Россия, Германия и Япония готовятся к синтезу элементов 119 и 120 / Хабр
Периодическая таблица химических элементов (на начало 2018 года)
В этом году Лаборатория ядерных реакций имени Г.Н. Флерова в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне запустят новый ускорительный комплекс — Фабрику сверхтяжёлых элементов. Этот комплекс станет базой для синтеза новых химических элементов.
«Мы готовимся к синтезу первых двух элементов восьмого периода — 119-го и 120-го. Планируем начать соответствующие эксперименты в 2019 году», — сказал «Известиям» учёный секретарь Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Александр Карпов.
Именно в Дубне на ускорительном комплексе У-400 были открыты 113-й элемент (нихоний, Nh, получился как побочный продукт при синтезе 115-го элемента), 115-й (московий, Mc), 117-й (теннесин, Ts) и 118-й (оганесон, Og).
Последний элемент назван в честь открывшего его академика Юрия Оганесяна.
Предпоследний — в честь штата Теннесси, за вклад этого штата, в том числе Национальной лаборатории Ок-Ридж, Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле, в изучение сверхтяжёлых элементов.
Сейчас периодическая таблица химических элементов заканчивается как раз 118-м элементом. На сегодня единственным известным нуклидом элемента является 294Og с периодом полураспада в 1 мс и атомной массой 294,214(5) а. е. м.
Разумеется, искусственно синтезированный радиоактивный элемент 118 не встречается в природе. Точно так же не встречаются и новые элементы 119 и 120, которые собираются синтезировать в Дубне. Вообще, в природе не встречаются элементы, атомные числа которых превышают 94. Трансурановые элементы производятся искусственно и обычно называются в честь учёных или по местонахождению лаборатории, получившей элемент.
Элемент 119 сейчас носит временное предварительное название унуннений (Uue), а элемент 120 — унбинилий (Ubn). Согласно правилам наименования новых элементов, принятым Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) в 2002 году, для обеспечения лингвистического однообразия всем новым элементам должны даваться названия, оканчивающиеся на «-ium».
Название образуется из корней латинских числительных и буквально обозначает что-то наподобие «одно-одно-седьмой». В дальнейшем, после подтверждения открытия, название изменяют на постоянное.
Синтез унуннения (он же эка-франций) станет значительным событием для науки. Дело в том, что элемент с атомным номером 119 и прогнозированной атомной массой 316 а. е. м. после его синтеза станет первым элементом в восьмом периоде периодической таблицы химических элементов.
Попытка синтеза элемента 119 предпринималась в 1985 году при помощи бомбардировки мишени из эйнштейния-254 ядрами кальция-48 на ускорителе SuperHILAC в Беркли. К сожалению, не удалось идентифицировать ни одного атома.
Кроме российских физиков из ОИЯИ, опыты по синтезу элемента 119 сейчас готовятся в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (Германия) и Институте физико-химических исследований (RIKEN, Япония). Так, для получения 119-го элемента японские учёные собираются соединить ядра 23-го элемента ванадия и 96-го элемента кюрия, а для получения 120-го элемента — ядра того же кюрия и 24-го элемента — хрома.
Предполагается, что унуненний будет химически активным щелочным металлом, следующим после франция в группе, и будет повторять большинство свойств более лёгких аналогов. Но ожидается, что при этом он будет проявлять некоторые специфические химические свойства, которые присущи только ему и не присущи более лёгким аналогам.
Согласно теоретическим выкладкам химиков, унуненний по химическим свойствам будет предположительно больше похож на рубидий или калий, чем на цезий или франций, игнорируя тенденцию к увеличению химической активности элемента по мере роста порядкового номера.
Новый ускорительный комплекс в Дубне позволит увеличить количество получаемых сверхтяжёлых ядер примерно в 20–50 раз по сравнению с сегодняшними возможностями: «Эти ядра нестабильны, и для их изучения очень важна статистика, то есть количество получаемых атомов. На существующей аппаратуре эксперименты, которые мы планируем делать на фабрике, проводить можно, но они займут годы, а, может быть, и десятилетия.
