Åbningselementer 113, 115, 117 og 118: Hvad giver det

Åbningselementer 113, 115, 117 og 118: Hvad giver det

Boris Zhuikov
"Trinity Option" №13 (207), 28. juni 2016

Om forfatteren

Boris Zhuikov – radiochemist, dr. Chem. Videnskab, Hoved. Laboratoriet for radioisotopkomplekset ved Institut for Kernforskning fra Det Russiske Videnskabsakademi, som tidligere har arbejdet i JINR (Dubna) Laboratorium for Kernereaktioner, har studeret egenskaberne af nye elementer.

Opdagelsen af ​​nye elementer i det periodiske systems periodiske tabel har altid skabt offentlighedens interesse. Det er ikke så meget den videnskabelige betydning af disse opdagelser, men det faktum, at alle gik gennem den periodiske lov i skolen, og nogle husker endda symbolerne, der betegner elementer. Dette er forståeligt, velkendt. Men nu bag disse opdagelser er komplekse studier inden for kernefysik og radiokemi, hvor mange ikke har nogen idé.

I øjeblikket opnås nye elementer kun ved tunge ionacceleratorer. (Tidligere blev de fundet i jordbaserede mineraler, atomreaktorprodukter og nukleare eksplosioner.) Tungt ioner accelererede i cyklotroner eller lineære acceleratorer bombardemål fra tunge elementer, og som følge af fusionsreaktionen med emission af en eller flere neutroner syntetiseres et nyt element med et sekvensnummer ( nuklear ladning) – summen af ​​afgifterne for kerne af hændelsen ion og målkernen.Derefter gennemgår de dannede kerner radioaktivt henfald. Til syntese af de mest stabile isotoper vælges sådanne kombinationer af kerner, som indeholder så mange neutroner som muligt, og sammensatte kerner har en lav exciteringsenergi. Udbyttet af de resulterende tunge elementer er ekstremt lille – individuelle atomer eller titalls atomer, nogle gange i løbet af flere måneder med bestråling ved acceleratoren. Halveringstiden er sekunder, og nogle gange fraktioner af millisekunder. Det er ret vanskeligt at isolere kernerne af nye elementer fra hele blandingen af ​​de resulterende produkter af nukleare reaktioner og korrekt identificere de opnåede produkter. Til dette formål oprettes der specielle faciliteter, som som følge heraf registrerer en forfaldskæde med emission af alfa partikler og dannelsen af ​​isotoper af lighterelementer, nogle gange slutter kæden med spontan nuklear fission.

I vores land, der begyndte i 1950'erne, blev arbejdet med syntese af nye elementer i tunge ionacceleratorer udført i Dubna under ledelse af akademiker. G. N. Flerov (1913-1990) – grundlæggeren af ​​denne retning. Nu udføres disse værker under tilsyn af Acad. Yu. Ts. Oganesyan. Der er kun få acceleratorer og faciliteter i verden, hvor transactinoidelementer kan opnås (dvs.elementer med en nuklear ladning på Z over 103).

Den sidste beslutning fra IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry [1]), der anerkendte opdagelsen af ​​fire elementer på én gang – nummereret 113, 115, 117 og 118 – tiltrak også den russiske offentlighedens opmærksomhed, fordi prioriteringen i tre af dem – 115, 117 og 118 – anerkendt for det russisk-amerikanske samarbejde, herunder Laboratoriet for Nukleare Reaktioner. G. N. Florov fra Joint Institute for Nuclear Research (Dubna) (FLINR JINR), Livermore National Laboratory. E. Lawrence (LLNL), Oak Ridge National Laboratory (ORNL) og Vanderbilt University. Prioriteten ved opdagelsen af ​​element 113 er genkendt af en gruppe fra det japanske acceleratorforskningscenter RIKEN.

Etablering af prioritet er ikke en let opgave, da unøjagtigheder i de første rapporter om opdagelse er uundgåelige i nogen grad. Spørgsmålet er – hvilke unøjagtigheder der er betydelige, og hvilke der kan accepteres og i hvilket omfang er forfatterens konklusioner berettiget. IUPAC-beslutningen var baseret på rapporterne fra Den Fælles Arbejdsgruppe af Eksperter (Den Fælles Arbejdsgruppe, JWP) [2, 3] og de tidligere udviklede åbningskriterier. Ifølge gældende praksis får forfatterne ret til at foreslå navnene på nye elementer.

