To bol začiatok majstrovstva človeka v oblasti vnútroatómovej energie.

Medzi obrovskou rozmanitosťou produktov vznikajúcich pri ožarovaní jadier uránu neutrónmi bol následne objavený prvý skutočný transuránový prvok č.93, ktorý zostal dlho nepovšimnutý, vznikol pôsobením neutrónov na urán-238. Čo sa týka chemických vlastností, ukázalo sa, že je veľmi podobný uránu a vôbec nie je podobný: réniu, ako sa očakávalo pri prvých pokusoch o syntézu prvkov ťažších ako urán. Preto to nemohli okamžite odhaliť.

Prvý človekom vytvorený prvok mimo „prirodzeného systému chemických prvkov“ bol pomenovaný neptúnium podľa planéty Neptún. Jeho tvorba pre nás rozšírila hranice definované samotnou prírodou. Rovnako predpovedaný objav planéty Neptún rozšíril hranice našich vedomostí o slnečnej sústave.

Čoskoro bol syntetizovaný aj 94. prvok. Bola pomenovaná po poslednej planéte. slnečná sústava.

Nazvali to plutónium. V Mendelejevovej periodickej sústave nasleduje po neptúnii v poradí, podobne ako "posledná planéta Slnečnej * sústavy Pluto, ktorej dráha leží za dráhou Neptúna. Prvok č. 94 vzniká z neptúnia pri jeho β-rozpade.

Plutónium je jediným transuránovým prvkom, ktorý sa v súčasnosti vyrába v jadrových reaktoroch vo veľmi veľkých množstvách. Rovnako ako urán-235 je schopný štiepenia pod vplyvom neutrónov a používa sa ako palivo v jadrových reaktoroch.

Prvky 95 a 96 sa nazývajú americium a curium. V súčasnosti sa vyrábajú aj v jadrových reaktoroch. Oba prvky majú veľmi vysokú rádioaktivitu – vyžarujú α-lúče. Rádioaktivita týchto prvkov je taká veľká, že koncentrované roztoky ich solí sa v tme veľmi silno zahrievajú, varia a svietia.

Všetky transuránové prvky - od neptúnia po amerícium a kúrium - boli získané v pomerne veľkých množstvách. IN čistej forme sú to kovy striebornej farby, všetky sú rádioaktívne a z hľadiska chemických vlastností sú si navzájom trochu podobné a v niektorých smeroch sa výrazne líšia.

97. prvok, berkelium, bol tiež izolovaný vo svojej čistej forme. Na to bolo potrebné umiestniť čistý prípravok plutónia do jadrového reaktora, kde bol celých šesť rokov vystavený silnému toku neutrónov. Za tento čas sa v nej nahromadilo niekoľko mikrogramov prvku č.97. Z jadrového reaktora bolo odstránené plutónium, rozpustené v kyseline a zo zmesi bolo izolované berkelium-249 s najdlhšou životnosťou. Je vysoko rádioaktívny – za rok sa rozpadne o polovicu. Doteraz sa podarilo získať len niekoľko mikrogramov Berkelia. Toto množstvo však vedcom stačilo na presné štúdium jeho chemických vlastností.

Prvok číslo 98 je veľmi zaujímavý – kalifornium, šiesty po uráne. Kalifornium bolo najprv vytvorené bombardovaním terča kúria alfa časticami.

História syntézy nasledujúcich dvoch prvkov transuránu: 99. a 100. je fascinujúca. Prvýkrát ich našli v oblakoch a v „blate“. Na štúdium toho, čo vzniká pri termonukleárnych výbuchoch, lietadlo preletelo cez výbušný mrak a vzorky sedimentov sa odobrali na papierové filtre. V tomto sedimente sa našli stopy dvoch nových prvkov. Aby získali presnejšie údaje, zbierali veľké množstvo„blato“ – pozmenené výbuchom pôdy a hornín. Táto „nečistota“ bola spracovaná v laboratóriu a boli z nej izolované dva nové prvky. Boli pomenované einsteinium a fermium na počesť vedcov A. Einsteina a E. Fermiho, ktorým ľudstvo v prvom rade zaväzuje objav spôsobov ovládnutia atómovej energie. Einstein vlastní zákon ekvivalencie hmotnosti a energie a Fermi postavil prvý atómový reaktor. Teraz sa einsteinium a fermium získavajú aj v laboratóriách.

Prvky druhej stovky.

Nie je to tak dávno, čo by sotva niekto uveril, že symbol stého prvku bude zahrnutý do periodickej tabuľky.

Umelá syntéza prvkov urobila svoje: zoznam známych chemických prvkov na krátky čas uzavrelo fermium. Myšlienky vedcov teraz smerovali do diaľky, k prvkom druhej stovky.

No na ceste bola bariéra, ktorú nebolo ľahké prekonať.

Fyzici doteraz syntetizovali nové transuránové prvky najmä dvoma spôsobmi. Alebo strieľali na ciele z transuránových prvkov, už syntetizovaných, s α-časticami a deuterónmi. Alebo bombardovali urán či plutónium silnými neutrónovými tokmi. V dôsledku toho vznikli izotopy týchto prvkov veľmi bohaté na neutróny, ktoré sa po niekoľkých po sebe nasledujúcich β-rozpadoch zmenili na izotopy nových transuránov.

