Keinotekoiset elementit - osa 1
Lähes kaksi vuotta sitten International Union of Pure and Applied Chemistry, kemistien järjestö ympäri maailmaa, julkisti neljän uuden alkuaineen nimet. Siten luku kemian historiassa on tullut päätökseen - jaksollisen järjestelmän seitsemäs jakso on vihdoin saatu päätökseen, ja siitä lähtien kemiallisia alkuaineita on virallisesti 118.
Kuitenkin IUPAC-päätös (
elinajanodote
Radioaktiivisten alkuaineiden eliniän arvioimiseksi fyysikot käyttävät puoliintumisajan käsitettä. Tämä on aika, jonka jälkeen puolet alkuperäisestä elementin määrästä on jäljellä. Sekunti saman ajan kuluttua koko elementti ei kuitenkaan katoa, vaan vain puolet alkuperäisestä määrästä jää jäljelle. Jne. Teoriassa äärettömän pitkänkin ajanjakson jälkeen jää jäljelle murto-osa alkuperäisestä määrästä, mutta käytännössä oletetaan, että kymmenen jakson jälkeen radioaktiivista ainetta ei ole käytännössä enää jäljellä.
Sähköjohdot, rengas ja alumiini voivat varmasti todistaa kuparin, kullan ja alumiinin olemassaolosta. Kuten koulusta tiedät, ilma sisältää typpeä ja happea. Reaktiiviset alkuaineet, kuten natrium ja kloori, muodostavat ruokasuolaa. Meilläkin on näitä elementtejä, ja mielikuvituksemme viittaa siihen, että jossain kemian laboratorioiden hyllyillä on niistä näytteitä. Jos laboratorion käsite ulotetaan paikkoihin, joissa myös erittäin radioaktiivisia elementtejä varastoidaan, niin käy ilmi, että viimeinen olemassa olevista on Einstein, jonka sarjanumero on 99. Puhekielessä olemassaolo tulee ymmärtää alkuaineen tai sen yhdisteen läsnäolona konkreettisina määrinä. Tätä varten tarvitaan vähintään gramman miljoonasosa, muuten edes pienimmät kemiallisen yhdisteen kiteet eivät muodostu (alkuaineen 100 tapauksessa - yritys - tietoja vaaditun määrän vastaanottamisesta ei ole täysin vahvistettu).
Curiet esittelee radiumin säteilyä (André Castaignen maalaus, 1903).
Hänen oli kohdattava tämä ongelma viime vuosisadan alussa. Radiumin ja poloniumin säteily ei riittänyt silloisille kemisteille tunnistamaan näiden alkuaineiden olemassaoloa - vain niiden yhdisteiden gramman murto-osan eristäminen vakuutti epäilijät. Mutta älkäämme kritisoiko perinteisiä. Tämä lähestymistapa on hyvin käytännöllinen: tavallisessa laboratoriossa ei voida tehdä niin pienellä määrällä ainetta, ettei sitä edes näe.
Syy "olemattomuuteen" on tietysti joidenkin alkuaineiden elinikä - liian lyhyt selviytyäkseen tähän asti sen jälkeen, kun maa on muodostunut kosmisesta pölystä. Supernovaräjähdykset tuottavat jopa raskaimmat alkuaineet, jotka sitten haihtuvat valovuosien sisällä räjähtävästä tähdestä. Suotuisissa olosuhteissa murut sulautuvat suuremmiksi klusteiksi ja ne planeetoiksi. 4,5 miljardia vuotta on kuitenkin ehdottomasti liian pitkä tiettyjen elementtien jääminen maapallollemme huomattavia määriä (mitä raskaampaa, sitä vähemmän ja sitä lyhyempi elinikä). Siksi niiden tutkimiseksi oli tarpeen luoda puuttuvat aineen elementit. Ei avata, koska niitä ei ollut olemassa, piilossa tiedemiesten "lasilta ja silmiltä", vaan yksinkertaisesti tuottaa.
Jopa raskaimmat alkuaineet syntyvät supernovaräjähdyksissä. Hubblen kuvassa näkyy Härän tähdistössä oleva rapu-sumu, vuoden 1054 supernovan jäännös.
Mama françon hiukset ja patsas?
