Детская энциклопедия




Меню сайта




Реклама











Как были открыты трансурановые элементы

Вопрос о границах периодической системы, пожалуй, наиболее сложен. Сколько элементов существует в природе? Сколько их может быть создано человеком?

В пределах от водорода до урана их ровно 92 — ни больше, ни меньше. Это доказано пе­риодическим законом. До водорода нет ни од­ного: не может быть атома с зарядом ядра меньше единицы. Но периодический закон хи­мических элементов не дает ответа на вопрос, сколько же элементов за ураном.

Много труда положили химики, разыски­вая в природе элементы тяжелее урана. Не раз в научных журналах появлялись торжествую­щие извещения о «достоверном» открытии но­вого тяжелого элемента с атомным весом боль­шим, чем у урана. Например, элемент № 93 «открывали» в природе многократно, он получал имена «богемий», «секваний». Но эти ложные открытия оказывались каждый раз следствием ошибок. Они по существу характеризуют чрезвычайную трудность точного аналитическо­го определения ничтожных следов нового не­известного элемента с неизученными свойствами.

Результат этих поисков был отрицатель­ным, потому что элементов, соответствующих тем клеткам таблицы Менделеева, которые должны быть расположены за 92-й клеткой, на Земле фактически нет.

Первые попытки искусственно получить новые элементы тяжелее урана были связаны с одной из замечательных ошибок в истории развития науки. Было замечено, что под влия­нием потока нейтронов многие элементы стано­вятся радиоактивными и начинают испускать β-лучи. Ядро атома, потеряв отрицательный заряд, сдвигается в периодической таблице на одну клетку вправо, и его порядковый номер становится на единицу больше — происходит превращение элементов. Под воздействием ней­тронов образуются более тяжелые элементы.

Естественно, что была сделана попытка по­действовать нейтронами и на уран. Ученые на­деялись, что, так же как и у других элементов, у урана при этом появится β-активность и в результате β-распада возникнет новый элемент с номером на единицу большим, который и дол­жен занять 93-ю клетку в системе Менделеева. Было высказано предположение, что этот эле­мент должен быть похож на рений, поэтому он был заранее назван «экарением».

Первые опыты, казалось, сразу же подтвер­дили такое предположение. Даже больше, было обнаружено, что при этом возникает не один новый элемент, а несколько. Были опублико­ваны сообщения о возникновении сразу шести новых элементов тяжелее урана. Кроме экарения, были «обнаружены» экаосмий, экаиридий, экаплатина и эказолото.

И все открытия оказались ошибкой. Но это была замечательная ошибка. Она привела науку к величайшему из достижений физики за всю историю человечества — к овладению энергией атомного ядра.

Оказалось, что все было не так. Никаких трансурановых элементов не было найдено. У странных новых элементов тщетно пытались найти предполагаемые свойства, которыми дол­жны были обладать элементы от «экарения» до «эказолота». И вдруг среди этих элементов нео­жиданно были обнаружены радиоактивный ба­рий и лантан. Не трансурановые, а самые обыч­ные элементы, места которых находятся в се­редине периодической таблицы Менделеева.

Прошло немного времени, и этот очень не­ожиданный и очень странный результат был правильно понят.

Почему из атомных ядер урана, стоящего в конце периодической системы элементов, при действии нейтронов образуются ядра элемен­тов, места которых находятся в ее середине?

Например, было найдено, что при действии нейтронов на уран возникают элементы, соот­ветствующие следующим клеткам периодиче­ской системы:

35 — бром        и 57 — лантан

36 — криптон  и 56 — барий

37 — рубидий  и 55 — цезий

38 — стронций и 54 — ксенон

39 — иттрий     и 53 — йод

40 — цирконий и 52 — теллур Много элементов было найдено в невообра­зимо сложной смеси радиоактивных изотопов, образующихся в уране, облученном нейтронами. Хотя все они оказались старыми, давно знакомыми химикам элементами, в то же время это были новые вещества, впервые созданные человеком.

В природе нет радиоактивных изотопов брома, криптона, стронция и других тридцати четырех элементов — от цинка до гадолиния, возникающих при облучении урана.

В науке часто так бывает: самое загадочное и самое сложное оказывается простым и ясным, когда оно разгадано и понято. Оказалось, когда нейтрон попадает в ядро урана, оно раскалы­вается, расщепляется на два «осколка» — на два атомных ядра меньшего веса (рис. 14). Эти осколки могут быть различной величины, поэтому-то и образуется так много различных радиоактивных изотопов обычных химических элементов.

Одно атомное ядро урана (92) распадается на атомные ядра брома (35) и лантана (57), осколки при расщеплении другого могут ока­заться атомными ядрами криптона (36) и бария (56). Каждый раз сумма атомных номеров образующихся осколочных элементов будет равна 92.

Это было началом цепи великих открытий, изменяющих судьбу человечества. Вскоре было обнаружено, что под ударом нейтрона возни­кают из ядра атома урана-235 не только оскол­ки — ядра с меньшим весом, но и два-три нейт­рона (рис. 15).

 

 

Каждый из этих нейтронов в свою очередь способен снова вызвать расщеп­ление атома урана. А при каждом таком распа­де выделяется очень много энергии. Это и стало началом овладения человеком внутриатомной энергией.

Среди огромного множества осколочных про­дуктов при расщеплении ядер урана был впо­следствии обнаружен остававшийся долгое вре­мя незамеченным первый настоящий трансура­новый элемент — № 93 (рис. 16 и 17).

Он воз­никал при действии нейтронов на уран-238. Химическими свойствами он оказался весьма сходным с ураном и совсем не был похож на рений, как это ожидали при первых попытках синтезировать элементы тяжелее урана. Поэто­му его и не могли сразу обнаружить.

Первый созданный человеком элемент, ле­жащий за пределами «естественной системы химических элементов», был назван нептунием, по имени планеты Нептун. Его создание рас­ширило для нас границы, определенные самой природой. Так же и предсказанное открытие планеты Нептун расширило границы наших знаний о солнечной системе.

Вскоре был создан и 94-й элемент. Он также получил имя, взятое «с неба», в честь последней планеты солнечной системы. Его назвали плутонием. В периодической таблице Менделеева он следует по порядку за нептунием, анало­гично последней планете солнечной системы Плутону, орбита которой лежит за орбитой Неп­туна.

94-й элемент был обнаружен точно в соот­ветствии с законами построения периодической системы. Он возникает из первого искусствен­ного трансуранового элемента нептуния при его β-распаде (рис. 18).

Плутоний — единственный из трансурано­вых элементов, который теперь получают в атом­ных реакторах в очень больших количествах. Так же как и уран-235, он способен расщеп­ляться под действием нейтронов и применяется как «топливо» в атомных реакторах.

95-й и 96-й элементы носят названия «аме­риций» и «кюрий». Они также получаются теперь в атомных реакторах. Оба элемента обла­дают очень большой радиоактивностью — испу­скают a-лучи. Радиоактивность этих элемен­тов настолько велика, что растворы их солей нагреваются, закипают и очень сильно светят­ся в темноте.

Все трансурановые элементы — от непту­ния до америция и кюрия — были получены в достаточно больших количествах, чтобы под­робно изучить их свойства. В чистом виде это металлы серебристого цвета, все они радиоак­тивны и химическими свойствами очень похо­жи друг на друга, а все вместе — на уран.

Очень интересный элемент калифорний — шестой после ура­на. Калифорний впервые был создан по методу, основанному на периодическом законе: пла­стинка урана была подвергну­та в циклотроне бомбардировке ядрами углерода, обладающи­ми большой энергией. Почему при этом должен получиться 98-й элемент калифорний, со­образите сами. Рисунок 19 вам в этом поможет.

Был выделен в чистом виде и 97-й элемент — берклий. Для этого пришлось положить чистый препарат плутония внутрь ядерного реактора, где он целых шесть лет находился под действием мощного потока ней­тронов. За это время в нем и накопилось не­сколько микрограммов элемента № 97. Плуто­ний извлекли из атомного реактора, растворили в кислоте и из смеси выделили наиболее долгоживущий берклий-249. Он радиоактивен — за год распадается наполовину. Пока удалось получить только несколько микрограммов берклия. Но этого количества хватило ученым, что­бы точно изучить его химические свойства.

Очень интересна история открытия двух следующих трансурановых элементов: 99-го и 100-го. Впервые они были найдены в облаках и в «грязи». Чтобы изучить, что образуется при термоядерных взрывах, самолет пролетел сквозь взрывное облако и на бумажные фильтры были собраны пробы осадка. В этом осад­ке и были найдены следы присутствия двух новых элементов. Чтобы получить более точ­ные данные, на месте взрыва собрали большое количество «грязи» — измененной взрывом поч­вы и горной породы. Эту «грязь» переработали в лаборатории и из нее выделили два новых элемента. Их назвали эйнштейнием и фермием, в честь ученых Эйнштейна и Ферми, которым человечество многим обязано за открытие пу­тей, как овладеть атомной энергией: Эйнштей­ну принадлежит закон эквивалентности мас­сы и энергии, а Ферми построил первый атом­ный реактор.

Найдены и другие методы получения обоих этих элементов, правда, пока еще в столь исчезающе малых количествах, что даже увидеть их никому не удалось.

Одним из самых великих достижений, кото­рым по справедливости может гордиться наука, следует назвать создание 101-го элемента, ко­торый получил имя великого творца периодической системы химических элементов, поло­жившей начало овладению тайнами строения атома,— имя Дмитрия Ивановича Менделеева. Менделевий был получен следующим обра­зом (рис. 20).

На листочек тончайшей золотой фольги нанесли совершенно невидимое покры­тие, состоящее приблизительно из одного миллиарда атомов эйнштейния. Альфа-частицы с очень большой энергией, пробивая золотую фольгу с обратной стороны, при соударении с атомами эйнштейния могли вступать в ядерно-химическую реакцию и образовывали атомы нового, 101-го элемента. При таком соударении образовавшиеся атомы менделевия вылетали с поверхности золотой фольги и собирались на другом, расположенном рядом, тончайшем золо­том листочке. Таким остроумным путем уда­лось выделить в чистом виде атомы 101-го эле­мента из сложной смеси эйнштейния и продук­тов его распада. Невидимый налет смывался кислотой и подвергался радиохимическому ис­следованию.

Поистине это было чудом. Исходным мате­риалом для создания 101-го элемента в каждом отдельном опыте служил приблизительно один миллиард атомов эйнштейния. Это очень мало —значительно меньше одной миллиардной доли миллиграмма, а получить эйнштейний в боль­шем количестве было невозможно. Заранее было подсчитано, что из всего миллиарда атомов эйнштейния при многочасовой бомбардировке альфа-частицами может прореагировать всего только один-единственный атом эйнштейния и, следовательно, может образоваться только один атом нового элемента. Нужно было не только суметь его обнаружить, но и сделать это так, чтобы выяснить по одному лишь атому хими­ческую природу элемента.

И это было сделано. Успех опыта превзошел расчеты и ожидания. Удалось заметить при одном эксперименте не один, а даже два атома нового элемента. Всего в первой серии опытов было получено семнадцать атомов менделевия. Этого оказалось достаточно, чтобы установить и факт образования нового элемента, и его место в периодической системе и определить его основные химические и радиоактивные свой­ства. Оказалось, что это альфа-активный эле­мент с периодом полураспада около получаса.

В последние годы ученые искусственно изго­товили 102-й и 103-й элементы. Первый пока

не получил названия, а второму дали имя лоуренсий (в честь Лоуренса — изобретателя циклотрона).

В 1964 г. советские ученые синтезировали изотоп 104-го элемента (см. ст. «На пути к откры­тию элемента 104»).





 
 
----------------------------------------------------
Календарь
«  Сентябрь 2017  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930

Реклама

  • Новые статьи
    Каталог статей
    Как подготовить ребенка к школе
    Освоение навыков чтения
    Природные материалы на уроках труда

    Статистика






     
    Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
    2013 © 2017