150 лет таблице Менделеева — как сейчас открывают новые элементы?
Наука Химия Таблица Менделеева
150 лет таблице Менделеева — как сейчас открывают новые элементы?
Егор Морозов —
Аппарат для генерирования пучков ионов в Центре исследований тяжелых газов в Дармштадте, с помощью которого происходит синтез сверхтяжелых элементов.
Редкое радиоактивное вещество доставили из Соединенных Штатов в Россию коммерческим рейсом в июне 2009 года. Таможенники отказались пропустить пакет, который был скрыт за свинцовой защитой и украшен предупреждениями и зловещими символами трилистника (знак ионизирующих излучений), отправив его назад на другую сторону Атлантики.
Американские ученые приложили дополнительные сопроводительные материалы, и посылка отправилась во вторую поездку, чтобы снова получить отпор. Все это время ценный груз, 22 миллиграмма элемента под названием берклий, созданный в ядерном реакторе Национальной лаборатории Ок-Риджа в штате Теннесси, постепенно терялся. День за днем его атомы распадались. «Мы все были безумно возмущены», — говорит Джули Эзольд, физик-ядерщик из Оук-Риджа.
С третьей попытки посылку растаможили. В лаборатории в Дубне, к северу от Москвы, ученые бомбардировали берклий ионами кальция, пытаясь создать еще более редкое вещество. После 150 дней бомбардировки исследователи обнаружили шесть атомов элемента, который никогда ранее не был замечен на Земле. В 2015 году, после того как другие эксперименты подтвердили открытие, элемент 117, теннесин, занял свое место в таблице Менделеева.
Реактор в Ок-Ридже, в котором и был получен берклий для отправки в Россию.
Ученые надеются продлить периодическую таблицу еще дальше, за пределы теннесина и трех других недавно открытых элементов (113, 115 и 118), которые попали в седьмую строку таблицы.
Создание следующих элементов потребует кардинально новых технологий синтеза с использованием сверхмощных пучков ионов — электрически заряженных атомов. Не говоря уже о проблемах доставки большего количества радиоактивных материалов через границы.
Вопросы, связанные с пределами таблицы Менделеева, слишком заманчивы, чтобы не прилагать усилий для ответа на них. 150 лет назад русский химик Дмитрий Менделеев создал свою периодическую таблицу. Тем не менее, «мы до сих пор не можем ответить на вопрос: какой самый тяжелый элемент может существовать?», — говорит химик-ядерщик Кристоф Дюльман из Центра исследований тяжелых ионов в Дармштадте, Германия.
На дальнем краю таблицы Менделеева элементы распадаются практически в момент их формирования, что дает очень мало времени для изучения их свойств. На самом деле, ученые до сих пор мало что знают о последних новооткрытых элементах. Таким образом, в то время как некоторые ученые охотятся за никогда ранее не получаемыми элементами, другие хотят узнать больше о новичках в таблице и странном поведении, которое могут демонстрировать эти сверхтяжелые элементы.
Для таких огромных атомов химия может работать иначе, так как ядра, сердца в центре каждого атома, «распирает» от сотен протонов и нейтронов. Вокруг них кружатся огромные стаи электронов, некоторые из которых движутся со скоростью, близкой к скорости света. Такие экстремальные условия могут иметь серьезные последствия — например, они могут спутать привычный порядок периодической таблицы, в которой элементы в каждом столбце являются близкими родственниками, которые ведут себя схожим образом.
Владислав Щеглов осматривает емкости с берклием после их доставки в Россию.
Ученые продолжают открывать эти сверхтяжелые элементы в поисках того, что поэтично назвали «островом стабильности». Ожидается, что атомы с определенным количеством протонов и нейтронов будут жить дольше, чем их соседи, и сохраняться, возможно, часами, а не долями секунды. Такой остров даст ученым достаточно времени, чтобы более внимательно изучить эти элементы и понять их свойства. Первые проблески этого загадочного острова были обнаружены, но не ясно, как высадиться на его берегах.
Движущей силой всех этих усилий является любопытство — как элементы действуют на границах периодической таблицы? «Это может показаться банальным, но на самом деле это просто чистое научное любопытство», — говорит ядерный химик Дон Шонесси из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии. «У нас есть вещи, которые действительно находятся на краю материи, и мы не понимаем, как они себя ведут».
Каждый химический элемент определяется количеством протонов, которые он содержит. Создайте атом с большим количеством протонов, чем когда-либо прежде, и вы получите совершенно новый элемент. Каждый элемент имеет различные подвиды, известные как изотопы, различающиеся по количеству нейтронов в ядре. Изменение количества нейтронов в ядре атома изменяет тонкий баланс сил, что делает ядро стабильным или заставляет его быстро распадаться. Разные изотопы элемента могут иметь совершенно разные периоды полураспада — то есть период времени, в течение которого половина атомов в образце распадается на более мелкие элементы.
Периодическая таблица Менделеева, представленная Российскому химическому сообществу 6 марта 1869 года, содержала только 63 элемента. Поначалу ученые дополняли ее, выделяя элементы из природных материалов: например, изучая минералы и разделяя их на составные части. Но было очевидно, что это рано или поздно закончится. Все элементы за пределами урана (элемент 92) должны быть созданы искусственно — они не существуют в значительных количествах в природе. Ученые открывают элементы за пределами урана, бомбардируя атомы нейтронами или маленькими атомными ядрами, или же просеивая «ядерные обломки» в результате испытаний термоядерного оружия.
Но, чтобы сделать самые тяжелые элементы, исследователи используют новый подход — грубую силу: бомбардируют тяжелыми атомами цель — диск, который состоит из атомов другого элемента. И, если ученым повезет, атомы в пучке и мишени сливаются, создавая новый атом с более тяжелым ядром, который, возможно, содержит больше протонов, чем любой другой известный.
Исследователи используют эту стратегию для поиска элементов 119 и 120. Ученые хотят создать такие невиданные ранее атомы, чтобы проверить, как далеко заходит периодическая таблица, удовлетворить любопытство о силах, которые удерживают атомы вместе, и понять, какая странная химия может происходить с этими экстремально тяжелыми атомами.
Такой процесс объединения двух легких элементов в новый, более тяжелый, происходит только на узкоспециализированных объектах в нескольких точках земного шара, включая лаборатории в России и Японии. Исследователи тщательно выбирают структуру пучка и цели в надежде создать атом желаемого элемента. Так были созданы четыре новейших элемента: нихоний (элемент 113), московий (115), теннесин (117) и оганесон (118).
Текущий вид таблицы Менделеева. Синим показаны сверхтяжелые элементы, красным — те, которые сейчас активно ищут.
Например, для создания теннесина ученые объединили пучки кальция с мишенью из беркелия — когда, наконец, берклий прошел через таможню в России.
Объединение имеет смысл, если учесть количество протонов в каждом ядре. В кальции 20 протонов, а в беркелии — 97, что в сумме составляет 117 протонов: количество, найденное в ядре теннесина. Объедините кальций со следующим элементом в таблице, калифорнием, и вы получите элемент 118, оганесон.
Использование пучков кальция — в частности, стабильного изотопа кальция с общим числом протонов и нейтронов, равным 48, известного как кальций-48 — было очень успешным. Но для создания сверхтяжелых ядер потребовались бы все более экзотические материалы. Калифорний и берклий, использовавшиеся в предыдущих работах, настолько редки, что целевые материалы приходилось изготавливать в Ок-Ридже, где исследователи «варят» материалы в ядерном реакторе в течение нескольких месяцев и тщательно обрабатывают выходящий высокоактивный продукт. Вся эта работа может производить только миллиграммы материала.