Erittäin vähän. On arvioitu, että maankuoressa ei ole kerralla enempää kuin 50 grammaa frangia. Astatiinia on vielä vähemmän - noin gramma! Molemmissa tapauksissa syynä on luonnollisten isotooppien erittäin lyhyt elinikä ja lisäksi tehottomassa muodostumistapassa - niitä muodostuu radioaktiivisten sarjojen sivuhaaroihin pienellä todennäköisyydellä oman muuntumisensa. Ei ole yllättävää, että toistaiseksi kukaan ei ole eristänyt näiden elementtien näkyvää osaa, eikä se näytä siltä lähitulevaisuudessa.
Jako ei ole niin ilmeinen kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Olemme melko hyviä luokittelemaan käsintehtyjä esineitä, kuten pultteja tai muttereita. Kuitenkin, kun astumme luonnonalueelle, jossa rajat eivät ole teräviä, syntyy ongelmia esineiden muodossa, jotka voidaan liittää eri ryhmiin.
Sama juttu elementtien kanssa. Uraani on raskain alkuaine, jonka eliniän ansiosta se selviytyi tähän päivään asti (puoliintumisaika on verrattavissa planeettamme ikään, joten meillä on vielä noin puolet nuoren maan uraanista). Ihminen on luonut sitä massiivisempia alkuaineita (tästä lisää myöhemmin sarjassa), mutta osa niistä löydettiin myöhemmin uraanin ytimien hajoamisen aiheuttamien muutosten sivutuotteina.
Petos tšekkiläisestä kaivoksesta Sudeeteilla. Uraanimalmit ovat monien radioaktiivisten alkuaineiden lähde.
Samanlainen tilanne syntyy epävakaiden alkuaineiden kanssa, jotka painavat vähemmän kuin uraani. Joillakin niistä on hyvin lyhyt käyttöikä (esim Ranskan kieli se on vain 20 minuuttia ja aikaa astatu enintään sekuntia, vaikka tämän alkuaineen keinotekoisesti saadun isotoopin puoliintumisaika on kahdeksan tuntia), ja niiden olemassaolo luonnossa on vain seurausta hajoavan uraanin ja toriumin ytimien jatkuvasta saannista (katso: Radioaktiiviset sarjat). Kaksi elementtiä, jotka sijaitsevat jaksollisen taulukon keskellä - TechNet i liikenne - Kemistien vuosikymmenien ponnisteluista huolimatta niitä ei löydy luonnosta. Vasta niiden hankinnan jälkeen kävi selväksi, että ne ovat erittäin harvinaisen, spontaanin uraaniytimien fission tulosta, ja niitä tunnistettiin erittäin pieninä määrinä tämän metallin malmeista.
Myös jotkut ihmisen tekemät elementit ymmärretään paremmin kuin pitkään vakiintuneet, juurtuneet elementit. Joissakin tapauksissa keinotekoisten aineiden tuotanto ylittää koko maailman luonnonmukaisten yksinkertaisten aineiden tarjonnan (katso: Kuinka monta frangia ja astatiinia meillä on?)! Syynä on tietysti käyttö: radioaktiivista plutoniumia käytetään noin 20 tonnia vuodessa, kun taas metallista strontiumia ei juuri kukaan tarvitse ja sen tuotanto on kiloja. Kun tähän lisätään vielä se tosiasia, että maapallo on saastunut ydinvoimaloiden ja ydinräjähdysten tuotteilla (useimmiten ytimet ovat uraania kevyempiä) ja lämpöydintuotteilla (tässä tapauksessa ne ovat myös uraania raskaampia), saadaan kokonaiskuva. näennäisen yksinkertaisen fission toteuttamisen vaikeudesta: luonnollinen vai keinotekoinen elementti?
Ydinasekokeet "rikastivat" ympäristöä lukuisilla radioaktiivisilla elementeillä.
Suurin kemian saavutus 150-luvulla oli rakentaminen (ensi vuonna Mendelejevin teos "muuttaa" XNUMX vuotta vanhaksi!). Sen luojan nerous paljastui muun muassa siinä, että jätettiin paikkoja vielä löytämättömille elementeille ja ennakoitiin niiden ominaisuuksia. Kun taulukon aukot täytettiin (jotkut ennusteet epäonnistuivat), heräsi kysymys: kuinka monta elementtiä todella on olemassa?
Henry Moseley (1887-1915) ja useiden elementtien röntgenspektrikuvat.