Fig. 2. Kort over radionuklider af transactinoid-elementer, herunder nogle nukleare reaktioner for at opnå dem (taget fra [4])

Element 113 Det foreslås at kalde nihonium (nihonium, Nh). Nihon er et af to japanske navne på japansk, hvilket betyder "Landet af den Rising Sun". Dette er det første emne åbnet i Asien. Dubna-gruppen bestred dette mesterskab.

Prioriteringsarbejdet blev offentliggjort af JINR FLAR og RIKEN næsten samtidigt i 2004, gruppen fra Dubna udgav arbejdet endnu lidt tidligere. Til syntese af nye kerner i Japan blev der brugt en "kold" fusionsreaktion, bombardering af et zinkmål fra vismut 70Zn + 209Bi, med isotopdannelse 278113 (levetid – millisekunder og tiendedele millisekunder).

I Dubna blev der anvendt en mere gunstig (med hensyn til udbytte og halveringstid) nukleare reaktion af tung calciumisotop og americiumioner. 48Ca + 243Am, hvilket fører til dannelsen af ​​isotoper 288115 og 287115. Disse radionuklider, der udsender alfa partikler, henholdsvis første henfald, ind i 284113 og 283113 (levetiden er hundredvis af millisekunder) og derefter langs kæden i de langlivede isotoper af elementet 105 (dubnium, Db). 268Db blev isoleret kemisk, og derefter blev spontan fission registreret.

Men de mellemliggende nuklider i disse henfaldskæder var ikke kendt på det tidspunkt, og deres uafhængige fysiske identifikation blev ikke udført. Men den kemiske isolation og identifikation af Db på basis af ionbytning, udført ved JINR FLAR, blev den fælles arbejdsgruppe betragtet som ikke-selektiv og ubetinget. Også forsøg på at undersøge elementets 113 kemiske egenskaber ved gaskromatografi blev ikke taget i betragtning, selv om denne fremgangsmåde tidligere med succes var anvendt til at studere kinetikken af ​​andre transactinoide elementer. Som følge heraf konkluderede de, at anvendelsen af ​​Dubna i dette tilfælde ikke opfylder kriterierne for åbning af varer.

Samtidig syntetiseres alle intermediære nedbrydningsprodukter af isotopen i Japan 278113 (3 begivenheder i alt i 8 års arbejde) blev bekræftet, herunder i specielle forsøg på det nye forskningscenter for tunge ioner Lanjo i Kina. Således blev prioriteten i opdagelsen af ​​element 113 genkendt af den japanske gruppe.

Element 115 blev syntetiseret i Dubna, og til ære for regionen, hvor dette internationale center er placeret, foreslog forfatterne navnet Muscovy (Moskva, Mc). Elementet blev opnået igen i den nukleare reaktion 48Ca + 243Er med uddannelse 287115 og 288115 (henholdsvis levetid – tiere og hundrede millisekunder). Blev senere modtaget 289115 og andre isotoper af dette element. I modsætning til den første cyklus af kemiske eksperimenter, som Dubninsk-gruppen gennemførte uafhængigt, senere i 2007 var den kemiske isolation af nedbrydningsproduktet – 268Db blev allerede udført med involvering af amerikanske specialister fra Livermore, og det var helt overbevisende bevist, at dette element – det nedbrydende produkt af det 115. element – tilhørte V-gruppen i det periodiske system.

Desuden kunne samarbejdet fra det tyske Center for Studier med Tungtone i Darmstadt (GSI) i 2013 gentage Dubnins resultater om produktion af isotoper af element 115 i en nuklear reaktion 48Ca + 243Am. Således blev prioriteten i opdagelsen af ​​element 115 anerkendt for den russisk-amerikanske gruppe.

Element 117 Det foreslås at nævne tennesine, Ts til ære for den amerikanske delstat Tennessee, hvor Oak Ridge National Laboratory er placeret. Slutningen i titlen ligner astatin og andre elementer i halogengruppen (på engelsk). Dette element blev også syntetiseret i Dubna i en nuklear reaktion 48Ca + 249Bk. De amerikanske kollegaers rolle fra Oak Ridge bestod hovedsagelig i fremstillingen af ​​et unikt mål for Berkeley-249, som blev opnået ved en højfluxreaktor ved ORNL.I 2010-2013 blev der kun registreret 13 nedbrydningskæder. 293117 og 294117, med karakteristika (levetid og alfaaffaldsenergi) af nedbrydningsproduktet 289115 svarede til de data, der blev opnået tidligere for dette radionuklid i en anden nuklear reaktion 48Ca + 243Am. Af denne grund blev ansøgningen om opdagelsen af ​​dette element fundet at opfylde de etablerede kriterier.