V polovici 50. rokov sa však obe tieto možnosti vyčerpali. Pri jadrových reakciách bolo možné získať neprehliadnuteľné množstvo einsteinia a fermia, a preto z nich nebolo možné vytvárať ciele. Neutrónová metóda syntézy tiež neumožnila postúpiť za fermium, pretože izotopy tohto prvku prešli spontánnym štiepením s oveľa vyššou pravdepodobnosťou ako β rozpad. Je jasné, že za takýchto podmienok nemalo zmysel hovoriť o syntéze nového prvku.

Ďalší krok preto fyzici urobili až vtedy, keď sa im podarilo naakumulovať minimálne množstvo prvku č.99 potrebného pre cieľ.Stalo sa tak v roku 1955.

Jedným z najpozoruhodnejších úspechov, na ktorý môže byť veda právom hrdá, je vytvorenie 101. prvku.

Tento prvok bol pomenovaný podľa veľkého tvorcu periodickej tabuľky chemických prvkov Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva.

Mendelevium sa získalo nasledujúcim spôsobom. Neviditeľný povlak z približne jednej miliardy atómov einsteinia bol aplikovaný na plátok najtenšej zlatej fólie. Alfa častice s veľmi vysokou energiou, prerazia zlatú fóliu s opačná strana, pri zrážke s atómami einsteinia by mohla vstúpiť do jadrovej reakcie. V dôsledku toho vznikli atómy 101. prvku. Pri takejto zrážke atómy mendelevia vyleteli z povrchu zlatej fólie a zhromaždili sa na inom, vedľa nej umiestnenom, najtenšom plátku zlata. Týmto dômyselným spôsobom sa podarilo izolovať čisté atómy prvku 101 z komplexnej zmesi einsteinia a produktov jeho rozpadu. Neviditeľný plak bol zmytý kyselinou a podrobený rádiochemickému výskumu.

Naozaj to bol zázrak. Zdrojovým materiálom na vytvorenie 101. prvku v každom jednotlivom experimente bola približne jedna miliarda atómov einsteinia. To je veľmi málo menej ako jedna miliardtina miligramu a na to, aby sme dostali einsteinium viac bolo nemožné. Vopred bolo vypočítané, že z miliardy atómov einsteinia môže pri mnohohodinovom bombardovaní α-časticami reagovať len jeden jediný atóm einsteinia a následne môže vzniknúť iba jeden atóm nového prvku. Bolo potrebné ho nielen dokázať odhaliť, ale aj urobiť tak, aby sa len z jedného atómu zistila chemická podstata prvku.

A bolo hotovo. Úspešnosť experimentu prekonala výpočty a očakávania. V jednom experimente bolo možné zaznamenať nie jeden, ale dokonca dva atómy nového prvku. Celkovo sa v prvej sérii experimentov získalo sedemnásť atómov mendelevia. Ukázalo sa, že to stačí na zistenie skutočnosti vzniku nového prvku a jeho miesta v periodickom systéme a na určenie jeho základných chemických a rádioaktívnych vlastností. Ukázalo sa, že ide o α-aktívny prvok s polčasom rozpadu okolo pol hodiny.

Mendelevium - prvý prvok druhej stovky - sa ukázalo byť akýmsi míľnikom na ceste k syntéze transuránových prvkov. Doteraz zostáva posledným z tých, ktoré boli syntetizované starými metódami - ožarovaním α-časticami. Teraz na scénu vstúpili silnejšie projektily – zrýchlené viacnásobne nabité ióny rôznych prvkov. Stanovenie chemickej povahy mendelevia spočítaným počtom jeho atómov položilo základ úplne novej vedeckej disciplíne – fyzikálnej chémii jednotlivých atómov.

Symbol prvku č. 102 č. - v periodickom systéme je uvedený v zátvorkách. A v týchto zátvorkách sa skrýva dlhá a komplikovaná história tohto prvku.

O syntéze nobélia informovala v roku 1957 medzinárodná skupina fyzikov pracujúcich v Nobelovom inštitúte (Štokholm). Po prvýkrát boli na syntézu nového prvku použité ťažké urýchlené ióny. Boli to ióny 13 C, ktorých tok smeroval do terča kúria. Vedci dospeli k záveru, že sa im podarilo syntetizovať izotop 102. prvku. Meno dostal na počesť zakladateľa Nobelovho inštitútu, vynálezcu dynamitu, Alfreda Nobela.

Uplynul rok a experimenty štokholmských fyzikov boli takmer súčasne reprodukované v Sovietskom zväze a USA. A ukázala sa úžasná vec: výsledky sovietskych a amerických vedcov nemali nič spoločné ani s prácou Nobelovho inštitútu, ani navzájom. Nikto a nikde inde nedokázal zopakovať experimenty uskutočnené vo Švédsku. Z tejto situácie vznikol dosť smutný vtip: „Z Nobela ostalo len jedno Nie“ (Nie – v preklade z angličtiny znamená „nie“). Symbol, narýchlo umiestnený v periodickej tabuľke, neodrážal skutočný objav prvku.

Spoľahlivú syntézu prvku č.102 urobila skupina fyzikov z Laboratória jadrových reakcií Spoločného ústavu jadrového výskumu. V rokoch 1962-1967. Sovietski vedci syntetizovali niekoľko izotopov prvku č.102 a skúmali jeho vlastnosti. Potvrdenie týchto údajov bolo získané v Spojených štátoch. Symbol Nie, ktorý na to nemá právo, je však stále v 102. bunke tabuľky.