Vastauksen antoi nuori, alle 26-vuotias englantilainen fyysikko Henry Mosley, vuonna 1913. Työharjoittelun aikana atomiytimen löytäjän laboratoriossa, Ernest Rutherfordtutkinut virittyneiden atomien röntgensäteilyä. Hän onnistui yhdistämään säteilevien röntgensäteiden aallonpituudet atomiytimien varaukseen, ja tämä oli erilainen jokaiselle elementille, muodostaen ainutlaatuisen määrittävän ominaisuuden. Suuri sota puhkesi kuitenkin pian, Moseley mobilisoitiin ja kaatui Gallipolissa kaksi vuotta myöhemmin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että raskaimmassa tunnetussa - uraanissa - on ytimessä 92 protonia, mikä tarkoittaa samaa määrää alkuaineita (ainakin tuolloin). Se merkitsi myös sitä, että jaksollisesta taulukosta puuttui seitsemän elementtiä kohdista 43, 61, 72, 75, 85, 87 ja 91. Kemistit ja fyysikot lähtivät tieteelliseen metsästykseen, sitä helpompaa se oli, koska he tiesivät mistä ja mitä etsiä. - Tuntemattomien elementtien sijainti jaksollisessa taulukossa mahdollisti niiden ominaisuuksien ja aiottujen paikkojen määrittämisen.
Rivi radioaktiivista uraania ja radiumia (atominumero pohjassa, isotoopin massaluku vasemmalla).
radioaktiivinen sarja - kaksi pitkäikäistä uraanin ja yksi toriumin isotooppia hajoavat muodostamalla myös radioaktiivisia ytimiä. Nämä vuorostaan hajoavat edelleen jne. Kymmenien muutoksen jälkeen lopulta muodostuu pysyviä lyijyn isotooppeja. Isotooppien sekvenssi, joista toinen syntyy toisesta, on radioaktiivinen sarja. Neptunuksen vastaanottamisen jälkeen kävi ilmi, että yksi sen isotoopeista aloitti myös sarjan. Sen jäsenten suhteellisen lyhyt käyttöikä johti kuitenkin siihen, että tämä luku oli luonteeltaan vanhentunut, ja ainoa jäännös siitä on sarjan viimeisen - vismutin - läsnäolo.
Vuonna 1923 se löydettiin äes (nro 72) ja kaksi vuotta myöhemmin - Ren (nro 75). Jälkimmäisen löytäjät kohtasivat saman ongelman kuin maanmiehimme muutama vuosi sitten. Ja heidänkin piti käsitellä suuri määrä malmia saadakseen näkyviä näytteitä uuden alkuaineen yhdisteistä. He käyttivät Moseleyn menetelmää tunnistamiseen. He näkivät spektrissä myös taajuuksia, jotka osoittivat toiseen saman ryhmän elementtiin, numeroon 43, mutta heidän havaintojaan ei vahvistettu. Technet, koska puhumme hänestä, ensimmäinen alkuaine saatiin keinotekoisesti (latinaksi = keinotekoinen), vuonna 1937 molybdeenin (nro 42) pommituksen seurauksena vedyn isotoopin (nro 1) ytimillä. Tämä alkuaine on radioaktiivinen, vaikka sen pitkä käyttöikä mahdollistaa sen käytön. Myöhemmin kävi ilmi, että teknetiumia esiintyy luonnossa uraaniytimien spontaanin hajoamisen seurauksena.
Säteilylähteen merkintä. On parempi olla lähestymättä tällä merkillä varustettuja kontteja!
Tutkimuksen aikana löydettiin luonnollisia radioaktiivisia ryhmiä protactin (nro 91) i Ranskalainen (nro 87). Alkuaine 85 saatiin kuitenkin ensin keinotekoisesti pommittamalla vismuttikohde (nro 83) alfahiukkasilla (kaksi protonia ja kaksi neutronia sisältäviä heliumytimiä). Erittäin lyhyen puoliintumisajan vuoksi uusi alkuaine nimettiin kesä (gr. = epävakaa). Sen kemiallisten ominaisuuksien tuntemus mahdollisti muutaman vuoden kuluttua astatiinin havaitsemisen uraani- ja toriummalmeista, joissa se esiintyy yhtenä niiden hajoamistuotteista.
Viimeinen kadonneista liikenne61 protonin ytimessä - tunnistettiin vuonna 1945 tutkittaessa käytetyn uraanipolttoaineen jäämiä reaktorissa. Elementin nimi tulee myyttisestä Prometheuksesta, joka, kuten olympiatuli aiemmin, toi ihmiskunnalle uuden energialähteen. Tätä alkuainetta on myös pieniä määriä uraanimalmeissa.