Element 118 Forfatterne foreslog navnet oganeson (oganesson, Og). Det skal være analogt med radon og andre inerte gasser, og dens opdagelse fuldender syvende perioden af ​​det periodiske bord. Det foreslås at nævne dette element til ære for Yuri Tsolakovich Oganesyan for hans banebrydende bidrag til undersøgelsen af ​​transactinoid-elementer og vigtige nukleare og fysiske resultater i opdagelsen af ​​superheavy-kerner og undersøgelsen af ​​"øen nuklear stabilitet". I historien var der kun et mere eksempel, da navnet på elementet blev tildelt den nuværende videnskabsmand. Element 106 blev navngivet Siborg (Sg) i 1997 til ære for Glenn Seaborg (1912-1999), Nobelprisvurdering, forfatter til opdagelsen af ​​plutonium og en række transplutoniumelementer.

I 2002-2012, i Dubna, da målet blev bestrålet 249Cf ioner 48Ca blev fundet flere begivenheder af uddannelse 294118 (levetid – ca. 1 millisekund) efterfulgt af et konsistent henfald 290Lv (livermoria), 286Fl (flerovia) og 282Cn (coperinering). Livstids- og alfa-partikelenergierne i disse Fl- og Cn-isotoper blev bekræftet af det amerikanske samarbejde på Berkeley-cyklotronen. Derfor anbefalede den fælles arbejdsgruppe at genkende opdagelsen.

Det skal bemærkes, at alle nyligt foreslåede navne og symboler på elementer endnu ikke er godkendt af IUPAC.

* * *

Hvad er betydningen af ​​opdagelsen af ​​disse nye elementer?

Spørgsmålet "Hvor meget brød og kul kan det give?" absolut forkert. Fordelene ved at udvikle en bestemt gren af ​​grundforskningen er ofte umulige at forudsige, og sådanne argumenter bør ikke hæmme dens udvikling. Forsøg på at pre-list indkomst og politiske fordele ved videnskabelige opdagelser er latterlige. Overvejelser om prestige bør heller ikke på nogen måde begrænse retningens udvikling, fordi dens sande betydning kan afsløres meget senere. Omvendt kan vidtrækkende resultater ikke have nogen væsentlig fortsættelse. Generelt skal videnskaben styres af sin egen logik, og ikke af logikken hos mennesker langt fra den.Samfundet skal stole på forskere, og "at tilfredsstille ens egen nysgerrighed på offentlig bekostning" er en normal situation på dette område af menneskelig aktivitet. Og det er forskere, kvalificerede specialister, der skal bestemme, hvad de skal bruge penge på, og hvad der kan vente eller er håbløs.

Et andet spørgsmål er, hvilken videnskabelig betydning dette resultat kan have for opdagelsen af ​​nye elementer. Hvad ændrer det i vores forståelse af kernens struktur og de kemiske egenskaber af elementer generelt?

Fra et fysisk synspunkt kan disse resultater være vigtige for en bedre forståelse af den nukleare struktur og nuklear interaktion. Siden 1960'erne er spørgsmålet om eksistensen af ​​såkaldte stabilitetsøer i regionen af ​​nukleare ladninger Z = 114 og 126 som en manifestation af kernekapitalets shellstruktur blevet diskuteret kraftigt. Derfor var opnåelsen af ​​de første transaktinoidelementer, som havde en langt længere halveringstid end forudsagt af den gamle "drop" -model af kernens struktur, virkelig af fundamental betydning. Nu i shell-modellen tvivler ingen. Resultaterne opnået for nye elementer og nye isotoper gør det muligt at forfine de eksisterende modeller af kernen og nukleare reaktioner.Selv om fundamentalt nye fænomener ikke forventes, er et sæt nye data altid nyttigt. Det er indlysende, at de eksisterende metoder ikke kan nå toppen af ​​øen med de eksisterende metoder: Der er simpelthen ingen sådanne kombinationer i nukleare reaktioner – der er ikke nok neutroner i de resulterende isotoper. Tidligere mange år blev der forsøgt at finde i naturlige prøver de SHE'er, der ville være så langvarige, at de kunne forblive fra tidspunktet for dannelsen af ​​solsystemet. Men disse forsøg var mislykkede. De tidligere angivne resultater fandt ikke nogen eksperimentel eller teoretisk bekræftelse.