Чтобы обнаружить элемент 119 с использованием пучка кальция-48, исследователям понадобится мишень из эйнштейния (элемент 99), который встречается еще реже калифорния и берклия.
«Мы не можем сделать достаточно эйнштейния», — говорит физик Джеймс Роберто из Оук-Риджа. Ученым нужен новый подход. Они переключились на новые, пока еще непроверенные методы, основанные на использовании различных пучков частиц.
Процесс получение оганесона: бомбардировка ионами кальция мишени из калифорния.
Но любой новый подход должен позволять производить новые элементы достаточно часто, чтобы иметь смысл. Японскому эксперименту потребовалось почти девять лет, чтобы доказать существование нихония. За это время исследователи обнаружили признаки синтеза этого элемента всего три раза.
Чтобы избежать такого долгого ожидания, ученые тщательно выбирают свою тактику и приборы, чтобы ускорить поиск. Команда из центра RIKEN недалеко от Токио использует пучки ванадия (элемент 23), а не кальция, бомбардируя ими мишень из кюрия (элемент 96), в надежде найти элемент 119 и обрести славу. Группа начинала с существующего ускорителя и вскоре переключится на более новый ускоритель, модернизированный для откачки ионных пучков, что должно усилить бомбардировку.
Этот обновленный ускоритель должен быть готов в течение года, говорит ядерный химик из RIKEN Хиромицу Хаба.
Между тем, новая лаборатория в Объединенном институте ядерных исследований, или ОИЯИ, в Дубне, называемая Заводом сверхтяжелых элементов, может похвастаться ускорителем, который будет запускать пучки ионов, которые бьют по цели в 10 раз быстрее, чем его предшественник. В предстоящем эксперименте ученые планируют направить пучки атомов титана (элемент 22) в мишени из берклия и калифорния, чтобы попытаться получить элементы 119 и 120.
Установка в Дубне, с помощью которой будут синтезировать элементы с индексами 119 и 120.
Как только новый эксперимент ОИЯИ будет запущен, элемент 119 может быть обнаружен через пару лет, говорит физик-ядерщик ОИЯИ Юрий Оганесян, в честь которого был назван один из открытых там элементов — оганесон.
На этом мы заканчиваем первую часть статьи — во второй (и заключительной) поговорим о том, есть ли конец у таблицы Менделеева, и как в открытие новых элементов вмешивается теория относительности Эйнштейна.
Источник:
Extreme elements push the boundaries of the periodic table
Купить рекламу
Рекомендации
- Как сделать свои стикеры для Telegram прямо со смартфона. Пошаговый гайд
- AliExpress нагло завысил все цены. Не спешите с покупками
- Как отключить подорожавшие СМС-уведомления в «Сбербанке» и ВТБ
Забирайте, пока в наличии!”> В России обвалилась цена на MacBook Air с чипом M1. Забирайте, пока в наличии!Рекомендации
Как сделать свои стикеры для Telegram прямо со смартфона. Пошаговый гайд
AliExpress нагло завысил все цены. Не спешите с покупками
Как отключить подорожавшие СМС-уведомления в «Сбербанке» и ВТБ
В России обвалилась цена на MacBook Air с чипом M1. Забирайте, пока в наличии!
Купить рекламу
Читайте также
Telegram ВКонтакте
Угнать за 60 секунд: дорогие машины завели при помощи колонки JBL
Мошенники JBL
Необычный Mortal Kombat выйдет на Android и iOS
Игры android ios
“Мы подходим к границам материи”
|
Кирилл ЖУРЕНКОВ “Мы подходим к границам материи”Опубликовано в еженедельнике ОИЯИ “Дубна” № 4 (2016)
Сенсация грянула ровно под Новый год: в 11 вечера 30 декабря на сайте Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) был опубликован пресс-релиз о пополнении таблицы Менделеева сразу четырьмя новыми химическими элементами – 113-м, 115-м, 117-м и 118-м. Напомним вкратце: когда Дмитрий Иванович предложил свою знаменитую классификацию химических элементов, там было много свободных мест, постепенно они заполнялись, и вот на наших глазах “закрылся” седьмой ряд таблицы. Фактически это означает, что в своем классическом виде таблица Менделеева завершена и начинает новую жизнь.
Если первые элементы, занесенные в таблицу, повсеместно встречались
в природе, то новые создаются в лабораторных условиях.
Между тем в самом IUPAC, с которым связался “Огонек”, полны
оптимизма. – Ключевой момент, связанный с новыми элементами, состоит в том, что они продвигают нас в понимании фундаментальных вещей, – сообщила исполнительный директор организации Линн Соби. – Речь о физике – в том смысле, как сливаются ядра атомов, и о химии – в том смысле, как они себя ведут. В целом же эти знания могут приблизить нас к пониманию более “нормальных” элементов. Госпожа Соби особо отмечает важность того, что два из наиболее тяжелых новых элементов относятся к группе галогенов и благородных (инертных) газов (соответственно 17-я и 18-я группа химических элементов согласно таблице Д.И.Менделеева), которые обладают ярко выраженными индивидуальными химическими свойствами, и здесь мы снова возвращается к релятивистским эффектам.
– Предполагается, что по мере того, как скорость электронов в более
тяжелых элементах приближается к скорости света, релятивистские
эффекты могут смазать эти характеристики, – уточняет Линн Соби.
На повестке дня, впрочем, не только вопросы мироустройства, но и
вещи более приземленные – к примеру, как будут называться новые
элементы? Сейчас у них лишь рабочие названия – Uut (унунтрий), Uup (унунпентий),
Uus (унунсептий) и Uuo (унуноктий), но предложений по названиям
много. Например, 117-й элемент просят назвать Oc (октарином) –
одноименное волшебное вещество фигурирует во вселенной, придуманной
популярным фантастом Терри Пратчеттом. В интернете развернулось
масштабное голосование: за октарин уже 45 тысяч человек. 113-й
элемент предложено назвать япониумом. Еще один из элементов вполне
может стать московием… Главная же интрига в том, что хотя сам
выбор ограничен (элементы “положено” называть в честь
мифологического понятия, минерала, некоего конкретного места, страны
или, допустим, ученого), последнее слово все же принадлежит
первооткрывателям, а таковых в этом году несколько.
Хорошая новость для российской науки в том, что приоритет в синтезе 115-го, 117-го и 118-го элементов отдан ученым из Объединенного института ядерных исследований в Дубне (Россия), а также Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии (США) и Окриджской национальной лаборатории в Теннесси (США). 113-й обязан появлением специалистам из Института естественных наук RIKEN (Япония) – для японцев это, кстати, большая научная премьера. Правда, без споров не обошлось: в Дубне дали понять, что удивлены решением по 113-му элементу – у наших заслуг в его изучении не меньше. Цена вопроса велика, ведь для ученых, по словам нобелевского лауреата Редзи Ноери, подобное открытие значит больше, чем для спортсменов – олимпийское золото! * * *
Чтобы выяснить, как шли изыскания, “Огонек” связался с заместителем
директора Лаборатории ядерных реакций имени Флерова ОИЯИ в Дубне
физиком-ядерщиком Андреем Попеко. Андрей Георгиевич, все перечисленные новые элементы в вашей лаборатории синтезировали несколько лет назад. Почему же официальное признание от IUPAC пришло только сейчас? Таковы международные правила. Всего за последнее время нам удалось открыть шесть элементов. Два из них, 114-й и 116-й, включены в таблицу Менделеева еще в 2012 году. 114-й был назван флеровием в честь нашей лаборатории и ее основателя, академика Флерова, 116-й – ливерморием, в честь города Ливермора (Ливерморская национальная лаборатория в США – наш давний партнер по исследованиям). И вот под конец прошлого года стало известно о признании еще четырех элементов.