Lawrencium, prvok č. 103 so symbolom Lw, pomenovaný po vynálezcovi cyklotrónu E. Lawrenceovi, bol syntetizovaný v roku 1961 v USA. Ale tu nie sú zásluhy sovietskych fyzikov o nič menšie. Získali niekoľko nových izotopov lawrencia a prvýkrát študovali vlastnosti tohto prvku. Lawrencium tiež vzniklo použitím ťažkých iónov. Kalifornský terč bol ožiarený iónmi bóru (alebo terčík americium iónmi kyslíka).

Prvok č.104 prvýkrát získali sovietski fyzici v roku 1964. Bombardovanie plutónia neónovými iónmi viedlo k jeho syntéze. 104. prvok dostal názov kurchatovium (symbol Ki) na počesť vynikajúceho sovietskeho fyzika Igora Vasilieviča Kurčatova.

105. a 106. prvok tiež prvýkrát syntetizovali sovietski vedci - v roku 1970 a v roku 1974. Prvý z nich, produkt bombardovania amerícia neónovými iónmi, bol nazvaný nilsborium (Ns) na počesť Nielsa Bohra. Syntéza druhého sa uskutočnila nasledovne: olovený terč bol bombardovaný iónmi chrómu. Syntézy prvkov 105 a 106 sa uskutočnili aj v USA.

O tom sa dozviete v nasledujúcej kapitole a tú súčasnú uzavrieme krátkym príbehom o tom, ako

ako študovať vlastnosti prvkov druhej stovky.

Experimentátori stoja pred fantasticky náročnou úlohou.

Tu sú jeho počiatočné podmienky: je zadaných niekoľko množstiev (desiatky, v najlepšom prípade stovky) atómov nového prvku a atómy majú veľmi krátku životnosť (polčasy sa merajú v sekundách alebo dokonca zlomkoch sekundy). Je potrebné dokázať, že tieto atómy sú atómami skutočne nového prvku (t. j. určiť hodnotu Z, ako aj hodnotu hmotnostného čísla A, aby sme vedeli, o ktorý izotop nového transuránu ide) a študovať jeho najdôležitejšie chemické vlastnosti.

Pár atómov, malá životnosť...

Vedci prichádzajú na pomoc rýchlosti a najvyššej vynaliezavosti. No moderný bádateľ – špecialista na syntézu nových prvkov – musí vedieť nielen „obuť blchu“. Musí ovládať aj teóriu.

Nasledujme základné kroky, pomocou ktorých sa identifikuje nový prvok.

najdôležitejšie vizitka v prvom rade slúžia rádioaktívne vlastnosti, ktorými môže byť emisia α-častíc alebo spontánne štiepenie. Každé α-aktívne jadro je charakterizované špecifickými energiami α-častíc. Táto okolnosť umožňuje buď identifikovať známe jadrá, alebo dospieť k záveru, že boli objavené nové. Napríklad štúdiom vlastností α-častíc sa vedcom podarilo získať spoľahlivé dôkazy o syntéze 102. a 103. prvku.

Energetické fragmentačné jadrá vytvorené v dôsledku štiepenia sú oveľa ľahšie detekovateľné ako α-častice kvôli oveľa vyššej energii fragmentov. Na ich registráciu sa používajú dosky vyrobené zo skla špeciálnej kvality. Fragmenty zanechávajú na povrchu platní mierne viditeľné stopy. Doštičky sú potom chemicky ošetrené (leptané) a starostlivo skúmané pod mikroskopom. Sklo sa rozpúšťa v kyseline fluorovodíkovej.

Ak sa sklenená platňa vypálená úlomkami vloží do roztoku kyseliny fluorovodíkovej, tak na miestach, kde úlomky spadli, sa sklo rýchlejšie rozpustí a vytvoria sa tam diery. Ich rozmery sú stokrát väčšie ako pôvodná stopa, ktorú fragment zanechal. Jamky je možné pozorovať pod mikroskopom pri malom zväčšení. Ostatné rádioaktívne emisie spôsobujú menšie poškodenie sklenených povrchov a po leptaní nie sú viditeľné.

O tom, ako prebiehal proces identifikácie nového prvku, hovoria autori syntézy kurchatovium: "Prebieha experiment. Štyridsať hodín neónové jadrá nepretržite bombardujú plutóniový terč. Štyridsať hodín páska nesie syntetické jadier na sklenené platne. Nakoniec sa cyklotrón vypne. "Tešíme sa na výsledok. Ubehne niekoľko hodín. Pod mikroskopom sa našlo šesť stôp. Z ich polohy sa vypočítal polčas rozpadu. Ukázalo sa, že v časovom intervale od 0,1 do 0,5 s.“

A tu je, ako tí istí vedci hovoria o hodnotení chemickej povahy kurchatovium a nilsborium. "Schéma štúdia chemických vlastností prvku č. 104 je nasledovná. Atómy spätného rázu vychádzajú z cieľa do prúdu dusíka, v ňom sa spomaľujú a následne chlórujú. Zlúčeniny 104. prvku s chlórom ľahko prenikajú cez špeciálny filter , ale všetky aktinidy neprejdú. Ak by 104. prvok patril do série aktinoidov, potom by bol oneskorený filtrom. Štúdie však ukázali, že 104. prvok je chemickým analógom hafnia. Toto je najdôležitejší krok smerom k naplnenie periodickej tabuľky novými prvkami.

