СЛОВАРЬ ЮНОГО ХИМИКА

 

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

 

 

 

Трансурановые элементы - так называют химические элементы, которые имеют порядковые номера больше 92, т. е. в периодической системе следуют за ураном. Все известные ныне трансурановые элементы были синтезированы с помощью ядерных реакций; все они сильно радиоактивны, периоды полураспада их изотопов, как правило, невелики.

 

Впервые пытался синтезировать трансурановые элементы знаменитый итальянский физик Э. Ферми. В 1934 г. он облучал мишень из урана нейтронами. Ученый рассуждал так: изотоп уран-238, захватив нейтрон, превращается в уран-239, который, испустив р--частицу, становится изотопом первого трансуранового элемента с Z = 93. Ферми назвал его гесперием.

 

Некоторые ученые в других странах приходили к подобному выводу. Однако вскоре оказалось, что эти рассуждения ошибочны. «Трансурановые» элементы в действительности оказались осколками деления ядер урана под действием нейтронов — элементами, расположенными в середине периодической системы (например, бария и лантана).

Эпоха достоверного синтеза трансурановых элементов началась в 1940 г. Американские исследователи Э. Макмиллан и Ф. Эйблсон получили нептуний (Z = 93). В том же году Г. Сиборг с сотрудниками синтезировали плутоний (Z=94). Новые элементы были названы в честь планет Нептуна и Плутона, расположенных в Солнечной системе за Ураном.

 

В настоящее время известно 15 изотопов нептуния и столько же плутония. Их продолжительность жизни значительно меньше возраста Земли. Вот почему они не сохранились на нашей планете со времени ее образования. Изотопы последующих трансурановых элементов имеют еще меньшие периоды полураспада.

 

После получения первых трансуранов синтез новых успешно продолжался, и за 15 лет, начиная с 1940 г., в периодическую систему Менделеева вошли 9 новых символов искусственных элементов. В 1944—1945 гг. появились на свет америций (Z = 95, названный в честь Америки) и кюрий (Z=96, в честь П. Кюри и М. Склодовской-Кюри). В 1949 г. пришла очередь берклия (Z = 97, по названию города Беркли в американском штате Калифорния), а годом позже был синтезирован калифорний (Z —98). Элементы с порядковыми номерами 99 и 100 (эйнштейний и фермий) первоначально были обнаружены среди большого числа продуктов экспериментального термоядерного взрыва на атолле Эниветок, а позже получены в лабораториях. Наконец, в 1955 г. мир узнал о синтезе менделевия (Z = 101), названного в честь автора открытия периодического закона. В седьмом периоде таблицы Менделеева выстроились в ряд символы: Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md...

 

Все эти трансурановые элементы были получены благодаря применению легких бомбардирующих частиц: нейтронов, протонов, дейтронов (ядер тяжелого изотопа водорода) или альфа-частиц. В качестве мишеней использовались элементы, заряды ядер атомов которых были на 1 или на 2 меньше, чем у элемента — продукта синтеза. Например, плутоний- 239 получался в результате ядерной реакции:2J8U (n,y) 2,i!lU^- Np ^ Pu, а калифорний-245 таким путем: 29бСт (a,n) 2glCf.

По мере продвижения в область все больших значений Z трудности синтезов заметно возрастали. Периоды полураспада получаемых изотопов становились все меньше, а работа с сильно радиоактивными препаратами — все опаснее. Количества тяжелых трансурановых элементов, с которыми приходилось работать исследователям, измерялись в лучшем случае микрограммами. Вот интересный факт: мишень из эйнштейния, использовавшаяся для синтеза менделевия, содержала всего... 109 атомов элемента № 99. Поэтому темпы синтеза последующих трансурановых элементов резко замедлились. Использование легких бомбардирующих частиц стало бесполезным, так как не удавалось накопить сколько-либо заметного количества, скажем, элементов с Z —100 и 101 для использования их в качестве мишеней.