Синтез элементов 119 и 120 поможет приблизиться к загадке «острова стабильности» — гипотетической области таблицы Менделеева, где находятся самые долгоживущие сверхтяжёлые ядра.
Кто первым откроет 119-й элемент таблицы Менделеева? Уже придумано его название
Ученые-атомщики наконец надеются начать восьмую строку таблицы Менделеева и открыть новые элементы, которых раньше никогда не видели. Для средневековых алхимиков стремление превратить «базовые» металлы, такие как свинец, в «благородное» золото было манящей, но неуловимой целью. Многие использовали мистику и магию в своем стремлении к этой трансформации, надеясь, что она позволит им раскрыть секреты продления человеческой жизни. На первый взгляд, это несколько противоречит современному научному подходу.
Но физики сегодня занимаются своей собственной формой алхимии, превращая один элемент в другой.
Они делают то, что древние алхимики не могли: создают новые атомы, которые расширяют сферы того, что возможно и проливают свет на то, как ведет себя материя в нашей вселенной.
Современная алхимия
Одним из таких людей является Косуке Морита, физик-ядерщик из японского университета Кюсю и руководитель первой азиатской команды, которая синтезирует новый элемент таблицы Менделеева – сверхтяжелый элемент 113. Современные ученые не пытаются превратить бесполезный металл в благородный. Они сталкивают два атома вместе, чтобы получить более крупный.
Создание новых элементов
В периодической таблице известны уже 118 элементов. Теперь ученые заняты поисками элемента 119.
На Земле нет естественных элементов с более чем 92 протонами в ядре их атомов – особенность, обозначаемая атомным номером в периодической таблице. Однако возможно синтезировать атомы с большим количеством в лаборатории.
На практике технически сложно синтезировать сверхтяжелые элементы с атомными номерами более 103.
Когда два атома сталкиваются, положительно заряженные протоны в их ядрах вызывают электростатическое отталкивание. Чтобы препятствовать тому, чтобы ядра просто отскакивали друг от друга, ученые должны столкнуть их вместе на чрезвычайно высоких скоростях. Обычно это предполагает использование одного элемента в качестве цели и бомбардировку его интенсивным пучком ионов второго элемента, движущегося со скоростью тысячи километров в секунду.
Самая большая трудность в синтезе нового сверхтяжелого элемента состоит в том, что ядро имеет крошечные размеры, всего одну триллионную часть сантиметра в поперечнике. И есть только один шанс на 100 триллионов, что они объединяться, даже если два ядра столкнуться.
Усилия ученых
Изотопы 113 – варианты атома, которые различаются по атомному весу из-за количества нейтронов, которые они имеют в своем ядре, появились в течение мимолетной тысячной доли секунды в Центре RIKEN Nishina в Вако, Япония.
И хотя Морита, по общему признанию, человек науки, это не помешало ему придерживаться суеверий, которые, возможно, отражают связь его работы с более древними формами алхимии.
Пытаясь доказать существование элемента 113, он совершал подношение в размере 113 иен каждый раз, когда посещал синтоистский храм.
Но работа Мориты и его коллег была далека от колдовского дела.
«Элемент 113 был синтезирован, когда мы ускорили пучок ядер цинка и столкнули его с мишенью из висмута на скорости, которая составляла 10 % от скорости света», – поделился Морита. За девять лет понадобилось более четырех триллионов столкновений, чтобы всего три раза получить элемент 113. Но этого было достаточно, чтобы признать его новым элементом.
За девять лет понадобилось более четырех триллионов столкновений, чтобы добиться этого результата.
Результаты
Когда они обнаружили элемент, группа Мориты также получила право назвать его. После долгих размышлений в конце концов остановился на ниониуме с символом Nh. Город Вако назвал улицу в честь нового элемента в знак признания открытия.
«С точки зрения химии, это очень важно, так как мы заполняем один пробел в периодической таблице, и там может быть только 173 пробела», – пояснил Морита в бюллетене RIKEN, опубликованном примерно во время открытия элемента 113.
Ученые подсчитали, что всего может существовать только 172 или 173 элемента, прежде чем ядра начнут распадаться, хотя некоторые полагают, что Периодическая таблица может расшириться еще больше.
Дальнейшие исследования
Теперь Морита и его команда стремятся к открытию еще одного нового элемента, который откроет восьмую строку в таблице Менделеева. Элемент 119, условно названный ununennium, по-прежнему является гипотетическим элементом, который будет седьмым щелочным металлом, обладающим свойствами, аналогичными другим летучим веществам в этой группе, включая литий, натрий, калий и цезий.
Синтезировать и затем обнаруживать его будет нелегкой задачей.
Создание элемента 119 потребует месяцев облучения мишени из кюрия интенсивным пучком ванадия. Даже тогда количество 119, которое будет произведено, вероятно, будет крошечным, а его существование невероятно коротким.
Японская команда сталкивается с острой конкуренцией со стороны других групп по всему миру, включая команду в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Россия, во главе с Юрием Оганесяном, физиком, чье имя сейчас носит самый тяжелый элемент, который можно обнаружить, оганессон, который он помог синтезировать впервые в 2002 году.
Российская команда имеет огромный послужной список, обнаружив четыре самых тяжелых известных элемента в периодической таблице, 114-118.
Обе команды используют реакцию горячего синтеза, чтобы найти элемент 119, тот же метод, который использовала команда Оганесяна для обнаружения элементов 114-118, где чрезвычайно высокие температуры используются для слияния ядер. Русские планируют использовать титановый луч для бомбардировки цели берклия, в то время как японцы используют ванадий для бомбардировки кюрия.
Чтобы улучшить свои шансы найти элемент 119, команда Мориты планирует провести эксперименты с использованием двух типов ускорителей частиц, начиная с циклотронного пучка, который запускает частицы вокруг замкнутого кольца, ожидая, пока линейный ускоритель начнет работать.
Если эксперименты будут успешными, это может стать началом новой эры атомной науки. Физики полагают, что в восьмой строке таблицы Менделеева находится так называемый «островок стабильности». Именно здесь, как предсказывают, изотопы сверхтяжелых элементов обладают «магическим числом», которое делает их удивительно стабильными, потенциально с периодом полураспада в сотни лет.
Это дало бы возможность найти новые применения этих долгоживущих элементов в зависимости от их свойств.
Потенциальные практические применения открытия нового элемента могут быть не очевидными на первый взгляд, но могут быть чрезвычайно полезными в будущем. Например, открытие гадолиния в 1880 году и технеция в 1937 году. Это два металла, которые дают пациентам перед сканированием, таким как магнитно-резонансная томография (МРТ) и компьютерная томография (КТ), чтобы облегчить визуализацию ткани.
Если новые элементы, которые исследуют Морита и его коллеги, окажутся полезными, они могут достичь другой цели древних алхимиков. И гораздо более ценно, чем обычное золото.
Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия
Переключить оглавлениеПереключить оглавление
Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии
Унуненниум или элемент 119 является предсказанным химическим элементом.
Американские, немецкие и российские команды предприняли множество попыток сделать ununennium, но все они потерпели неудачу. Японская и российская команды планируют работать над ним в 2019 и 2020 годах.
Пятно Ununnnium в периодической таблице является признаком того, что он может быть похож на более легкие элементы, такие как литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций; однако некоторые его свойства могут отличаться от ожидаемых. Например, унуненний может быть менее реакционноспособным, чем цезий и франций, и вести себя больше как калий или рубидий.
По состоянию на 2022 год он еще не создан и поэтому бесполезен.
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3
- ↑ 2.0 2.1 Фрике Б.; Вабер, Дж. Т. (1971). «Теоретические предсказания химии сверхтяжелых элементов» (PDF) . Актиниды Обзоры . 1 : 433–485. Проверено 7 августа 2013 г. .
- ↑ 3.0 3.1 Бончев Данаил; Каменская, Вергиния (1981). «Прогнозирование свойств 113–120 трансактинидных элементов».
- ↑ Першина В.