Potom sa v Dubni skúmali chemické vlastnosti 105. prvku. Ukázalo sa, že jeho chloridy sú adsorbované na povrchu trubice, po ktorej sa pohybujú od cieľa pri teplote nižšej ako chloridy hafnia, ale vyššej ako chloridy nióbu. Takto sa mohli správať len atómy prvku, ktorý sa chemickými vlastnosťami blíži k tantalu. Pozrite sa na periodickú tabuľku: chemickým analógom tantalu je prvok číslo 105! Preto experimenty s adsorpciou na povrchu atómov 105. prvku potvrdili, že jeho vlastnosti sa zhodujú s vlastnosťami predpovedanými na základe periodického systému.

, plutónium), vo fotosférach hviezd (technécium a prípadne prométhium), v obaloch supernov (kalifornium a pravdepodobne aj produkty jeho rozpadu - berkelium, kúrium, amerícium a ľahšie).

Posledným prvkom nájdeným v prírode predtým, ako bol umelo syntetizovaný, bolo francium (1939). Prvým chemickým prvkom, ktorý bol syntetizovaný, bolo technécium v ​​roku 1937. Od roku 2012 sa prvky syntetizovali jadrovou fúziou alebo rozpadom na ununoctium s atómovým číslom 118 a tiež sa pokúšali syntetizovať nasledujúce superťažké transuránové prvky. Syntéza nového transaktinoidu a superaktinoidu pokračuje.

Najznámejšie laboratóriá, ktoré syntetizovali niekoľko nových prvkov a niekoľko desiatok či stoviek nových izotopov, sú Národné laboratórium. Lawrencea v Berkeley a Livermore National Laboratory (USA), v Dubne (ZSSR/Rusko), Európskom (Nemecko), Cambridge University Cavendish Laboratory (Veľká Británia), (Japonsko) a ďalších.V posledných desaťročiach prebieha syntéza prvkov v amerických, V ruských centrách pracujú nemecké a medzinárodné tímy.

Objav syntetizovaných prvkov podľa krajín

ZSSR, Rusko

USA

Nemecko

Kontroverzné priority a spoločné výsledky

Pre množstvo prvkov je priorita rovnako schválená podľa rozhodnutia spoločnej komisie IUPAC a IUPAP alebo zostáva kontroverzná:

USA a Taliansku

Rusko a Nemecko

Rusko a Japonsko

Napíšte recenziu na článok "Syntetizované chemické prvky"

Poznámky

Odkazy

30 pixelov	[[ vo Wikicitáte
	[[Chyba Lua v Module:Wikidata/Interproject na riadku 17: pokus o indexovanie poľa „wikibase“ (nulová hodnota). |Syntetizované chemické prvky]] vo Wikisource
30 pixelov	[((localurl:Commons:Category: Chyba Lua: callParserFunction: funkcia "#property" sa nenašla. ))?uselang=en Syntetizované chemické prvky] na Wikimedia Commons

• O syntéze prvkov na stránke "Jadrový a vesmírny priemysel Ruska", ,
• O syntéze prvkov na stránke "Virtuálna periodická tabuľka",
• O syntéze prvkov na webe,,