Задержка объяснима строгими правилами IUPAC: недостаточно получить
новый элемент – нужно, чтобы этот результат повторили независимые
лаборатории, а все данные проверила специальная комиссия. Основные вопросы с нашей стороны – к открытию 113-го элемента, первенство в котором отдано японцам. Им действительно многое удалось: “легкий” изотоп 113-го элемента они синтезировали в результате прямой реакции, бомбардируя мишень на ускорителе (ядра атомов, которыми бомбардируют мишень, сливаются с ядрами тех, что находятся в мишени, и образуют новые элементы. – “О“). Японцы получили три атома за 10 лет – это рекорд. Однако мы синтезировали более тяжелый изотоп 113-го элемента, причем годом раньше. Правда, у нас он получился как дочерний продукт распада 115-го элемента, возможно, это сыграло свою роль при определении приоритета в открытии. Что ж, дождемся официального заключения.
Зато вас уже сейчас можно поздравить с пальмой первенства в
открытии остальных элементов. Да, такое название давно предлагается. Но поймите, наш институт – международная организация, мы сотрудничаем с коллегами из-за рубежа, так что это как с именем для ребенка – нужно, чтобы оба супруга были единодушны, хорошо бы также выяснить мнение дедушек и бабушек. Различные формальности продлятся еще примерно год, время есть. С открытиями новых элементов вообще история непростая: можно вспомнить про 102-й элемент – нобелий. Его сначала открыли шведы, потом американцы доказали, что они ошиблись, а потом мы уже доказали, что ошиблись американцы, однако название, данное шведами, осталось – к нему как-то привыкли. А вот для некоторых элементов приоритет открытия был разделен между лабораториями в Дубне и Беркли (США), в Дубне и Дармштадте (ФРГ). Приятно, что тот же 105-й элемент назван дубнием… Можете объяснить, за счет чего мы вырвались вперед?
Это еще с советских времен: после того как вопросы с ядерным оружием
были решены, ученые переключились на научные аспекты изучения
тяжелых ядер. Да, сегодня японцы, китайцы, корейцы заявляют о себе в науке все громче – идет настоящая восточная волна. Но тем важнее удержать планку. Простите, а насколько вообще это сложно: “родить” новый химический элемент?
Судите сами: вероятность слияния двух ядер, на чем и построен
процесс получения новых элементов, очень мала. К тому же
супертяжелые элементы, которые мы изучаем, нестабильны: получаемые
атомы живут доли секунды. Для самого процесса синтеза требуется наработка материала для мишеней (например, элементов вроде кюрия, берклия, калифорния) – здесь требуются реакторы, где производят изотопы, технологии очистки и разделения изотопов, технологии изготовления мишеней из высокорадиоактивных материалов. В мире таких уникальных ядерных реакторов всего два – один в Окридже в США, другой в нашем Димитровграде.
Нужны и ускорители, производящие мощные потоки тяжелых частиц. Но не
надо думать, что если построить такой ускоритель, как Большой
адронный коллайдер в ЦЕРН, то можно решить все проблемы: для синтеза
новых элементов требуются пучки частиц, ускоренных “только” до 10
процентов скорости света, а это совсем другая, хоть и не менее
сложная технология. Как найти и выделить из “каши”, образовавшейся в результате ядерной реакции, интересующий элемент? Для этого также требуются специальные сепараторы и детекторы. Ну и, конечно, без специалистов самой высшей квалификации все это работать не будет – эксперименты по синтезу идут круглосуточно и длятся годами! И каково научное значение ваших исследований? Есть представление, что вы именно ищете? А вы что-то слышали про остров стабильности? Так называют сверхтяжелые элементы, расположенные в таблице Менделеева гораздо дальше урана, чьи ядра не распадаются столь быстро, как считалось ранее. Долгое время – с 1960-х – существование такого “острова” было чистой теорией, и вот сегодня мы можем, наконец, констатировать: “остров” существует, пусть мы и зацепили пока лишь его край.
Так вот интересно, а есть ли предел? Насколько можно увеличивать
массу ядра и в какой момент оно начнет мгновенно разваливаться? И не
приобретет ли какие-то новые формы? В этих вопросах мы фактически
подходим к границам существования привычной нам материи. Эти новые элементы вообще очень интересны: предполагается, к примеру, что они могли образовываться при взрывах сверхновых в космосе, а значит, влиять на эволюцию планет. А простые смертные когда-либо смогут оценить такие теоретические изыскания?
Прикладное значение, разумеется, тоже есть. Например, изучая химию
одиночных атомов, вы учитесь создавать редкие изотопы, незаменимые в
ядерной медицине (применении радионуклидных препаратов для лечения и
диагностики. – “О“). А в экологии такие изотопы могут
пригодиться как своего рода “метки” (например, при изучении
микроорганизмов и среды их обитания. – “О“). Перспективное
направление – поиск и создание новых материалов, которые будут
обладать невиданными свойствами. В каком направлении будете искать дальше? Станете изучать тот самый “остров стабильности”? Скорее всего. Наибольший интерес в ядерной физике сейчас к необычным ядрам: например, предсказано, что должен быть гелий-10, но его никак не могут найти. Мы двигаемся к более тяжелым элементам – это сфера неизвестного, тем она и интересна…
Журнал “Огонек”,
|
Ученые
уверены: таблица будет пополняться и дальше – в ней появятся новые
ряды, а в них – новые элементы. Главная же интрига в том, что новые
открытия могут ни много ни мало “поправить” знаменитый периодический
закон Менделеева (свойства элементов зависят от величины зарядов
ядер их атомов). Известный популяризатор науки химик Эрик Скерри из
Калифорнийского университета (США) приводит в пример эксперименты с
резерфордием и дубнием – в ходе этих исследований они вели себя не
так, как должны были в соответствии с тем местом, которое занимают в
таблице. Подобные эффекты проявляются при скоростях, близких к
скорости света, с которыми электроны обращаются вокруг ядер, и
названы релятивистскими. Скерри, впрочем, ставит вопрос еще
радикальнее: если периодический закон не будет работать, то химия в
некотором роде станет частью физики!
– До
какой степени – никто не знает. Не меньшая проблема и то, как
оценить эти эффекты.
Вот и
получается, что между публикацией первой работы и признанием ее
результатов проходит лет десять.
Как назовете? Московием?
И, конечно, правильная стратегия была выбрана в
1990-е: в нашем институте решили сосредоточиться именно на этих
исследованиях. У нас же, в Дубне, были предложены и методы синтеза
тяжелых и сверхтяжелых элементов путем холодного (используются
мишени из свинца и висмута) и горячего слияния (используются мишени
из трансурановых элементов, а в качестве бомбардирующей частицы –
ядра кальция-48). С их помощью получены 12 наиболее тяжелых новых
элементов от 107-го до 118-го.
