ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Трансурановые элементы. Основные понятия из "Искусственные трансурановые элементы" Изучение трансурановых элементов — химических элементов с атомными номерами, большими, чем атомный номер самого тяжелого из встречающихся в природе элементов (урана), — увлекательная область науки, которая сложилась в период второй мировой войны и которая, несомненно, значительно разовьется и в будущем. Получение трансурановых элементов — воплощение мечты алхимиков о превращении одних элементов в другие. Трансурановые элементы применительно ко всем практическим целям являются синтетическими по своему происхождению они могут быть получены, следовательно, путем превращения, если в качестве исходного материала взять встречающийся в природе уран. Однако, прежде чем сколько-нибудь подробно рассматривать трансурановые элементы, будет, по-видимому, правильным начать изложение с объяснения некоторых основных представлений и принципов. [c.7] Чтобы синтезировать новый элемент, необходимо в качестве пс.ходного взять элемент, встречающийся в природе или полученный в предшествующем синтезе. Затем в результате соответствующего процесса ядерного превращения атомы исходного элемента превращаются в атомы нового элемента, который хотят получить. Поскольку число протонов, имеющихся в атомном ядре, определяет, что это за элемент, то для синтеза какого бы то ни было нового элемента требуется увеличение числа протонов в ядре исходного материала. [c.8] В том случае, если это отношение нарушено в результате добавления нейтрона, образовавшееся ядро имеет тенденцию достигнуть большей стабильности при превращении нейтрона в протон. Чтобы сохранить электрический заряд, в этом процессе возникает отрицательная р-частица (электрон), и она выбрасывается из ядра с огромной кинетической энергией. Такой процесс превращения нейтрона в протон представляет собой самопроизвольный процесс, который может произойти через несколько секунд или несколько минут, а может потребовать и годы. Это один тип самопроизвольного ядерного превращения, получившего общее название радиоактивности. Здесь описан процесс, протекающий при избытке в ядре нейтронов, по существует и другой ядерный процесс, протекающий при недостатке нейтронов и приводяпгий к превращению протона в нейтрон путем испускания положительной р-частицы (позитрона) или захвата орбитального электро-н а. Это явление приводит к уменьшению атомного номера на единицу. [c.9] После того как ядро испустит отрицательную или положительную р-частицу, нарушается равенство между зарядом ядра и зарядом всех орбитальных электронов (электронов, находящихся вне ядра). Атом оказывается в ионизированном состоянии до тех пор, пока не получит орбитальный электрон извне или не отдаст его внешней среде. [c.9] Как только бомбардирующее ядро внедрится в ядро атома мишени, короткодействующие ядерные силы свяжут два ядра вместе в составное ядро. Так образуется ядро нового элемента, ибо в нем теперь больше протонов, чем было в первоначально взятом ядре. Вновь образованное промежуточное составное ядро обладает некоторым количеством энергии возбуждения (избыточной энергией по отношению к самому низкому энергетическому состоянию ядра), которая должна быть испущена, чтобы ядро могло стабилизироваться. [c.10] В наиболее тяжелых элементах, таких, как трансурановые, эта избыточная энергия в тех случаях, когда не происходит деления, обычно рассеивается путем испускания У учей (электромагнитного излучения, обладающего высокой энергией) и испарения нейтронов из возбужденных ядер. (Могут, конечно, происходить также и другие реакции). Ядра нового элемента являются радиоактивными, и они будут стремиться достигнуть более высокой устойчивости изменением своего внутреннего строения через радиоактивный р-или а-распад или же спонтанное деление. Радиоактивный распад каждого вида атомов протекает со скоростью, характерной для данного нуклида. Он характеризуется периодом полураспада который определяется как продолжительность времени, необходимого для того, чтобы распалась половина исходного числа атомов. [c.10] Когда ядерное превращение окончено, новый элемент все еще остается не открытым. Необходимо провС сти целый ряд анализов, чтобы доказать, что предполагаемый новый элемент действительно имеет атомный номер, отличающийся от атомных номеров всех известных элементов. Это можно сделать только путем доказательства, что новый элемент обладает лишь ему одному присущими химическими свойствами. Однако задача эта нелегкая, поскольку для изучения доступно лишь небольшое число атомов, а время, в течение которого можно изучать новый элемент, пока он не подвергнется радиоактивному распаду, обычно очень невелико. Фактически для двух из полученных трансурановых элементов (для элементов с атомными номерами 102 и 103) было невозможно произвести химические анализы и утверждение об их открытии покоится на данных о радиоактивных свойствах и другой подобного рода информации. [c.11] Необходимо иметь в виду, что в этих ядерных реакциях (особенно при таких экспериментальных условиях, какие были в первом синтезе) очень немного атомов элемента мишени превращалось в атомы нового элемента. Если бы можно было все эти атомы собрать вместе, то и тогда было бы совершенно невозможно их увидеть, взвесить или выполнить какой бы то ки было обычный химический анализ, который можно произвести с макроскопическим (видимым или поддающемся взвешиванию) количеством вещества. Следовательно, химические свойства новых элементов должны изучаться особыми методами, которые известны под общим названием химии меченых атомов или радиохимии. Краткое описание этих методов дано Е гл. 2 и 4 (в разделе, посвященном нептунию). [c.11] Обычно лишь спустя некоторое время после открытия нового элемента удается получить его в больших, видимых количествах и впервые отделить от всех других элементов, перечисленных в периодической таблице. Только тогда эти видимые количества нового элемента могут быть взвешены и проверены в чистом виде, а макроскопические свойства данного элемента и его соединений изучены. [c.11] До 1963 г. было создано одиннадцать трансурановых элементов, перечисленных в табл. 1. [c.12] Изучение этих элементов связано с решением таких проблем, как умение работать со столь малыми количествами материала, что они не поддаются взвешиванию (в некоторых случаях лишь с одним или двумя атомами), оперировать с весовыми, но очень малыми количествами — порядка нескольких сотых микрограмма, обеспечивать безопасность работы с высокорадиоактивными веществами, получать и идентифицировать элементы со все большими и большими атомными номерами. Все эти проблемы уже решены или решаются. Нептуний доступен в виде изотопа с довольно большим периодом полураспада, что позволяет выполнять исследование с нептунием, не подвергаясь опасности, в обычных лабораториях при соответствующих мерах предосторожности. Плутоний и кюрий также имеют долгоживующие изотопы, благодаря чему эти элементы, вероятно, будут доступны для более широкого изучения во всем мире. [c.13] Взаимосвязь между отдельными трансурановыми - элементами и их отношение к другим элементам периодической таблицы в настоящее время нами поняты. Как и следовало ожидать, такой значительный прогресс науки, как увеличение на 12% числа химических элементов, во многом содействовал увеличению объема наших основных научных знаний, особенно в области химии и физики. Так, например, поскольку трансурановые элементы обладают самыми разнообразными химическими свойствами, выражающимися, в частности, в способности образовывать необычные соединения и чрезвычайно сложные ионы в растворе, изучение этих новых трансурановых элементов внесло большой вклад в неорганическую химию и способствовало повышению интереса к этой области знаний. Подобным, же образом изучение радиоактивных свойств и способности к делению приблизительно ста известных нуклидов трансурановых элементов значительно пополнило наши сведения о строении ядер. [c.14] Вернуться к основной статье