Výňatok charakterizujúci syntetizované chemické prvky

- Čo s nimi budeme robiť? - Kŕčovito si povzdychla a ukázala na deti, ktoré sa k sebe túlili, Stella. - Nemôžeš to tu nechať.
Nestihol som odpovedať, keď sa ozval pokojný a veľmi smutný hlas:
"Zostanem s nimi, ak mi to dovolíš, samozrejme."
Spoločne sme vyskočili a otočili sa - to bol ten muž, ktorý prehovorila Mary... A akosi sme naňho úplne zabudli.
- Ako sa citis? – spýtal som sa tak priateľsky, ako sa len dalo.
Úprimne som nechcel ublížiť tomuto nešťastnému cudzincovi, ktorý sa zachránil za takú vysokú cenu. Nebola to jeho chyba a so Stellou sme to veľmi dobre vedeli. Ale strašná horkosť straty mi stále zahmlievala oči hnevom, a hoci som vedela, že je to voči nemu veľmi, veľmi nespravodlivé, nedokázala som sa dať dokopy a vytlačiť zo seba tú strašnú bolesť a nechala som to „na neskôr“, keď Som úplne sám, a uzatvárajúc sa „vo svojom kúte“, môžem dať priechod trpkým a veľmi ťažkým slzám... Tiež som sa veľmi bál, že cudzinec nejako pocíti moje „odmietnutie“, a tým stratí jeho prepustenie. dôležitosť a krása zvíťazila nad zlom, v mene ktorého zomreli moji priatelia... Preto som sa zo všetkých síl snažil pozbierať a s čo najúprimnejším úsmevom som čakal na odpoveď na moju otázku.
Muž sa smutne obzeral okolo seba, zrejme celkom nechápal, čo sa tu stalo a čo sa s ním celý ten čas dialo...
- No, kde to som? .. - spýtal sa potichu hlasom zachrípnutým od vzrušenia. Čo je to za miesto, také hrozné? Nevyzerá to ako to, čo si pamätám... Kto si?
- Sme priatelia. A máte úplnú pravdu - nie je to veľmi príjemné miesto ... A o kúsok ďalej sú miesta všeobecne divoko strašidelné. Náš priateľ tu žil, zomrel...
"Prepáčte, maličkí." Ako zomrel váš priateľ?
"Zabil si ho," zašepkala Stella smutne.
Zamrzol som a hľadel na svoju priateľku... Toto nepovedala „slnečná“ Stella, ktorá mi bola dobre známa, ktorá „bez pochyby“ ľutovala každého a nikdy by nikoho nenechala trpieť! .. Ale zrejme , bolesť zo straty, ako u mňa, v nej vzbudzovala nevedomý pocit hnevu „na všetkých a na všetko“ a bábätko to ešte v sebe nedokázalo ovládať.
– Ja?!.. – zvolal neznámy. Ale to nemôže byť pravda! Nikdy som nikoho nezabil!
Cítili sme, že hovorí čistú pravdu, a vedeli sme, že nemáme právo hádzať vinu na neho. Bez slova sme sa preto spoločne usmiali a hneď sme sa snažili rýchlo vysvetliť, čo sa tu vlastne stalo.
Muž bol dlho v absolútnom šoku... Zjavne mu všetko, čo počul, znelo divoko a určite sa nezhodovalo s tým, aký v skutočnosti bol a ako sa správal k takému strašnému zlu, ktoré nezapadalo do normálne ľudské rámy....
- Ako to všetko môžem kompenzovať?! .. Koniec koncov, nemôžem to urobiť? A ako s tým žiť?!.. - chytil sa za hlavu... - Koľko som ich zabil, povedz mi!.. Môže to niekto povedať? A čo vaši priatelia? Prečo do toho išli? Ale prečo?!!!..
- Aby ste mohli žiť tak, ako by ste mali ... Ako ste chceli ... A nie ako niekto chcel ... Zabiť Zlo, ktoré zabilo iných. Pretože, pravdepodobne... - povedala Stella smutne.
„Odpustite mi, drahí... Odpustite... Ak môžete...“ muž vyzeral úplne zabite a mňa zrazu „pichla“ veľmi zlá predtucha...
- No ja nie! zvolal som urazene. "Teraz musíš žiť!" Chcete anulovať všetky ich obete?! Neopováž sa ani pomyslieť! Teraz budete konať dobro namiesto nich! To bude správne. A odísť je tá najjednoduchšia vec. A na to už nemáte právo.
Cudzinec na mňa v nemom úžase pozeral, zrejme nečakal taký prudký výbuch „spravodlivého“ rozhorčenia. A potom sa smutne usmial a ticho povedal:
- Ako si ich miloval! .. Kto si, dievča?
Hrdlo som mal veľmi zovreté a nejaký čas som zo seba nemohol vytlačiť ani slovo. Bolo to veľmi bolestivé kvôli takej ťažkej strate a zároveň mi bolo smutno za týmto „nepokojným“ človekom, pre ktorého by bolo také ťažké existovať s takým bremenom...
- Ja som Svetlana. A toto je Stella. Len sa tu prechádzame. Keď môžeme, navštívime priateľov alebo niekomu pomôžeme. Je pravda, že teraz nezostali žiadni priatelia ...
- Odpusť mi, Svetlana. Aj keď sa asi nič nezmení, ak ťa zakaždým požiadam o odpustenie... Stalo sa, čo sa stalo, a ja už nemôžem nič zmeniť. Ale môžem zmeniť to, čo sa stane, nie? - muž sa na mňa zadíval svojimi modrými očami, ako nebo, as úsmevom so smutným úsmevom povedal: - A ešte jedna vec... Hovoríte, že som slobodný vo svojej voľbe? .. Ale ukázalo sa - nie tak zadarmo, drahá.. Skôr to vyzerá na odčinenie viny... S čím samozrejme súhlasím. Ale je to tvoja voľba, že musím žiť pre tvojich priateľov. Pretože za mňa dali svoj život... Ale ja som o to nežiadal, však?... Preto to nie je moja voľba...

Z 26 v súčasnosti známych transuránových prvkov sa 24 na našej planéte nenachádza. Boli vytvorené človekom. Ako sa syntetizujú ťažké a superťažké prvky?
Prvý zoznam tridsiatich troch predpokladaných prvkov, „Tabuľka látok patriacich do všetkých kráľovstiev prírody, ktoré možno považovať za najjednoduchšie zložky tiel“, zverejnil Antoine Laurent Lavoisier v roku 1789. Spolu s kyslíkom, dusíkom, vodíkom, sedemnástimi kovmi a niekoľkými ďalšími skutočnými prvkami v ňom figurovalo svetlo, kalorické látky a niektoré oxidy. A keď Mendelejev o 80 rokov neskôr prišiel s periodickou tabuľkou, chemici poznali 62 prvkov. Začiatkom 20. storočia sa verilo, že v prírode existuje 92 prvkov - od vodíka po urán, hoci niektoré z nich ešte neboli objavené. Napriek tomu už koncom 19. storočia vedci pripustili existenciu prvky, ktoré nasledujú po uráne (transuránoch) v periodickej tabuľke, ale nedokázali ich nájsť. V súčasnosti je známe, že zemská kôra obsahuje stopové množstvá 93. a 94. prvku – neptúnia a plutónia. Ale historicky boli tieto prvky najskôr získavané umelo a až potom objavené v zložení minerálov.
Z 94 prvých prvkov má 83 buď stabilné alebo dlhoveké izotopy, ktorých polčas rozpadu je porovnateľný s vekom slnečnej sústavy (na našu planétu sa dostali z protoplanetárneho oblaku). Životnosť zvyšných 11 prírodných prvkov je oveľa kratšia, a preto vznikajú v zemskej kôre len v dôsledku rádioaktívnych rozpadov na krátka doba. Ale čo všetky ostatné prvky, od 95. do 118.? Na našej planéte žiadne nie sú. Všetky boli získané umelo.
Najprv umelé
Vytváranie umelých prvkov má dlhá história. Základná možnosť sa ukázala v roku 1932, keď Werner Heisenberg a Dmitrij Ivanenko dospeli k záveru, že atómové jadrá pozostávajú z protónov a neutrónov. O dva roky neskôr sa skupina Enrica Fermiho pokúsila vyrobiť transurán ožarovaním uránu pomalými neutrónmi. Predpokladalo sa, že jadro uránu zachytí jeden alebo dva neutróny, po ktorých prejde beta rozpadom so zrodom 93. alebo 94. prvku. Dokonca rýchlo oznámili objav transuránov, ktoré Fermi vo svojom Nobelovom prejave v roku 1938 nazval ausonium a hesperium. Nemeckí rádiochemici Otto Hahn a Fritz Strassmann spolu s rakúskou fyzičkou Lise Meitnerovou však čoskoro ukázali, že Fermi sa mýlil: tieto nuklidy boli izotopmi už známych prvkov, ktoré vznikli štiepením jadier uránu na páry približne rovnakých fragmentov. omša. Práve tento objav, uskutočnený v decembri 1938, umožnil vytvorenie jadrového reaktora a atómovej bomby.Prvým syntetizovaným prvkom vôbec nebol transurán, ale Mendelejevom predpovedaný ekamargán. Hľadalo sa v rôznych rudách, no neúspešne. A v roku 1937 sa ekamargán, neskôr nazývaný technécium (z gréčtiny ??? - umelé) získal ostreľovaním molybdénového terča jadrami deutéria urýchlenými v cyklotróne v Národnom laboratóriu Lawrence Berkeley.
Svetelné projektily
Prvky od 93. do 101. boli získané interakciou jadier uránu alebo za ním nasledujúcich transuránov s neutrónmi, deuterónmi (jadrá deutéria) alebo časticami alfa (jadrá hélia). Prvý úspech tu dosiahli Američania Edwin Macmillan a Philip Abelson, ktorí v roku 1940 syntetizovali neptúnium 239 po rozpracovaní Fermiho myšlienky: zachytávanie pomalých neutrónov uránom 238 a následný beta rozpad uránu 239. 94. prvok - plutónium - bol prvýkrát objavený pri štúdiu beta rozpadu neptúnia-238 produkovaného deuterónovým bombardovaním uránu v cyklotróne UC Berkeley začiatkom roku 1941. Čoskoro sa ukázalo, že plutónium-239 sa pôsobením pomalých neutrónov štiepi o nič horšie ako urán-235 a môže slúžiť ako náplň atómovej bomby. Preto boli všetky informácie o prijatí a vlastnostiach tohto prvku utajované a článok Macmillana, Glenna Seaborga (za svoje objavy zdieľali nobelová cena 1951) a ich kolegovia so správou o druhom transuráne sa objavili v tlači až v roku 1946. Americké úrady tiež oddialili zverejnenie objavu 95. prvku, amerícia, ktorý koncom roku 1944 skupina Seaborg izolovala od neutrónu. produkty bombardovania takmer šesť rokov.plutónium v ​​jadrovom reaktore. O niekoľko mesiacov skôr fyzici z toho istého tímu získali prvý izotop prvku 96 s atómovou hmotnosťou 242, syntetizovaný bombardovaním uránu-239 zrýchlenými alfa časticami. Bol pomenovaný curium ako uznanie vedeckých zásluh Pierra a Marie Curie, čím sa otvorila tradícia pomenovania transuránov na počesť klasikov fyziky a chémie. Prvé dve boli pomenované podľa ich rodiska – Berkeley a California. Berkelium bolo syntetizované v decembri 1949 počas bombardovania amerícia časticami alfa a Kalifornia o dva mesiace neskôr rovnakým bombardovaním kúria. Prvky 99 a 100, einsteinium a fermium, boli objavené pri rádiochemickej analýze vzoriek zozbieraných v oblasti atolu Eniwetok, kde 1. novembra 1952 Američania odpálili desaťmegatonovú termonukleárnu nálož Mike, ktorej plášť bol vyrobený z uránu. 238. Pri výbuchu jadrá uránu pohltili až pätnásť neutrónov, po ktorých prešli reťazcami beta rozpadov, čo viedlo k vytvoreniu týchto prvkov. Prvok 101, mendelevium, bol získaný začiatkom roku 1955. Seaborg, Albert Ghiorso, Bernard Harvey, Gregory Choppin a Stanley Thomson alfa-častice bombardovali asi miliardu (veľmi málo, ale viac ich jednoducho nebolo) atómov einsteinia elektrolyticky uložených na zlatú fóliu. Napriek extrémne vysokej hustote lúčov (60 biliónov alfa častíc za sekundu) sa získalo iba 17 atómov mendelevia, ale zároveň bolo možné stanoviť ich radiačné a chemické vlastnosti.
ťažké ióny