За эти мгновения их нужно “поймать” и
изучить, проследить за процессом распада. А ведь количество вещества
измеряется единичными атомами!
.. Не
случайно Виталий Гинзбург в своей нобелевской речи назвал синтез
сверхтяжелых элементов одним из ключевых направлений научного поиска
в XXI веке.
Или давайте вспомним об актуальной
проблеме – космическое излучение часто выводит из строя электронику
на спутниках. С помощью той же технологии, благодаря которой мы
получаем пучки ускоренных частиц, можно тестировать электронные
компоненты техники на устойчивость к такому излучению, одним словом,
перспектив множество.что это дает — Троицкий вариант — Наука
Борис Жуйков — радиохимик, докт.
хим. наук, зав. Лабораторией радиоизотопного комплекса Института ядерных исследований РАН, ранее много лет работавший в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ (Дубна), занимался исследованием свойств новых элементов.Открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева всегда вызывало интерес у широкой публики. Дело даже не столько в научной значимости этих открытий, а в том, что в школе все проходили Периодический закон, и некоторые даже помнят символы, обозначающие элементы. Это понятно, знакомо. Но сейчас за этими открытиями стоят сложные исследования в ядерной физике и радиохимии, о которых многие не имеют представления.
В настоящее время новые элементы получают только на ускорителях тяжелых ионов. (Ранее их обнаруживали в земных минералах, продуктах ядерных реакторов и ядерных взрывов.) Тяжелыми ионами, ускоренными в циклотронах или линейных ускорителях, бомбардируют мишени из тяжелых элементов, и в результате реакции слияния с испусканием одного или нескольких нейтронов синтезируется новый элемент с порядковым номером (зарядом ядра) — суммой зарядов ядер налетающего иона и ядра мишени.
Затем образующиеся ядра претерпевают радиоактивный распад. Для синтеза наиболее устойчивых изотопов выбирают такие комбинации ядер, в которых содержится по возможности большее число нейтронов и составные ядра имеют низкую энергию возбуждения. Выход получаемых тяжелых элементов чрезвычайно мал — отдельные атомы или десятки атомов, иногда за месяцы облучения на ускорителе. Период полураспада — секунды, а иногда и доли миллисекунд. Довольно сложно выделить ядра новых элементов из всей смеси образующихся продуктов ядерных реакций и правильно идентифицировать полученные продукты. Для этого создаются специальные установки, которые в результате регистрируют цепочку распадов с испусканием альфа-частиц и образованием изотопов более легких элементов, иногда цепочка оканчивается спонтанным делением ядра.
В нашей стране начиная с 1950-х годов работы по синтезу новых элементов на ускорителях тяжелых ионов проводились в Дубне под руководством акад. Г. Н. Флёрова (1913–1990) — основателя этого направления.
Сейчас эти работы проводятся под научным руководством акад. Ю. Ц. Оганесяна. В мире существует лишь несколько ускорителей и установок, где можно получать трансактиноидные элементы (т. е. элементы с зарядом ядра Z более 103).
Последнее решение IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии [1] о признании открытия сразу четырех элементов — под номерами 113, 115, 117 и 118 — привлекло внимание российской общественности еще и потому, что приоритет в трех из них — 115, 117 и 118 — признан за российско-американской коллаборацией, включающей Лабораторию ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова Объединенного института ядерных исследований (Дубна) (ФЛЯР ОИЯИ), Ливерморскую национальную лабораторию им. Э. Лоуренса (LLNL), Окриджскую национальную лабораторию (ORNL) и Университет Вандербильта. Приоритет в открытии элемента 113 признан за группой из японского ускорительного научного центра RIKEN.
Установление приоритета — непростая задача, так как неточности в первых сообщениях об открытии в какой-то мере неизбежны.
Вопрос — какие неточности существенны, а какие можно принять и насколько выводы авторов обоснованны. Решение IUPAC основывалось на отчетах объединенной рабочей группы экспертов (Joint Working Party, JWP) [2, 3] и разработанных ранее критериях открытия. Согласно существующей практике авторам предоставляется право предложить названия новых элементов.
Элемент 113 предложено назвать нихонием (nihonium, Nh). Nihon — одно из двух названий Японии на японском языке, означающее «Страна восходящего солнца». Это первый элемент, открытый в Азии. Дубнинская группа оспаривала это первенство.
Приоритетные работы были опубликованы ФЛЯР ОИЯИ и RIKEN почти одновременно в 2004 году, группа из Дубны опубликовала работу даже несколько раньше. Для синтеза новых ядер в Японии использовали «холодную» реакцию слияния, бомбардируя изотопом цинка мишень из висмута 70Zn+209Bi, с образованием изотопа 278113 (время жизни — миллисекунды и десятые доли миллисекунд).
В Дубне применили более выгодную (с точки зрения выхода и периодов полураспада) ядерную реакцию ионов тяжелого изотопа кальция и америция 48Ca+243Am, которая приводит к образованию изотопов 288115 и 287115. Эти радионуклиды, испуская альфа-частицы, распадаются сначала соответственно в 284113 и 283113 (время жизни — сотни миллисекунд), а затем по цепочке в долгоживущие изотопы элемента 105 (дубния, Db). 268Db выделяли химически и затем регистрировали спонтанное деление.
Но промежуточные нуклиды в этих цепочках распада на тот момент не были известны, и их независимая физическая идентификация не проводилась. А химическое выделение и идентификацию Db на основе ионного обмена, проведенные в ФЛЯР ОИЯИ, объединенная рабочая группа посчитала неселективными и неубедительными. Также не были приняты во внимание попытки исследовать химические свойства элемента 113 методом газовой хроматографии, хотя этот метод ранее успешно использовался для изучения химии других трансактиноидных элементов.
В результате заключили, что заявка Дубны в данном случае не соответствует критериям открытия элементов.
В то же время все промежуточные продукты распада синтезированного в Японии изотопа 278113 (всего 3 события за 8 лет работы) были подтверждены, в том числе в специальных экспериментах в новом исследовательском центре по тяжелым ионам Ланжо в Китае. Таким образом, приоритет в открытии элемента 113 был признан за японской группой.
Элемент 115 был синтезирован в Дубне, и в честь региона, где расположен этот международный центр, авторами было предложено название московий (moscovium, Mc). Элемент получали опять же в ядерной реакции 48Ca+243Am с образованием 287115 и 288115 (время жизни — десятки и сотни миллисекунд соответственно). Позднее был получен 289115 и другие изотопы этого элемента. В отличие от первого цикла химических экспериментов, которые дубнинская группа проводила самостоятельно, позднее, в 2007 году, химическое выделение продукта распада — 268Db осуществлялось уже с привлечением американских специалистов из Ливермора, и была достаточно убедительно доказана принадлежность этого элемента — продукта распада 115-го элемента — к V группе Периодической системы.
Более того, в 2013 году коллаборации из немецкого Центра исследований c тяжелыми ионами в Дармштадте (GSI) удалось повторить дубнинские результаты по получению изотопов элемента 115 в ядерной реакции 48Ca+243Am. Таким образом, приоритет в открытии элемента 115 был признан за российско-американской группой.
Элемент 117 предложено назвать теннеcсин (tennessine, Ts) в честь американского штата Теннесси, где расположена Окриджская национальная лаборатория. Окончание в названии — п о аналогии с астатином и другими элементами группы галогенов (на английском языке). Этот элемент также был синтезирован в Дубне, в ядерной реакции 48Ca+249Bk. Роль американских коллег из Окриджа в основном состояла в изготовлении уникальной мишени берклия-249, который получали на высокопоточном реакторе в ORNL. В 2010–2013 годах было зарегистрировано всего 13 цепочек распадов 293117 и 294117, причем характеристики (время жизни и энергия альфа-распада) продукта распада 289115 соответствовали данным, полученным ранее для этого радионуклида в другой ядерной реакции 48Ca+243Am.
По этой причине заявка на открытие этого элемента была признана отвечающей установленным критериям.
Элементу 118 авторами предложено название оганесон (oganesson, Og). Он должен являться аналогом радона и других инертных газов, и его открытие завершает седьмой период таблицы Менделеева. Этот элемент предложено назвать в честь Юрия Цолаковича Оганесяна за его пионерский вклад в исследование трансактиноидных элементов и важные ядерно-физические достижения в открытии сверхтяжелых ядер и исследовании «острова ядерной стабильности». В истории существовал только еще один пример, когда имя элемента присваивалось действующему ученому. Элемент 106 был назван в 1997 году сиборгием (Sg) в честь Гленна Сиборга (1912–1999), лауреата Нобелевской премии, автора открытия плутония и целого ряда трансплутониевых элементов.
В 2002–2012 годах в Дубне при облучении мишени 249Cf ионами 48Ca было обнаружено несколько событий образования 294118 (время жизни — порядка 1 миллисекунды), сопровождающихся последовательным распадом 290Lv (ливермория), 286Fl (флеровия) и 282Cn (коперниция).
Время жизни и энергии альфа-частиц этих изотопов Fl и Cn были подтверждены американской коллаборацией на циклотроне в Беркли, поэтому объединенная рабочая группа рекомендовала признать открытие.
Следует отметить, что все вновь предложенные названия и символы элементов пока еще не утверждены IUPAC.
* * *
Какое значение имеет открытие этих новых элементов?
Вопрос «Сколько хлеба и угля это может дать?» абсолютно некорректен. Пользу от развития определенной ветви фундаментальной науки часто невозможно предсказать, и такого рода аргументы не должны тормозить ее развитие. Попытки заранее расписать доход и политические выгоды от научных открытий смехотворны. Соображения престижа также не должны как-то ограничивать развитие направления, потому что его истинное значение может раскрыться много позже. И наоборот, широко разрекламированные достижения могут не иметь никакого значительного продолжения. Вообще, наука должна руководствоваться своей логикой, а не логикой людей, далеких от нее.
Общество должно доверять ученым, и «удовлетворение собственного любопытства за государственный счет» — это нормальное положение в данной области человеческой деятельности. И именно ученые, квалифицированные специалисты должны определять, на что следует тратить деньги, а что может подождать или вообще бесперспективно.
Другой вопрос, какое научное значение может иметь этот результат об открытии новых элементов. Что он изменяет в наших представлениях о структуре ядра и химических свойствах элементов вообще?
С физической точки зрения эти результаты могут иметь значение для лучшего понимания ядерной структуры и ядерного взаимодействия. С 1960-х годов бурно обсуждался вопрос о существовании так называемых островов стабильности в районе зарядов ядер Z=114 и 126 как проявление оболочечной структуры ядер. Поэтому получение первых трансактиноидных элементов, которые имели гораздо больший период полураспада, чем предсказывалось старой «капельной» моделью строения ядра, было действительно принципиально важно.
Сейчас в оболочечной модели никто не сомневается. Полученные результаты по новым элементам и новым изотопам позволяют уточнить существующие модели ядра и ядерных реакций. Хотя и не ожидается принципиально новых явлений, набор новых данных всегда полезен. Очевидно, что вершины острова стабильности существующими методами не достигнуть: просто нет таких комбинаций в ядерных реакциях — в получаемых изотопах не хватает нейтронов. Ранее много лет проводились попытки обнаружения в природных образцах СТЭ, которые были бы настолько долгоживущими, что могли остаться со времен образования Солнечной системы. Но эти попытки не увенчались успехом. Некогда заявленные результаты не нашли ни экспериментального, ни теоретического подтверждения.
С химической точки зрения ситуация несколько иная. Здесь действительно можно ожидать принципиально новых явлений. Дело в так называемых «релятивистских эффектах». В атомах с большим зарядом ядра электроны приобретают релятивистские скорости, и обычное уравнение Шрёдингера, используемое для описания атомов, уже не работает.
В частности, знакомые всем «гантельки» р-электронов в VII периоде претерпевают изменения, и одна из них превращается в шар. В результате электронная структура атомов меняется. У новых элементов возможно значительное отклонение химических свойств от экстраполированных по Периодической таблице и возникновение необычных химических свойств.
В отношении «релятивистских эффектов» существует много спекуляций, очевидно направленных на поднятие интереса к вопросу. Например, высказывалось предположение, что элемент 104 резерфордий (Rf) — формальный аналог титана, циркония и гафния — может оказаться p-элементом, по химическим свойствам близким к свинцу. Или заявлялось, что элемент 114 флеровий (Fl) — аналог свинца — может оказаться инертным газом. На самом деле при аккуратном рассмотрении выясняется, что, хотя атом Rf и имеет необычную конфигурацию внешней электронной оболочки (ds2p), по своим химическим свойствам это типичный d-элемент, аналог гафния. А Fl, обладая повышенной летучестью (как это следует и из любых экстраполяций), в конденсированном состоянии остается типичным металлом.
Вообще, абсолютно некорректно любое отклонение от экстраполяции по Периодической системе приписывать «релятивистским эффектам»: оно может быть обусловлено совершенно другими причинами, например межконфигурационным взаимодействием.
Так или иначе, исследование релятивистских эффектов позволяет лучше понять и химические свойства давно известных и повсеместно применяемых элементов. Также это позволяет лучше разобраться в том, каким образом электронное строение атомов и молекул, которое можно рассчитать, определяет их конкретные химические свойства. Это до сих пор является далеко не до конца решенным вопросом. Дальнейшее продвижение по Периодической таблице может привести к образованию совсем новой группы элементов — g-элементов (начиная с элемента 121) с интересными свойствами. Все эти вопросы еще ждут подробного исследования.
Однако приходится отметить, что в последних открытиях исследования химических свойств новых элементов вообще не фигурируют (химически выделялся лишь продукт распада элемента 115 — элемент 105, Db, чтобы подтвердить конец цепочки распада).
Но такое исследование трудно было провести ввиду низкого выхода и коротких периодов полураспада полученных изотопов. Тем не менее это возможно, хотя требует нового подхода к постановке химических экспериментов.
Открытие новых элементов дает еще один пример того, что значительные достижения российских ученых возможны в тесной коллаборации с учеными из США, Германии и других развитых стран. Именно такие работы и поднимают престиж нашей науки.
- International Union of Pure and Applied Chemistry. Официальный сайт: http://iupac.org/
- Karola P. J., Barber R. C., Sherrill В. M., Vardaci E., Yamazaki T. Discovery of the elements with atomic numbers Z= 113, 115 and 117 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. Chem. 2016. V. 88. P. 139–153.
- Karola P. J., Barber R. C., Sherrill B. M., Vardaci E., Yamazaki T. Discovery of the elements with atomic numbers Z= 118 (IUPAC Technical Report) // Pure Appl. 2016. V. 88. P. 155–160.
