трансуранові елементи

Так називають хімічні елементи, які мають порядкові номери більше 92, т. Е. В періодичній системі слідують за ураном. Всі відомі нині трансуранові елементи були синтезовані за допомогою ядерних реакцій; всі вони сильно радіоактивні, періоди напіврозпаду їх ізотопів, як правило, невеликі.

Вперше намагався синтезувати трансуранові елементи знаменитий італійський фізик Е. Фермі. У 1934 р він опромінював мішень з урану нейтронами. Вчений міркував так: ізотоп уран-238, захопивши нейтрон, перетворюється в уран-239, який, випустивши β --частинок, стає ізотопом першого трансуранового елемента з Z = 93. Фермі назвав його Геспер. У свою чергу, β - розпад Гесперія призводить до утворення наступного центурій з Z = 94 (Аузоніо):

Деякі вчені в інших країнах приходили до подібного висновку. Однак незабаром виявилося, що ці міркування хибні. «Трансуранові» елементи в дійсності виявилися осколками поділу ядер урану під дією нейтронів - елементами, розташованими в середині періодичної системи (наприклад, барію і лантану).

Епоха достовірного синтезу трансуранових елементів почалася в 1940 р Американські дослідники Е. Макміллан і Ф. Ейблсон отримали нептуний (Z = 93). У тому ж році Г. Сиборг з співробітниками синтезували плутоній (Z = 94). Нові елементи були названі в честь планет Нептуна і Плутона, розташованих в Сонячній системі за Ураном.

В даний час відомо 15 ізотопів нептунію і стільки ж плутонію. Їх тривалість життя значно менше віку Землі. Ось чому вони не збереглися на нашій планеті з часу її утворення. Ізотопи наступних трансуранових елементів мають ще менші періоди напіврозпаду.

Всі ці трансуранові елементи були отримані завдяки застосуванню легких бомбардують частинок: нейтронів, протонів, дейтронів (ядер важкого ізотопу водню) або альфа-частинок. В якості мішеней використовувалися елементи, заряди ядер атомів яких були на 1 або на 2 менше, ніж у елемента - продукту синтезу. Наприклад, плутоній-239 виходив в результаті ядерної реакції:

238 U (n, γ) 239 U → β - → Np → β - → Pu,

а калифорний-245 таким шляхом:

У міру просування в область все більших значень Z труднощі синтезів помітно зростали. Періоди напіврозпаду одержуваних ізотопів ставали все менше, а робота з сильно радіоактивними препаратами - все небезпечніше. Кількості важких трансуранових елементів, з якими доводилося працювати дослідникам, вимірювалися в кращому випадку мікрограмами. Ось цікавий факт: мішень з ейнштейнію, що використовувалась для синтезу Менделевий, містила всього. 109 атомів елемента №99. Тому темпи синтезу наступних трансуранових елементів різко сповільнилися. Використання легких бомбардують частинок стало марним, так як не вдавалося накопичити скільки-небудь помітного кількості, скажімо, елементів з Z = 100 і 101 для використання їх в якості мішеней.

Подальше освоєння трансуранового «материка» вимагало розробки нових ідей і нових методів синтезу. Для штучного отримання елементів з тризначними порядковими номерами вчені стали використовувати прискорені багатозарядні іони легких елементів періодичної системи, наприклад бору, неону, вуглецю, азоту, кисню, аргону. Спочатку було необхідно позбавити їх атоми якомога більшого числа електронів, а потім на потужних прискорювачах розігнати утворилися іони до високих енергій. Тим самим відпадала складність у виборі мішеней. В якості останніх тепер можна було використовувати легко доступні, елементи, наприклад уран, плутоній, америцій або кюрий. Ось з якої ядерної реакції був синтезований академіком Г. Н. Флерова з співробітниками елемент курчатовий (Z = 104), названий на честь видатного радянського фізика І. В. Курчатова: 242 Pu (10 22 Ne, 4n) 260 Ku. Якщо синтез трансуранових елементів з Z = 93-101 був в основному здійснено американськими фізиками на чолі з Г. Сиборгом, то в області елементів «другої сотні» лідерство перейшло до радянським ученим з Лабораторії ядерних реакцій Об'єднаного інституту ядерних досліджень в Дубні.

Але тут творців нових елементів підстерігали незрівнянно більші труднощі. Доводилося працювати буквально з одиничними атомами, отримує в результаті ядерних реакцій. Притому ці атоми розпадаються в результаті спонтанного ділення - основного виду радіоактивного розпаду у важких трансуранових елементів. Періоди напіврозпаду вимірюються частками секунди (наприклад, у ізотопу 261 107Т1 / 2 = 0,015 с).

У періодичної системі елементів (див. Кольорову вклейку) в дужках поміщений символ No для елементів з Z = 102. Його назва - нобелій - було запропоновано вченими з Нобелівського інституту в Стокгольмі, повідомлення яких про синтез цього елемента в 1957 р не підтвердилося. Достовірний синтез 102-го елемента здійснили радянські фізики, які запропонували назву «жоліотій» (на честь Ф. Жоліо-Кюрі). Елемент з Z = 103 названий Лоуренс (Lr) - на честь винахідника циклотрона Е. Лоуренса, а елемент з Z = 105 - нильсборий (Ns) -в честь датського фізика Нільса Бора. Обидва ці елементи також достовірно вперше були отримані в Дубні. Однак американські вчені пропонують для 105-го елемента назву «ганій» (на честь німецького радіохімік О. Гана, одного з першовідкривачів явища ділення ядер урану). Для елементів з Z = 106, 107, 108, 109 і 110 поки не запропоновано назв. Ці елементи синтезовані принципово новим методом: наприклад, в разі синтезів 106-го і 107-го в якості мішеней були стабільні елементи свинець і вісмут, а бомбардують «снарядами» - багатозарядні іони хрому:

82 207 Pb (24 54 Cr, 2n) 259 106 і 83 209 Bi (24 54 Cr, 2n) 261 107.

Який же межа штучного отримання трансуранових елементів? Це питання поки так і не має відповіді. В середині 60-х рр. теоретики висунули припущення, що деякі надважкі елементи, в атомних ядрах яких міститься певна кількість протонів (114, 126, 164) або нейтронів (184, 196), можуть мати дуже великі періоди напіврозпаду по відношенню до спонтанного поділу. Ця гіпотеза про «острівцях відносної стабільності» невідомих елементів викликала до життя спроби їх синтезу і навіть виявлення в природних об'єктах. Але численні експерименти так і не привели до успіху. Ось приклад ядерної реакції, за допомогою якої намагалися синтезувати елемент з Z = 114 96 242 Cm (18 40 Ar, 4n) 284 114.

Здійснення синтезу великого числа трансуранових елементів відкрило для хіміків велику область досліджень. Можна сказати, що виникла нова хімічна дисципліна - хімія трансуранових елементів. Їх властивості виявилися несподіваними і своєрідними (див. Актиноїди), вони помітно відрізняються від властивостей відповідних елементів шостого періоду.

Багато трансуранові елементи знаходять практичне застосування. Найбільш важливим є ізотоп плутонію-239 - як ефективний ядерне пальне. Окремі ізотопи нептунію, плутонію, америцію і кюрія застосовуються в якості так званих ізотопних джерел струму.