Nyitó elemek 113, 115, 117 és 118: mit ad

Nyitó elemek 113, 115, 117 és 118: mit ad

Borisz Zhuikov
"Trinity Option" №13 (207), 2016. június 28

A szerzőről

Borisz Zhuikov – radiochemist, dr. Chem. Tudományok, vezető. Az Orosz Tudományos Akadémia Nukleáris Kutató Intézetének radioizotóp komplexének laboratóriuma, amely korábban a JINR (Dubna) Nukleáris Reagálási Laboratóriumában sok éven át dolgozott, új elemek tulajdonságait vizsgálta.

A Periodikus Táblázat Periodikus Táblázatának új elemeinek felfedezése mindig felkeltette a nagyközönség érdekeit. Ez nem annyira a felfedezések tudományos jelentősége, hanem az a tény, hogy mindenki átment az időszakos törvényen az iskolában, és néhányan még emlékeznek az elemek szimbólumaira. Ez érthető, ismerős. De most ezek a felfedezések mögött összetett tanulmányok a nukleáris fizika és a radiokémia, amelyekről sokan nem fogalmaznak meg.

Jelenleg új elemeket csak nehéz iongyorsítókon kapnak. (Korábban földi ásványokban, nukleáris reaktorokban és nukleáris robbanásokban találtak). A ciklotronokban vagy a lineáris gyorsítókban felgyorsított nehéz ionok nehéz elemekből bombázzák a célokat, és az egy vagy több neutron kibocsátásával létrejövő fúziós reakció következtében új elemet állítanak elő egy sorszámmal ( nukleáris töltés) – az incidens ion magjainak és a célmagnak a töltéseinek összege.Ezután a képződött magok radioaktív bomlást kapnak. A legstabilabb izotópok szintéziséhez kiválasztják a magok olyan kombinációit, amelyek annyi neutront tartalmaznak, és a kompozit magok alacsony gerjesztési energiával rendelkeznek. A keletkező nehézelemek hozama rendkívül kicsi – egyedi atomok vagy tíz atomok, néha több mint egy hónapos besugárzás a gázpedálónál. A felezési idő másodperc, és néha milliszekundumos törtek. Nagyon nehéz elkülöníteni az új elemek magjait a nukleáris reakciókból származó összes termék keverékéből és helyesen azonosítani a kapott termékeket. Ebből a célból speciális létesítményeket hoznak létre, amelyek eredményeképpen az alfa-részecskék kibocsátásával és a könnyebb elemek izotópjainak kialakulásával bomlási láncot regisztrálnak, néha a lánc spontán maghasadással végződik.

Hazánkban, az 1950-es évek kezdetén, az új elemek szintézisét nehéz ion gyorsítókban végezték Dubnában az akadémikus vezetése alatt. G. N. Flerov (1913-1990) – ennek az irányzatnak az alapítója. Most ezeket a munkákat az Acad felügyelete alatt végzik. Yu. Ts. Oganesyan. A világon csak néhány gyorsító és létesítmény található, ahol a transactinoid elemek beszerezhetők (pl.olyan elemek, amelyeknél Z nukleáris töltettel több mint 103).

Az IUPAC (Nemzetközi Pure és Alkalmazott Kémiai Szövetség [1]) legutóbbi döntése, amely egyszerre felismerte négy elem egyszerre – a 113-as, 115-ös, 117-es és 118-as számokat – az orosz közönség figyelmét is felkeltette, hiszen három, 115, 117 és 118 – elismerték az orosz-amerikai együttműködést, beleértve a Nukleáris Reakció Laboratóriumot is. G. N. Flerova Közös Nukleáris Kutató Intézet (Dubna) (FLINR, JINR), Livermore Nemzeti Laboratórium. E. Lawrence (LLNL), az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium (ORNL) és a Vanderbilt Egyetem. A 113-as elem felfedezésének elsőbbségét a japán RIKEN gyorsító kutatóközpont egy csoportja ismeri el.