- Hamilton H.
, Hofman S., Oganessian Y.T. Search for Superheavy Nuclei // Annu. Rev. Nucl. Part. Sci., 2013. V. 63. P. 383–405.
, Hofman S., Oganessian Y.T. Search for Superheavy Nuclei // Annu. Rev. Nucl. Part. Sci., 2013. V. 63. P. 383–405.См. также:
Четыре элемента будут добавлены в периодическую таблицу. Вот что вам нужно знать.
Стол полон!Сандбх/Викисклад
Почему мы здесь?
В периодическую таблицу скоро добавятся четыре новых элемента: нихоний (Nh, элемент 113), московий (Mc, элемент 115), теннессин (Ts, элемент 117) и оганесон (Og, элемент 118).
Когда вы говорите «новый» …
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-74f8515b967651be0441a481da0378a8-component-4@published”> Новый стол. Большинство из них были впервые синтезированы еще в 2002 или 2003 году (и все они теоретически существовали задолго до этого).Подождите, я думал, что элементы — это основа всех вещей. Что вы имеете ввиду под словом “синтезировано”? Или «теоретически существует»?
Давайте немного вернемся к повторению школьного курса естествознания: простейшей единицей материи является атом, состоящий из трех основных частей: положительно заряженного протона, незаряженного нейтрона и отрицательно заряженного электрона. Протоны и нейтроны находятся в ядре, а атомы определяются тем, сколько протонов содержится в ядре — отсюда берется номер элемента (называемый атомным номером).
Из 118 известных элементов 94 естественным образом обнаружены на Земле. Остальные 24 не встречаются в природе, а вместо этого были созданы в лаборатории — синтезированы — с помощью процесса, который включает добавление протонов к ядрам до тех пор, пока общее количество протонов не станет таким, которого никогда раньше не достигали. Ученые считают, что элементов может быть от 170 до 210, в зависимости от того, сколько протонов они могут добавить к ядрам.
Как можно «добавить больше протонов» в ядро?
Все элементы, которые еще предстоит открыть, а также все элементы, открытые в последние десятилетия, являются сверхтяжелыми элементами, которые к тому же очень радиоактивны.
Их создание включает в себя разбивание более мелких элементов в надежде, что они сольются. Но даже когда они создаются, они настолько радиоактивны, что крайне нестабильны, иногда длятся всего доли секунды. Практически сразу после образования они исчезают.
Понятно… так что, новые элементы имеют какое-то значение? Что мы собираемся сделать с ними , просто создать их и позволить им исчезнуть?
Для этих элементов да. Но есть вещи, называемые «островками стабильности». Несмотря на общую тенденцию к тому, что элементы становятся менее стабильными по мере увеличения размера, иногда встречается элемент с «магическим числом» протонов и нейтронов, что делает его гораздо более стабильным, чем он должен быть по сравнению с его размером.
Эксперты считают, что следующий островок стабильности, вероятно, появится где-то между элементами 120 и 126, но это всего лишь оценка. Это мог быть 127-й или 171-й элемент. Мог быть 118-й (нет).
Как только мы достигнем следующего острова, у нас будет сверхстабильный элемент, который может существовать от минут до миллионов лет (по сравнению с микросекундной продолжительностью жизни его соседей). Это может иметь несколько промышленных применений — например, это может быть более мощный генератор ядерной энергии. Хотя теперь мы знаем, что недавно открытые элементы не имеют особого практического применения, мы можем думать о них как о ступеньках на пути к элементу, который может иметь практическое применение.
Если они были обнаружены более десяти лет назад, почему они так долго не добавлялись?
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-74f8515b967651be0441a481da0378a8-component-14@published”> Суть науки в воспроизводимости. Как только одна группа ученых заявляет, что открыла новый элемент (или, по сути, совершила какой-либо революционный научный акт), другие ученые должны подтвердить открытие, повторив эксперимент и посмотрев, получатся ли они те же результаты. Возможно, вы слышали, что в психологической и биомедицинской областях происходит что-то вроде кризиса, когда ученые не могут воспроизвести открытия других ученых. Это огромная проблема, потому что, если другие ученые не могут подтвердить результаты, воспроизведя их, люди могут просто лгать о том, что было обнаружено их исследованием. Как, скажем, этот новый элемент, который они только что открыли.Такое когда-нибудь случалось?
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-74f8515b967651be0441a481da0378a8-component-16@published”> Да! И совсем недавно тоже. В 1999 году команда из Калифорнии заявила, что синтезировала два новых элемента, 116 и 118 (которые в настоящее время фактически синтезированы и вскоре будут добавлены в периодическую таблицу как оганесон), но когда другие исследователи не смогли повторить эксперимент, один исследователь признал, что сфабриковал данные.Итак, кто будет называть новые элементы?
Кто бы их ни обнаружил, конечно.
Значит, ученые могут называть их как хотят?
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-74f8515b967651be0441a481da0378a8-component-20@published”> Не совсем так. IUPAC—Кто?
Международный союз теоретической и прикладной химии. Среди прочего, это люди, которые контролируют то, что происходит в периодической таблице.
О, хорошо. Вперед, продолжать.
В любом случае, IUPAC говорит, что элементы должны быть названы в честь одной из пяти вещей: ученого, места, минерала или вещества, описания элемента или мифологической ссылки.
Из новых элементов три названы в честь мест и один назван в честь человека.
Подождите, мифологическая отсылка? Вы должны привести мне пример.
Есть 15 элементов, названных в честь мифологического персонажа или ссылки. Торий и ванадий названы в честь скандинавского бога войны Тора и богини красоты Ванадис соответственно. Из греческой мифологии гелий назван в честь бога солнца Гелиоса, иридий — в честь богини радуги Ирис, а титан — в честь титанов.
Это не говоря уже обо всех элементах, названных в честь планет (нынешних или бывших) — ртути, фосфора (старое название Венеры), урана, нептуния, плутония, — каждый из которых берет свое название от мифологических персонажей.
То же самое для двух элементов, названных в честь астероидов: палладия и церия.
Хорошо, но ни один из этих новых элементов не назван в честь мифологии. Так в честь чего назван нихоний?
Название основано на японском слове Nippon , которое является одним словом для самой Японии, где был обнаружен этот элемент, и означает «Страна восходящего солнца». Ранее известный как унунтрий (это название основано на неуклюжем и нелюбимом среди химиков соглашении об именах элементов, которые еще не были обнаружены или проверены по их атомному номеру — un+un+tri+um=one+one+three+um , или 113, его атомный номер), у нихония период полураспада составляет 20 секунд, что делает его самым долгоживущим из новых элементов.
Другие предложенные названия включали японий, рикений (в честь института, в котором он был открыт) и нишинаниум (в честь японского физика).
Московиум?
Имени Москвы.
Город?
Нет, технически, он назван в честь Московской «области», где находится лаборатория, обнаружившая московий. Области похожи на штаты США, так что на самом деле есть Москва, Москва.
Типа Нью-Йорк, Нью-Йорк. В частности, лаборатория, обнаружившая московий, находится в городе Дубна.
Что было дальше?
Теннессин.
Правильно. Назван в честь Теннесси?
Вы поняли. Исследователи из Университета Вандербильта и Университета Теннесси-Ноксвилля объединились, чтобы открыть этот элемент в 2010 году, что сделало его самым последним синтезированным элементом.
Кроме того, это всего лишь второй элемент, названный в честь штата США, первым из которых является калифорний.
А оганесон?
Оганессон, ранее известный как элемент 118, назван в честь Юрия Оганесяна, российского физика-ядерщика. И московий, и оганесон были обнаружены в одном месте, в Объединенном институте ядерных исследований. Это тот же исследовательский центр, где впервые были синтезированы многие другие элементы. Фактически, ОИЯИ открыл или помог открыть пять из шести самых последних элементов.
Итак… какой-то мертвец?
com/_components/slate-paragraph/instances/cq-article-74f8515b967651be0441a481da0378a8-component-41@published”> Вообще-то он еще жив! Он был одним из ученых, которые помогли открыть этот элемент. Если предложенное название будет доработано, оганесон станет вторым элементом, названным в честь живого человека (первым был сиборгий, названный в честь Гленна Сиборга).Так что же уникального в этих элементах?
Честно говоря, самое интересное в этих элементах, наверное, то, насколько они нестабильны. Все они радиоактивны и имеют чрезвычайно короткий период полураспада, то есть время, необходимое для исчезновения половины количества элемента. Для простоты, если вы начнете с четырех фунтов радиоактивного вещества и подождете один период полураспада, у вас останется два фунта чистого вещества.
Мы упоминали, что период полураспада нихония составляет около 20 секунд. Московий еще короче, его период полураспада составляет 220 миллисекунд. У Теннесси всего 78 миллисекунд. Если вы хотите получить представление о том, как быстро распадается теннессин, запустите приложение секундомера и постарайтесь запускать и останавливать его как можно быстрее. Вероятно, вы получите что-то вроде 0:00:15, что составляет 150 миллисекунд. За это время прошло почти два периода полураспада теннессина.
Оганесон—
Дайте угадаю: его период полураспада еще короче.
А, да. Вроде как выбил из моих парусов ветер.
Извините.
К счастью, в этом есть кое-что еще. На сегодняшний день оганесон является самым тяжелым известным элементом, и он не вступает в реакцию и не связывается легко с другими элементами. Он также находится в крайней правой части таблицы Менделеева, в столбце (или «семействе») благородных газов, таких как неон и аргон, которые, как известно, инертны и редко реагируют с чем-либо. что оганесон на самом деле является твердым телом, что делает его первым известным «благородным твердым телом», твердой версией благородного газа.
Однако трудно быть уверенным, поскольку когда-либо наблюдались только три, а то и четыре атома оганесона.
PeterHermesFurian/iStock
Что дальше?
Ну, если вы посмотрите внимательно, то увидите, что мы заполнили последнюю строку таблицы Менделеева. Это означает, что когда будет обнаружен следующий элемент, нам придется изменить дизайн таблицы… немного.
Какая головная боль. Как скоро все это закончится?
Имена были объявлены 8 июня, и у общественности есть пять месяцев — до 8 ноября — чтобы выразить любые опасения по поводу предложенных имен.
После этого IUPAC, как ожидается, формализует имена и обновит периодическую таблицу.
Но эти имена окончательные, верно? Общественность может только возражать, а не голосовать?
После катастрофы с Боати МакБотфейс, это кажется разумным подходом, да.
* Исправление от 16 октября 2017 г.: Первоначально в этой статье столбец периодической таблицы ошибочно идентифицировался как представляющий «период», хотя на самом деле он представляет «семью». (Возврат.)
- объяснитель
- Наука
- Физика
4 новых элемента будут добавлены в периодическую таблицу.
Вот что это значит.Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) объявил о добавлении в периодическую таблицу четырех новых элементов с атомными номерами 113, 115, 117 и 118.
Это большое дело, поскольку эти четыре элемента — все сверхтяжелые, лабораторные и очень радиоактивные — заполняют незаполненные места в седьмой строке периодической таблицы. Их открытия также открывают перед учеными двери для создания еще более тяжелых и, возможно, полезных синтетических элементов в будущем.
Здесь мы разберем, что означают открытия (то есть, кроме того факта, что люди, у которых есть татуировки с таблицей Менделеева, теперь будут устаревшими).
Эти четыре новых элемента не существуют в природе
Каждому элементу присвоен атомный номер, который соответствует количеству протонов в его ядре. Водород, самый легкий элемент, имеет атомный номер один, а его ядро содержит один протон. Элемент № 2 — гелий — имеет два.
Эти новые элементы имеют 113, 115, 117 и 118 протонов соответственно.
Атомы с таким количеством протонов слишком нестабильны, чтобы существовать в природе. Это потому, что протоны естественным образом отталкиваются друг от друга. В более мелких атомах сильное ядерное взаимодействие — мощная энергия, высвобождаемая при ядерном взрыве, — удерживает протоны связанными. Но в более крупных атомах он теряет свою власть, и атомы распадаются на более стабильные элементы с меньшим количеством протонов.
(Уран с 92 протонами — самый тяжелый элемент, существующий в природе.)
Как создать новые, более тяжелые элементы: столкновение более легких
Элементы с очень высокими атомными номерами должны быть созданы путем сближения двух меньших атомов. в надежде, что некоторые из их протонов слипнутся.
«Чтобы создать 117, — поясняет журнал Scientific American, — исследователи врезали ядра кальция (с 20 протонами в каждом) в мишень из берклия (97 протонов на атом)». Но это намного сложнее, чем кажется. Берклиум (названный в честь Беркли, Калифорния) чрезвычайно редок; команде потребовалось более двух лет, чтобы накопить 13 миллиграммов для целей эксперимента.
Созданный элемент 117 почти мгновенно распадается и исчезает. Его период полураспада (количество времени, необходимое для распада половины заданного количества элемента) составляет пятьдесят тысячных секунды. Элемент 113, созданный бомбардировкой висмута ионами цинка, также быстротечен: он распадается менее чем за тысячную долю секунды, сообщают его японские первооткрыватели.
И чтобы было ясно, эти элементы были не , а обнаруженными. Лаборатории годами располагали доказательствами их существования. Но IUPAC имеет длительный процесс проверки утверждений.
юмикрум /Flickr
Какой смысл открывать новые элементы?
Так зачем же доказывать существование этих едва заметных элементов, не имеющих очевидной практической ценности? Один, потому что мы можем. Важно доказывать научные теории данными наблюдений. Это усиливает дальнейшие предсказания, которые мы можем сделать на основе периодической таблицы.
Во-вторых, потому что однажды мы можем создать несколько очень тяжелых и очень полезных новых элементов.
Квантовая теория утверждает, что можно создать чрезвычайно тяжелые элементы — с более чем 120 протонами — которые также очень стабильны (это означает, что они будут сопротивляться распаду). Эти элементы существовали бы на «островке стабильности» в конце таблицы Менделеева, и никто не знает, какими свойствами они могли бы обладать.
Как мы назовем эти новые элементы?
IUPAC приписывает совместной российско-американской команде открытие 115, 117 и 118, а японской команде открытие 113. «Для ученых это имеет большую ценность, чем олимпийская золотая медаль», — Рёдзи Ноёри, лауреат Нобелевской премии, объяснил Guardian. Первооткрыватели дают названия элементам.
«Новые элементы могут быть названы в честь мифологического понятия, минерала, места или страны, свойства или ученого и будут представлены на общественное обсуждение в течение пяти месяцев, прежде чем будет принято окончательное решение о новом официальном названии и символе. сделано», — сообщает Science Alert.
Краткий обзор периодической таблицы
Это периодическая таблица элементов. Он описывает вес и химические свойства всех известных элементов во Вселенной.
ИЮПАКОн следует этим правилам (в основном, хотя есть много исключений).
Элементы в таблице Менделеева расположены слева направо:
- от более легких к более тяжелым
- от более металлического до менее металлического
- от более положительно заряженного до более отрицательно заряженного до инертного (ни положительно, ни отрицательно заряженного)
Гениальность периодической таблицы заключается в том, что ее изобретатель Дмитрий Менделеев обнаружил, что по мере утяжеления элементов эта закономерность повторяется. Каждый раз, когда шаблон повторяется, формируется новая строка.
В результате получается таблица, которая позволяет человеку легко сканировать вес элементов, а также угадывать, как они будут реагировать на другие элементы на столе.
Итак, мы знаем, что химически натрий (обозначение Na) во многом похож на калий (обозначение K), хотя калий почти вдвое тяжелее натрия. И так далее.
Поддержите ли вы разъяснительную журналистику Vox?
Миллионы обращаются к Vox, чтобы понять, что происходит в новостях. Наша миссия никогда не была более важной, чем в этот момент: расширять возможности через понимание. Финансовые пожертвования наших читателей являются важной частью поддержки нашей ресурсоемкой работы и помогают нам сделать нашу журналистику бесплатной для всех. Пожалуйста, рассмотрите возможность сделать вклад в Vox сегодня.
Новые элементы периодической таблицы названы
Элемент 117 был сформирован путем обстрела пучками частиц кальция слоя берклия внутри ускорителя частиц, которые сплавили их ядра для создания нового продукта.
LLNLЭлемент (на фото) существует менее секунды до распада, что типично для «сверхтяжелых» элементов
Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса Группа доктора Дон Шонесси в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса открыла элемент 117.
На фото, она готовит образец для химического анализа еще не названного элемента 117.
Ускоритель, используемый группой Шонесси, находится в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, Россия. Американская и российская команды сотрудничали 26 лет и вместе создали пять новых элементов.
ОИЯИБольшинство известных элементов были созданы в результате взрыва сверхновых, взрыва умирающей звезды, которые были обнаружены на протяжении всей истории.
НАСА/ЕКАПозднее в этом году ОИЯИ начнет использовать более совершенный циклотрон в новой установке, хотя неизвестно, будут ли открыты новые элементы.
ОИЯИПриоритетом ученых сейчас является поиск «островка стабильности», вмещающего варианты элемента, который мог бы существовать достаточно долго для изучения и мог бы дать начало новым технологиям. Предполагается, что остров расположен вокруг элемента 114.
CNN Первые искусственные элементы были созданы с помощью ускорителей частиц в начале 20-го века, в том числе несколько во время Манхэттенского проекта, который привел к созданию первых атомных бомб.
Доктор Шонесси считает, что будущее этой области неопределенно, так как становится все труднее создавать элементы и становится все труднее привлекать новых студентов. Она считает, что химия в поп-культуре, такая как популярное шоу «Во все тяжкие», может помочь привлечь новые поколения.
Основные моменты истории
Нихоний, московий, теннессин и оганесон — новейшие элементы, получившие имена
Элементы были признаны Международным союзом теоретической и прикладной химии в декабре
Си-Эн-Эн —
Встречайте нихоний (Nh), московий (Mc), теннессин (Ts) и оганесон (Og), новейшие элементы периодической таблицы, получившие названия.
Но не слишком привязывайтесь к номенклатуре этих элементов, ранее известных под их соответствующими атомными номерами 113, 115, 117 и 118. Имена находятся на пятимесячном испытательном сроке, прежде чем все станет официальным.
Элементы были признаны Международным союзом теоретической и прикладной химии, или IUPAC, мировым авторитетом в области химии в США, 30 декабря 2015 года. Их добавление завершило седьмую строку периодической таблицы.
Косуке Морита, лидер группы Riken, улыбается, указывая на доску с новым атомным элементом 113 во время пресс-конференции в Вако, префектура Сайтама, 31 декабря 2015 года. 31 декабря институт группы заявил, что элемент 113, первый в периодической диаграмме, названный азиатскими учеными. Химия (IUPAC) и Международный союз теоретической и прикладной физики (IUPAP) — после успешного создания нового синтетического элемента три раза с 2004 по 2012 год.
ФОТО AFP / KAZUHIRO NOGI / AFP / KAZUHIRO NOGI AFP/Getty Images)
В периодическую таблицу добавят четыре новых элемента
Первооткрывателям элементов было предложено предложить имена, и теперь начинается публичное рассмотрение названий, которое истекает 8 ноября 2016 года. Если вы сильно относитесь к этим именам, профсоюз приглашает вас оставить комментарии и отзывы здесь.
ИЮПАК предоставил первооткрывателям рекомендации, которые помогли им в создании имен. Эти имена поддерживают давнюю традицию называться в честь мифологического понятия или персонажа (включая астрономический объект), минерала или подобного вещества, места или географического региона, свойства элемента или ученого.
И, конечно же, они должны заканчиваться на «-ium», «-ine» или «-on» в зависимости от группы элементов, к которой они принадлежат. IUPAC также предпочитает, чтобы названия легко переводились на основные языки.
По данным IUPAC, другие исследователи уже усердно работают над поиском элементов, которые заполнят восьмой ряд, а также работают над консолидацией того, как идентифицируются коперники и более тяжелые элементы.
Все четыре элемента не встречаются в природе, а были созданы синтетическим путем в лабораториях.
До сих пор эти элементы имели временные имена и символы в периодической таблице, поскольку их существование было трудно доказать. Поскольку они очень быстро разлагаются, ученым было трудно их воспроизвести.
Элемент 113 — первый, обнаруженный в азиатской стране. Исследователи предложили название «нихониум», чтобы отпраздновать это. «Нихон» — это один из двух способов сказать «Япония» на японском языке и означает «Страна восходящего солнца». Этот элемент был обнаружен группой ученых из Центра ускорительных исследований RIKEN Nishina под руководством профессора Косуке Мориты.
Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса
Ядерный детектив, выслеживающий последние элементы в мире
Исследователи заявили, что их поиск элемента 113 начался с «бомбардировки тонкого слоя висмута ионами цинка, движущимися со скоростью около 10% скорости света».
При этом они теоретически сливаются, образуя атом 113-го элемента.
Российско-американская группа в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Россия, а также в Ок-Риджской национальной лаборатории в Теннесси и Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии открыла элементы 115, 117 и 118.
И moscovium, и tennessine отмечают место, где они были обнаружены: Москва и Теннесси соответственно. Исследователи использовали дубненский газонаполненный сепаратор отдачи в Объединенном институте ядерных исследований, а также возможности ускорителя тяжелых ионов в Лаборатории ядерных реакций имени Флерова в Москве.
Что касается штата Теннесси, исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа, Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле совместно работали над исследованием и синтезом сверхтяжелых элементов с использованием высокопоточного изотопного реактора Ок-Риджа и Центра разработки радиохимической техники.
Присоединиться к разговору
Оганессон, обнаруженный совместными группами Российского объединенного института ядерных исследований и американской Ливерморской национальной лаборатории, был назван в честь профессора Юрия Оганесяна. Ученый, родившийся в 1933 году, был первопроходцем, добившимся таких успехов, как открытие сверхтяжелых элементов.