 

Дальнейшее освоение трансуранового «материка» требовало разработки новых идей и новых методов синтеза. Для искусственного получения элементов с трехзначными порядковыми номерами ученые стали использовать ускоренные многозарядные ионы легких элементов периодической системы, например бора, неона, углерода, азота, кислорода, аргона. Сначала было необходимо лишить их атомы как можно большего числа электронов, а затем на мощных ускорителях разогнать образовавшиеся ионы до высоких энергий. Тем самым отпадала сложность в выборе мишеней. В качестве последних теперь можно было использовать легко доступные, элементы, например уран, плутоний, америций или кюрий. Вот по какой ядерной реакции был синтезирован академиком Г. Н. Флеровым с сотрудниками элемент курчато- вий (Z—104), названный в честь выдающегося советского физика И. В. Курчатова: 242Pu(2oNe,4n)2BOKu. Если синтез трансурановых элементов с Z = 93—101 был в основном осуществлен американскими физиками во главе с Г. Сиборгом, то в области элементов «второй сотни» лидерство перешло к советским ученым из Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне.

 

Но здесь творцов новых элементов подстерегали несравненно большие трудности. Приходилось работать буквально с единичными атомами, получавшимися в результате ядерных реакций. Притом эти атомы распадаются в результате спонтанного деления — основного вида радиоактивного распада у тяжелых трансурановых элементов. Периоды полураспада измеряются долями секунды (например, у изотопа 26' 107Т'/г = 0,015 с).

 

В периодической системе элементов (см. цветную вклейку) в скобках помещен символ No для элементов с Z = 102. Его название нобелий было пред-, ложено учеными из Нобелевского института в Стокгольме, сообщение которых о синтезе этого элемента в 1957 г. не подтвердилось. Достоверный синтез 102-го элемента осуществили советские физики, предложившие название «жолиотий» (в честь Ф. Жолио- Кюри). Элемент с Z = 103 назван лоуренсием (Lr) — в честь изобретателя циклотрона Э. Лоуренса, а элемент с Z = 105 — нильсборием (Ns) в честь датского физика Нильса Бора. Оба этих элемента также достоверно впервые были получены в Дубне. Однако американские ученые предлагают для 105-го элемента название «ганий» (в честь немецкого радиохимика О. Гана, одного из первооткрывателей явления деления ядер урана). Для элементов с Z = 106, 107, 108, 109 и 110 пока не предложено названий. Эти элементы синтезированы принципиально новым методом: например, в случае синтезов 106-го и 107-го в качестве мишеней были стабильные элементы свинец и висмут, а бомбардирующими «снарядами» — многозарядные ионы хрома:

2^Pb (iter, 2п)259 1 06 и 2a§Bi (ItCr, 2n)26' 107.

 

Каков же предел искусственного получения трансурановых элементов? Этот вопрос пока так и не имеет ответа. В середине 60-х гг. теоретики выдвинули предположение, что некоторые сверхтяжелые элементы, в атомных ядрах которых содержится определенное число протонов (114, 126, 164) или нейтронов (184, 196), могут иметь очень большие периоды полураспада по отношению к спонтанному делению. Эта гипотеза об «островках относительной стабильности» неизвестных элементов вызвала к жизни попытки их синтеза и даже обнаружения в природных объектах. Но многочисленные эксперименты так и не привели к успеху. Вот пример ядерной реакции, посредством которой пытались синтезировать элемент с Z=114: 29§Cm(leAr, 4п)2М 114.

 

Осуществление синтеза большого числа трансурановых элементов открыло для химиков обширную область исследований. Можно сказать, что возникла новая химическая дисциплина — химия трансурановых элементов. Их свойства оказались неожиданными и своеобразными , они заметно отличаются от свойств соответствующих элементов шестого периода.

 

Многие трансурановые элементы находят практическое применение. Наиболее важным является изотоп плутония-239 — как эффективное ядерное горючее. Отдельные изотопы нептуния, плутония, америция и кюрия применяются в качестве так называемых изотопных источников тока.

 

 

Ффф2

Смотрите также:

 

Продолжение периодической системы элементов.

Предполагается, что на первоначальной стадии развития Земли существовали и трансурановые элементы с порядковыми номерами до 106.

 

ИДЕМ К 114-му?

Именно на нем и были получены трансурановые элементы с номерами 102—107. Наша сегодняшняя задача — получение 114-го элемента. Почему именно его?