Mendelevium bolo posledným transuránom vyrobeným pomocou neutrónov, deuterónov alebo alfa častíc. Na získanie nasledujúcich prvkov boli potrebné ciele z prvku číslo 100, fermium, ktoré sa vtedy nedalo vyrobiť (dokonca aj dnes sa v jadrových reaktoroch vyrába fermium v ​​nanogramových množstvách). Vedci išli inou cestou: na bombardovanie použili ionizované atómy terče, ktorých jadrá obsahujú viac ako dva protóny (nazývajú sa ťažké ióny). Na urýchlenie iónových lúčov boli potrebné špecializované urýchľovače. Prvý takýto stroj HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator) bol spustený v Berkeley v roku 1957, druhý, cyklotrón U-300, bol spustený v Laboratóriu jadrových reakcií Spoločného ústavu pre jadrový výskum v Dubne v roku 1960. Neskôr boli v Dubni spustené výkonnejšie inštalácie U-400 a U-400M. Ďalší urýchľovač UNILAC (Universal Linear Accelerator) funguje od konca roku 1975 v nemeckom Helmholtzovom centre pre výskum ťažkých iónov, vo Vixhausene, jednej zo štvrtí Darmstadt.Pri bombardovaní terčov z olova, bizmutu, uránu resp. transurán, silne excitované horúce) jadrá, ktoré sa buď rozpadnú, alebo uvoľnia prebytočnú energiu prostredníctvom emisie (vyparovania) neutrónov. Niekedy tieto jadrá emitujú jeden alebo dva neutróny, po ktorých prechádzajú ďalšími transformáciami - napríklad rozpadom alfa. Tento typ syntézy sa nazýva chlad. V Darmstadte sa s jeho pomocou získali prvky s číslami od 107 (bórium) do 112 (kopernicium). Tak isto v roku 2004 japonskí fyzici vytvorili jeden atóm 113. prvku (o rok skôr ho získali v Dubni). Počas horúcej fúzie strácajú novorodené jadrá viac neutrónov – od troch do piatich. Takto sa v Berkeley a Dubne syntetizovali prvky od 102 (nobelium) do 106 (seaborgium, na počesť Glenna Seaborga, pod vedením ktorého vzniklo deväť nových prvkov). Neskôr sa v Dubni takto vyrobilo šesť najmasívnejších superťažkých váh - od 113 do 118. medzinárodná únia teoretickej a aplikovanej chémie (IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry) zatiaľ schválila len názvy 114. (flerovium) a 116. (livermorium) prvkov.
Iba tri atómy
118. prvok s dočasným názvom ununoctia a symbolom Uuo (podľa pravidiel IUPAC sa dočasné názvy prvkov tvoria z latinských a gréckych koreňov názvov číslic ich atómového čísla, un-un-oct (ium). ) - 118) bol vytvorený spoločným úsilím dvoch vedeckých skupín: Dubninskaja pod vedením Jurija Oganesjana a Livermore National Laboratory pod vedením Kentona Moodyho, študenta zo Seaborgu. Unuoctium v ​​periodickej tabuľke sa nachádza pod radónom, a preto môže byť vzácnym plynom. Jeho chemické vlastnosti však ešte nie sú objasnené, keďže fyzici vytvorili iba tri atómy tohto prvku s hmotnostným číslom 294 (118 protónov, 176 neutrónov) a polčasom rozpadu približne milisekúnd: dva v roku 2002 a jeden v r. 2005. Získali sa bombardovaním cieľa californium-249 (98 protónov, 151 neutrónov) iónmi ťažkého izotopu vápnika s atómovou hmotnosťou 48 (20 protónov a 28 neutrónov), rozptýlenými na urýchľovači U-400. Celkový počet vápnikových „guliek“ bol 4,1x1019, takže výkon Dubna „generátora ununoctia“ je extrémne nízky. Podľa Kentona Moodyho je však U-400 jediným strojom na svete, ktorý dokázal syntetizovať prvok 118. „Každá séria experimentov o syntéze transuránov pridáva nové informácie o štruktúre jadrovej hmoty, ktorá sa používa na modelovanie vlastnosti superťažkých jadier. Najmä práca na syntéze 118. prvku umožnila vyradiť niekoľko predchádzajúcich modelov, pripomína Kenton Moody. - Urobili sme cieľ z Kalifornie, pretože tam boli ťažšie prvky správne množstvá boli nedostupné. Vápnik-48 obsahuje osem ďalších neutrónov v porovnaní s jeho hlavným izotopom vápnikom-40. Keď sa jeho jadro spojilo s jadrom kalifornia, vznikli jadrá so 179 neutrónmi. Boli vo vysoko excitovaných, a preto obzvlášť nestabilných stavoch, z ktorých rýchlo vystúpili a zhodili neutróny. V dôsledku toho sme dostali izotop 118. prvku so 176 neutrónmi. A to boli skutočné neutrálne atómy s plnou sadou elektrónov! Keby žili o niečo dlhšie, bolo by možné ich posúdiť chemické vlastnosti».
Matuzalem číslo 117
Prvok 117, tiež známy ako ununseptium, bol získaný neskôr - v marci 2010. Tento prvok bol vyrobený na rovnakom stroji U-400, kde, ako predtým, ióny vápnika-48 boli vypálené na cieľ z berkélia-249, syntetizovaného v Oak Ridge National Laboratory. Zrážka jadier berkélia a vápnika vytvorila vysoko excitované jadrá ununseptium-297 (117 protónov a 180 neutrónov). Experimentátorom sa podarilo získať šesť jadier, z ktorých päť odparilo po štyri neutróny a zmenilo sa na ununseptium 293 a zvyšok emitoval tri neutróny a dal vznik ununseptiu 294. V porovnaní s ununokciom sa ununseptium ukázalo ako skutočný metuzalem. Polčas rozpadu ľahšieho izotopu je 14 milisekúnd a polčas ťažšieho izotopu je až 78 milisekúnd! V roku 2012 dostali fyzici z Dubny ďalších päť atómov ununseptia-293, neskôr niekoľko atómov oboch izotopov. Na jar 2014 vedci z Darmstadtu informovali o fúzii štyroch jadier 117. prvku, z ktorých dve mali atómovú hmotnosť 294. Polčas rozpadu tohto „ťažkého“ ununseptia, nameraný nemeckými vedcami, bol približne 51 milisekúnd. (to je v dobrej zhode s odhadmi vedcov z Dubna) .Teraz v Darmstadte pripravujú projekt nového lineárneho urýchľovača ťažkých iónov na supravodivých magnetoch, ktorý umožní syntézu 119. a 120. prvku. Podobné plány realizujú aj na Dubni, kde sa stavia nový cyklotrón DS-280. Je možné, že už o niekoľko rokov bude možná syntéza nových superťažkých transuránov. A vytvorenie 120. či dokonca 126. prvku so 184 neutrónmi a objavenie ostrova stability sa stane realitou.
Dlhý život na ostrove stability
Vo vnútri jadier sa nachádzajú protónové a neutrónové obaly, trochu podobné elektrónovým obalom atómov. Jadrá s úplne vyplnenými obalmi sú obzvlášť odolné voči spontánnym premenám. Počty neutrónov a protónov zodpovedajúce takýmto obalom sa nazývajú magické čísla. Niektoré z nich sú určené experimentálne - sú to 2, 8, 20 a 28.Modely škrupín umožňujú teoreticky vypočítať „magické čísla“ superťažkých jadier, aj keď bez plnej záruky. Existujú dôvody očakávať, že neutrón číslo 184 sa ukáže ako mágia. Môžu tomu zodpovedať protónové čísla 114, 120 a 126 a to druhé musí byť opäť magické. Ak je to tak, potom izotopy 114., 120. a 126. prvku, z ktorých každý obsahuje 184 neutrónov, budú žiť oveľa dlhšie ako ich susedia v periodickej tabuľke - minúty, hodiny alebo dokonca roky (táto oblasť \u200b\ u200btabuľka sa bežne nazýva ostrov stability). Vedci vkladajú svoje najväčšie nádeje do posledného izotopu s dvojitým magickým jadrom.
Dubna metóda

Keď ťažký ión vstúpi do oblasti jadrových síl cieľa, môže sa vytvoriť zložené jadro v excitovanom stave. Buď sa rozpadne na úlomky približne rovnakej hmotnosti, alebo vyžaruje (vyparí sa) niekoľko neutrónov a prejde do základného (nevzbudeného) stavu.
„Prvky 113 až 118 boli vytvorené na základe úžasnej metódy vyvinutej v Dubne pod vedením Jurija Oganesjana,“ vysvetľuje Alexander Yakushev, člen tímu z Darmstadtu. - Namiesto niklu a zinku, ktoré boli použité na ostreľovanie cieľov v Darmstadte, Oganesjan vzal izotop s oveľa nižšou atómovou hmotnosťou - vápnik-48. Ide o to, že použitie ľahkých jadier zvyšuje pravdepodobnosť ich fúzie s cieľovými jadrami. Jadro vápnika-48 je tiež dvojnásobne magické, pretože sa skladá z 20 protónov a 28 neutrónov. Preto výber Oganesyan značne prispel k prežitiu jadier zlúčenín, ktoré vznikajú pri ostreľovaní cieľa. Jadro totiž dokáže odhodiť niekoľko neutrónov a dať vzniknúť novému transuránu len vtedy, ak sa hneď po narodení nerozpadne na úlomky. Aby mohli takto syntetizovať superťažké prvky, zhotovili dubninskí fyzici terče z transuránov vyrobených v USA – najprv plutónium, potom amerícium, kúrium, Kalifornia a nakoniec berkelium. Vápnik-48 v prírode je len 0,7%. Extrahuje sa na elektromagnetických separátoroch, je to nákladný postup. Jeden miligram tohto izotopu stojí asi 200 dolárov. Toto množstvo vystačí na hodinu alebo dve ostreľovania cieľa a experimenty trvajú mesiace. Samotné terče sú ešte drahšie a dosahujú milión dolárov. Platenie účtov za elektrinu tiež stojí pekný cent - ťažké iónové urýchľovače spotrebujú megawatty energie. Vo všeobecnosti nie je syntéza superťažkých prvkov lacným potešením.“