; Борщевский, А.; Антон, Дж. (20 февраля 2012 г.). «Полностью релятивистское исследование интерметаллических димеров элементов группы 1 от K до элемента 119 и прогнозирование их адсорбции на поверхностях благородных металлов». Химическая физика . Эльзевир. 395 : 87–94. Бибкод: 2012CP….395…87P. doi:10.1016/j.chemphys.2011.04.017. В этой статье электроотрицательность Малликена равна 2,72, что было преобразовано в шкалу Полинга через χ - ↑ Фрике, Буркхард (1975). «Сверхтяжелые элементы: предсказание их химических и физических свойств». Недавнее влияние физики на неорганическую химию . Структура и связь. 21 : 89–144. doi: 10.1007/BFb0116498. ISBN 978-3-540-07109-9 . Проверено 4 октября 2013 г. .
- ↑ Сиборг, Гленн Т. (1969). «Перспективы дальнейшего значительного расширения периодической таблицы» (PDF) . Журнал химического образования .
- ↑ «Трансурановый элемент». Британская энциклопедия. Проверено 19 сентября 2017 г. .
; Борщевский, А.; Антон, Дж. (20 февраля 2012 г.). «Полностью релятивистское исследование интерметаллических димеров элементов группы 1 от K до элемента 119 и прогнозирование их адсорбции на поверхностях благородных металлов». Химическая физика . Эльзевир. 395 : 87–94. Бибкод: 2012CP….395…87P. doi:10.1016/j.chemphys.2011.04.017. В этой статье электроотрицательность Малликена равна 2,72, что было преобразовано в шкалу Полинга через χ 
Четыре новых элемента добавлены в периодическую таблицу
Компьютерная графика показывает, как при столкновении ионов кальция и атомов берклия образуются атомы элемента 117. (Источник: Калифорнийский университет телевидения)Научный орган, отвечающий за периодическую таблицу химии, подтвердил открытие четырех элементов, заполнив седьмой ряд столетней таблицы.
На данный момент элементы известны как унунтрий (элемент 113), унунпентий (элемент 115), унунсептий (элемент 117) и унунокций (элемент 118). Только что признанные первооткрыватели должны будут предложить официальные имена. Цифры обозначают, сколько протонов содержится в ядре элемента.
По крайней мере, один из элементов был синтезирован более десяти лет назад, но Международному союзу теоретической и прикладной химии (IUPAC) потребовались годы, чтобы подтвердить доказательства.
«Особая трудность в установлении этих новых элементов заключается в том, что они распадаются на неизвестные до сих пор изотопы немного более легких элементов, которые также необходимо однозначно идентифицировать», — Пол Кароль, химик из Университета Карнеги-Меллона, председатель комиссии, ответственной за сортировку заявлений об открытии, говорится в заявлении IUPAC от 30 декабря.
Четыре новых элемента заполняют правый нижний угол основной таблицы Менделеева. Элементы 114 и 116, флеровий и ливерморий, были открыты ранее. (Фото: ЛАНЛ)Открытие элементов 115, 117 и 118 было признано совместными усилиями ученых из Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Россия, а также из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и Окриджской национальной лаборатории.
Сотрудничество Дубна-Ливермор также заявило об открытии элемента 113, но IUPAC вместо этого отдал предпочтение японскому институту RIKEN на основании результатов, собранных в период с 2004 по 2012 год.
Это означает, что элемент 113 является первым химическим элементом, обнаруженным в Азии.
«Теперь, когда мы окончательно продемонстрировали существование элемента 113, мы планируем заглянуть на неизведанную территорию элемента 119 и далее, стремясь изучить химические свойства элементов в седьмом и восьмом рядах периодической таблицы, и когда-нибудь, чтобы открыть для себя остров стабильности», — сказал Косуке Морита из RIKEN в пресс-релизе.
Таблица Менделеева состоит из строк и столбцов, в которых элементы с одинаковыми химическими свойствами группируются выше и ниже друг друга. Элемент 119(также известное под именем-заполнителем Ununennium) будет первой записью в восьмой строке таблицы. Ожидается, что он будет иметь характеристики щелочного металла.
Последние открытые элементы очень нестабильны. Большинство синтезированных атомов существуют всего доли секунды, прежде чем распасться на другие элементы.