Fra et kemisk synspunkt er situationen noget anderledes. Her kan du virkelig forvente fundamentalt nye fænomener. Pointen er de såkaldte "relativistiske effekter." I atomer med en stor atomladning erhverver elektroner relativistiske hastigheder, og den sædvanlige Schrödinger-ligning, der bruges til at beskrive atomer, virker ikke længere. Især de p-elektroner der er bekendt med alle "dumbbells" i VII-perioden undergår ændringer, og en af ​​dem bliver til en bold. Som følge heraf ændrer den elektroniske struktur af atomer. Nye elementer kan have en betydelig afvigelse af kemiske egenskaber fra ekstrapoleret fra det periodiske system og fremkomsten af ​​usædvanlige kemiske egenskaber.

I forhold til de "relativistiske virkninger" er der mange spekulationer, der tydeligvis har til formål at øge interessen for spørgsmålet. Det blev for eksempel foreslået, at element 104 rutherford (Rf) – en formel analog af titanium, zirconium og hafnium – kan vise sig at være et p-element, der ligner hinanden i kemiske egenskaber. Eller det blev hævdet, at elementet 114 af multium (Fl) – en analog af bly – kan være en inert gas. Faktisk viser en omhyggelig undersøgelse, at selvom Rf-atomet har en usædvanlig konfiguration af den ydre elektronskal (ds2p), i dets kemiske egenskaber er det et typisk d-element, en analog af hafnium. Og Fl, der har en høj volatilitet (som det følger af eventuelle ekstrapoleringer) forbliver i den kondenserede tilstand et typisk metal. Generelt er det helt ukorrekt at tildele enhver afvigelse fra ekstrapolering i det periodiske system til "relativistiske effekter": det kan skyldes helt forskellige grunde, for eksempel interkonfigurationsinteraktion.

Alligevel muliggør undersøgelsen af ​​relativistiske virkninger en bedre forståelse af de kemiske egenskaber ved de velkendte og universelt anvendte elementer.Det giver også en bedre forståelse af, hvordan den elektroniske struktur af atomer og molekyler, som kan beregnes, bestemmer deres specifikke kemiske egenskaber. Dette er stadig et langt fra fuldt opløst spørgsmål. Yderligere fremskridt på den periodiske tabel kan føre til dannelsen af ​​en helt ny gruppe af elementer – g-elementer (begyndende fra element 121) med interessante egenskaber. Alle disse spørgsmål venter stadig på en detaljeret undersøgelse.

Det skal imidlertid bemærkes, at der i nyere opdagelser ikke forekommer undersøgelser af de nye bestanders kemiske egenskaber (kun nedbrydningsproduktet af element 115 – element 105, Db blev kemisk adskilt for at bekræfte slutningen af ​​nedbrydningskæden). Men en sådan undersøgelse var vanskelig at udføre på grund af det lave udbytte og korte halveringstider for de opnåede isotoper. Ikke desto mindre er dette muligt, selvom det kræver en ny tilgang til formuleringen af ​​kemiske forsøg.

Opdagelsen af ​​nye elementer giver et andet eksempel på, at betydelige resultater fra russiske forskere er mulige i tæt samarbejde med forskere fra USA, Tyskland og andre udviklede lande. Sådanne værker hæver vores videnskabs prestige.


[1] International Union of Pure and Applied Chemistry.
[2] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T.Opdagelse af elementerne med atomværdier Z = 113, 115 og 117 (IUPAC Teknisk rapport) // Ren appl. chem. 2016. V. 88. s. 139-153.
[3] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T. Discovery of the elements with atom numbers Z = 118 (IUPAC Technical Report) // Ren appl. 2016. V. 88, s. 155-160.
[4] Hamilton H., Hofman S., Oganessian Y.T. Søg efter Superheavy Nuclei // Annu. Rev. Nucl. Del. Sci., 2013. V. 63. s. 383-405.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: