Трансурановый элемент
Трансурановые элементы (также известные как трансурановые элементы ) — это химические элементы с атомным номером больше 92, что соответствует атомному номеру урана . Все они радиоактивно нестабильны и распадаются на другие элементы. За исключением нептуния и плутония , которые обнаружены в природе в следовых количествах, они не встречаются на Земле в природе и являются синтетическими .
Обзор
[ редактировать ]
Из элементов с атомными номерами от 1 до 92 большинство можно найти в природе, имея стабильные изотопы (например, кислород ) или очень долгоживущие радиоизотопы (например, уран ), или существующие в виде обычных продуктов распада урана и тория. (например, радон ). Исключение составляют элементы технеций , прометий , астат и франций ; все четыре встречаются в природе, но только в очень второстепенных ветвях цепочек распада урана и тория, и, таким образом, все, за исключением франция, были впервые обнаружены путем синтеза в лаборатории, а не в природе.
Все элементы с более высокими атомными номерами были впервые обнаружены в лаборатории, а нептуний и плутоний позже были обнаружены в природе. Все они радиоактивны , их период полураспада намного короче возраста Земли , поэтому любые первичные атомы этих элементов, если они когда-либо присутствовали при формировании Земли, уже давно распались. Следовые количества нептуния и плутония образуются в некоторых богатых ураном горных породах, а небольшие количества образуются во время атмосферных испытаний ядерного оружия . Эти два элемента образуются в результате захвата нейтронов в урановой руде с последующим бета-распадом (например, 238 У + п → 239 В → 239 Например → 239 Мог ).
Все элементы тяжелее плутония полностью синтетические ; они создаются в ядерных реакторах или ускорителях частиц . Периоды полураспада этих элементов демонстрируют общую тенденцию к уменьшению по мере увеличения атомных номеров. Однако есть исключения, в том числе несколько изотопов кюрия и дубния . Считается, что некоторые более тяжелые элементы в этом ряду с атомными номерами 110–114 нарушают эту тенденцию и демонстрируют повышенную ядерную стабильность, образуя теоретический остров стабильности . [1]
Тяжелые трансурановые элементы производить сложно и дорого, а их цена быстро растет с ростом атомного номера. По состоянию на 2008 год стоимость оружейного плутония составляла около 4000 долларов за грамм. [2] а калифорний превысил 60 000 000 долларов за грамм. [3] Эйнштейний — самый тяжелый элемент, который был произведен в макроскопических количествах. [4]
Трансурановые элементы, которые не были обнаружены или были обнаружены, но еще не получили официального названия, используют ИЮПАК элементов систематические названия . Именование трансурановых элементов может быть источником разногласий .
Открытия
[ редактировать ]На сегодняшний день практически все трансурановые элементы обнаружены в четырех лабораториях: Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBNL) в США (элементы 93–101, 106 и совместная работа по 103–105), Объединенном институте ядерных исследований ( ОИЯИ) в России (элементы 102 и 114–118, а также совместный кредит за 103–105), Центре исследований тяжелых ионов GSI имени Гельмгольца в Германии (элементы 107–112) и RIKEN в Японии (элемент 113).
- Радиационная лаборатория (ныне LBNL) Калифорнийского университета в Беркли , возглавляемая главным образом Эдвином Макмилланом , Гленном Сиборгом и Альбертом Гиорсо , в 1945-1974 годах:
- 93. нептуний , Np, назван в честь планеты Нептун , так как следует за ураном , а Нептун следует за Ураном в планетарной последовательности (1940).
- 94. плутоний , Пу, названный в честь Плутона , [а] следуя тому же правилу именования, что и Нептуний, а Плутон следует за Нептуном в Солнечной системе (1940).
- 95. Америций , Am, назван потому, что он является аналогом европия , и поэтому был назван в честь континента, на котором он был впервые произведен (1944 г.).
- 96. Кюрий , Cm, назван в честь Пьера и Марии Кюри , учёных, выделивших первые радиоактивные элементы (1944 год), так как его более лёгкий аналог гадолиний был назван в честь Йохана Гадолина .
- 97. berkelium , Bk, назван в честь Беркли , где расположен Калифорнийский университет в Беркли (1949).
- 98. Калифорния , Ср., назван в честь Калифорнии , где расположен университет (1950).
- 99. einsteinium , Es, назван в честь физика-теоретика Альберта Эйнштейна (1952).
- 100. фермий , Fm, назван в честь Энрико Ферми , физика, осуществившего первую управляемую цепную реакцию (1952).
- 101. Менделевий , штат Мэриленд, назван в честь русского химика Дмитрия Менделеева , известного как основной создатель периодической таблицы химических элементов (1955).
- 102. nobelium , Нет, назван в честь Альфреда Нобеля (1958). Первоначально этот элемент был заявлен командой Нобелевского института в Швеции (1957 г.) – хотя позже стало очевидно, что шведская команда не открыла этот элемент, команда LBNL решила принять свое название «нобелий» . Об этом открытии также заявил ОИЯИ, который усомнился в утверждении LBNL и назвал элемент джолиотий (Jl) в честь Фредерика Жолио-Кюри (1965). ИЮПАК пришел к выводу, что ОИЯИ был первым, кто убедительно синтезировал этот элемент (1965 г.), но сохранил название нобелий, как глубоко укоренившееся в литературе.
- 103. Lawrencium , Lr, назван в честь Эрнеста О. Лоуренса , физика, наиболее известного благодаря разработке циклотрона , и человека, в честь которого названы Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса и LBNL (где проводилось создание этих трансурановых элементов) (1961). . Об этом открытии также заявил ОИЯИ (1965), который усомнился в утверждении LBNL и предложил название резерфордий (Rf) в честь Эрнеста Резерфорда . ИЮПАК пришел к выводу, что заслуги следует разделить, сохранив название лоуренсий , укоренившееся в литературе.
- 104. резерфордий , Rf, назван в честь Эрнеста Резерфорда , автора концепции атомного ядра (1969). Об этом открытии заявил и ОИЯИ, главным образом возглавляемый Георгием Флёровым : они назвали элемент курчатовий (Ку) в честь Игоря Курчатова . ИЮПАК пришел к выводу, что кредиты должны быть разделены, и принял название LBNL rutherfordium .
- 105. дубний , Db, элемент, названный в честь Дубны , где расположен ОИЯИ. Первоначально назвала ганиум (Ха) в честь Отто Хана группа Беркли (1970). Об этом открытии заявил и ОИЯИ, назвавший его нильсборием (Ns) в честь Нильса Бора . ИЮПАК пришел к выводу, что заслуги следует разделить, и переименовал элемент в дубниум в честь команды ОИЯИ.
- 106. сиборгий , Sg, названный в честь Гленна Т. Сиборга . Это название вызвало споры, поскольку Сиборг был еще жив, но в конечном итоге оно было принято международными химиками (1974). Об этом открытии заявил и ОИЯИ. ИЮПАК пришел к выводу, что команда Беркли была первой, кто убедительно синтезировал этот элемент.
- Gesellschaft für Schwerionenforschung (Общество исследования тяжелых ионов) в Дармштадте , Гессен, Германия, возглавляемое главным образом Готфридом Мюнценбергом , Питером Армбрустером и Сигурдом Хофманном , в течение 1980-2000 годов:
- 107. борий , Bh, назван в честь датского физика Нильса Бора , игравшего важную роль в выяснении структуры атома ( 1981). Об этом открытии заявил и ОИЯИ. ИЮПАК пришел к выводу, что GSI был первым, кто убедительно синтезировал этот элемент. Команда GSI первоначально предложила нильсборий (Ns) для разрешения спора об именовании элемента 105, но это было изменено ИЮПАК, поскольку не было прецедента использования имени ученого в названии элемента.
- 108. hassium , Hs, назван в честь латинской формы названия Гессена , немецкого Бундесланда , где это произведение было исполнено (1984). Об этом открытии заявил и ОИЯИ. ИЮПАК пришел к выводу, что GSI был первым, кто убедительно синтезировал этот элемент, отметив при этом новаторскую работу ОИЯИ.
- 109. мейтнерий , гора, названа в честь Лизы Мейтнер , австрийского физика, которая была одной из первых учёных, изучавших деление ядра (1982).
- 110. darmstadtium , Ds, назван в честь Дармштадта , Германия, города, в котором была выполнена данная работа (1994). Об этом открытии также заявили ОИЯИ, предложивший название «беккерелий» в честь Анри Беккереля , и LBNL, предложившая название «ганий» для разрешения спора по элементу 105 (несмотря на то, что они протестовали против повторного использования устоявшихся названий для разных элементов). ИЮПАК пришел к выводу, что GSI был первым, кто убедительно синтезировал этот элемент.
- 111. roentgenium , Rg, назван в честь Вильгельма Конрада Рентгена , первооткрывателя рентгеновских лучей (1994).
- 112. copernicium , Cn, назван в честь астронома Николая Коперника (1996).
- RIKEN в Вако, Сайтама , Япония, под руководством Косуке Мориты :
- ОИЯИ в Дубне, Россия, под главным руководством Юрия Оганесяна в сотрудничестве с несколькими другими лабораториями, включая Ливерморскую национальную лабораторию имени Лоуренса (LLNL), с 2000 года:
- 114. флеровий , Флорида, назван в честь советского физика Георгия Флёрова , основателя ОИЯИ (1999).
- 115. московий , Мц, назван в честь Московской области , где элемент был открыт (2004 г.).
- 116. Ливерморий , Lv, назван в честь Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, сотрудничавшей с ОИЯИ в открытии (2000 г.).
- 117. Теннессин , Ц, назван в честь Теннесси , где была изготовлена берклиевая мишень, необходимая для синтеза элемента (2010).
- 118. оганессон , Ог, назван в честь Юрия Оганесяна , возглавлявшего группу ОИЯИ по открытию элементов со 114 по 118 (2002 г.).
Сверхтяжелые элементы
[ редактировать ]Сверхтяжелые элементы (также известные как сверхтяжелые атомы , обычно сокращенно SHE ) обычно относятся к трансактинидным элементам, начинающимся с резерфордия (атомный номер 104). (Лоуренсий, первый 6d-элемент, иногда, но не всегда, также включается.) Они были созданы искусственно и в настоящее время не служат никакой практической цели, поскольку их короткий период полураспада приводит к их распаду через очень короткое время, варьирующееся от нескольких часов до нескольких миллисекунд, что также делает их чрезвычайно трудными для изучения. [5] [6]
Все сверхтяжелые атомы создавались со второй половины 20-го века и постоянно создаются в 21-м веке по мере развития технологий. Они создаются посредством бомбардировки элементов в ускорителе частиц в количествах атомного масштаба, и никакого метода массового создания не найдено. [5]
Приложения
[ редактировать ]Трансурановые элементы могут быть использованы для синтеза других сверхтяжелых элементов. [7] Элементы острова стабильности имеют потенциально важное военное применение, включая разработку компактного ядерного оружия. [8] Потенциальные повседневные применения огромны; элемент америций используется в таких устройствах, как детекторы дыма и спектрометры . [9] [10]
См. также
[ редактировать ]- Конденсат Бозе-Эйнштейна (также известный как суператом )
- Минорный актинид
- Глубокое геологическое хранилище , место хранения трансурановых отходов
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Плутон был планетой на момент присвоения названия, но с тех пор был реклассифицирован как карликовая планета .
- ^ Консидайн, Гленн, изд. (2002). Научная энциклопедия Ван Ностранда (9-е изд.). Нью-Йорк: Wiley Interscience. п. 738. ИСБН 978-0-471-33230-5 .
- ^ Морель, Эндрю (2008). Элерт, Гленн (ред.). «Цена плутония» . Справочник по физике. Архивировано из оригинала 20 октября 2018 года.
- ^ Мартин, Роджер С.; Кос, Стив Э. (2001). Применение и доступность источников нейтронов из Калифорнии-252 для характеристики отходов (отчет). CiteSeerX 10.1.1.499.1273 .
- ^ Сильва, Роберт Дж. (2006). «Фермий, Менделевий, Нобелий и Лоренсий». В Морссе, Лестер Р.; Эдельштейн, Норман М.; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (Третье изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer Science+Business Media . ISBN 978-1-4020-3555-5 .
- ^ Jump up to: а б Хинен, Поль-Анри; Назаревич, Витольд (2002). «В поисках сверхтяжелых ядер» (PDF) . Новости еврофизики . 33 (1): 5–9. Бибкод : 2002ENews..33....5H . дои : 10.1051/эпн:2002102 . Архивировано (PDF) из оригинала 20 июля 2018 года.
- ^ Гринвуд, Норман Н. (1997). «Последние события, касающиеся открытия элементов 100–111» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 69 (1): 179–184. дои : 10.1351/pac199769010179 . S2CID 98322292 . Архивировано (PDF) из оригинала 21 июля 2018 года.
- ^ Лохид, RW; и др. (1985). «Поиск сверхтяжелых элементов с помощью 48 Как + 254 Является г реакция». Physical Review C. 32 ( 5): 1760–1763. Бибкод : 1985PhRvC..32.1760L . doi : 10.1103/PhysRevC.32.1760 . PMID 9953034 .
- ^ Гспонер, Андре; Хурни, Жан-Пьер (1997). Физические принципы термоядерных взрывчатых веществ, термоядерного синтеза с промежуточным удержанием и поиски ядерного оружия четвертого поколения (PDF) . Международная сеть инженеров и ученых против распространения. стр. 110–115. ISBN 978-3-933071-02-6 . Архивировано (PDF) из оригинала 6 июня 2018 года.
- ^ «Детекторы дыма и америций» , Справочный документ по ядерным проблемам , том. 35 мая 2002 г., архивировано из оригинала 11 сентября 2002 г. , получено 26 августа 2015 г.
- ^ Средство просмотра ядерных данных 2.4 , NNDC
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Эрик Шерри, Очень краткое введение в периодическую таблицу, Oxford University Press, Оксфорд, 2011.
- Сверхтяжелые элементы
- Аннотированная библиография трансурановых элементов из цифровой библиотеки по ядерным вопросам Алсос.
- Трансурановые элементы
- Официальный сайт сети Super Heavy Elements (сеть европейской инициативы интегрированной инфраструктуры EURONS)
- Дармштадт и за его пределами
- Кристиан Шниер, Йоахим Фейерборн, Бонг-Джун Ли: Следы трансурановых элементов в земных минералах? ( Онлайн , PDF-файл, 493 КБ)
- Кристиан Шниер, Йоахим Фейерборн, Бонг-Джун Ли: Поиск сверхтяжелых элементов (СТЭ) в земных минералах с использованием РФА с синхротронным излучением высокой энергии. ( Онлайн , PDF-Datei, 446 КБ)