A prioritás megteremtése nem könnyű feladat, hiszen a felfedezés első jelentések pontatlansága bizonyos mértékig elkerülhetetlen. A kérdés az, hogy mely pontatlanságok jelentősek, és melyek azok, amelyek elfogadhatók, és milyen mértékben igazolják a szerzők következtetéseit. A IUPAC-határozat a Közös Szakértői Munkacsoport (Joint Working Party, JWP) [2, 3] és a korábban kidolgozott nyitási kritériumok alapján készült. A jelenlegi gyakorlat szerint a szerzőknek jogukban áll új elemek nevét javasolni.

Ábra. 2. A transactinoid elemek radionuklidjainak térképe, ideértve egyes nukleáris reakciókat is (4-ből vett)

Elem 113 javasolt nihóniumot (nihónium, Nh) nevezni. Nihon a japán japán két japán név egyike, azaz "A felkelő nap földje". Ez az első elem Ázsiában. A Dubna csoport vitatta ezt a bajnokságot.

A kiemelt művek a JINR FLAR és a RIKEN által 2004-ben szinte egyszerre jelentek meg, a dubnai csoport még egy kicsit korábban is megjelentette. Japánban lévő új magok szintéziséhez egy "hideg" fúziós reakciót használtunk, és cinkcinket bombázzunk bizmutból 70Zn + 209Bi, izotópképződéssel 278113 (élettartam – ezredmásodperc és ezredmásodperc).

A Dubna-ban kedvezőbb (a hozam és felezési idő tekintetében) nehéz kalcium-izotóp és amerikai ionok nukleáris reakcióját használták fel. 48Ca + 243Am, ami izotópok kialakulásához vezet 288115 és 287115. Ezek az alfa-részecskéket kibocsátó radionuklidok, az első bomlás, a 284113 és 283113 (élettartam – több száz milliszekundum), majd a lánc mentén a 105 elem hosszú élettartamú izotópjai (dubnium, Db). 268A Db-t kémiailag izoláltuk, majd spontán hasadást regisztráltunk.

Azonban a közbenső nuklidok ebben a bomlási láncban nem ismertek akkoriban, és független fizikai azonosításukat nem végezték el. De a DB ioncseréje kémiai elkülönítése és azonosítása, amelyet a JINR FLAR-ban végeztünk, a közös munkacsoportot nem szelektívnek és meggyőzőnek tekintettük. Nem vették figyelembe a 113-as elem kémiai tulajdonságainak gázkromatográfiával történő vizsgálatát sem, bár ezt a módszert korábban sikeresen alkalmazták más transactinoid elemek kémiai vizsgálatára. Ennek eredményeként arra a következtetésre jutottak, hogy a Dubna alkalmazásának ebben az esetben nem felel meg az elemek megnyitásának kritériumainak.

Ugyanakkor Japánban szintetizált izotóp minden közbenső bomlásterméke 278113 (mindössze 3 esemény 8 év munkájára) megerősítést nyert, többek között a Lanjo kínai nehéz ionok új kutatóközpontjában végzett speciális kísérletekben. Így a 113-as elem felfedezésének elsőbbséget a japán csoport felismerte.

115. elem Dubna-ban szintetizálták, és a nemzetközi központ helyének tiszteletére a szerzők a Muscovy nevét (moscovium, Mc) nevezték. Az elemet ismételtük a nukleáris reakcióban 48Ca + 243Az oktatásban vagyok 287115 és 288115 (élettartam – tíz és több száz milliszekundum). Később megkapták 289115 és ezen elem más izotópjai. A kémiai kísérletek első ciklusától eltérően, amelyet a Dubninsk csoport önállóan, majd később 2007-ben végzett, a bomlástermék kémiai izolálása – 268A Db-t már Livermore amerikai szakemberek bevonásával végezték, és meglehetősen meggyőzően bizonyították, hogy ez a elem – a 115. elem bomlási terméke – a Periodikus Rendszer V csoportjához tartozott.

Ráadásul 2013-ban a német Darmstadt-i Heavy Ion-i Kutatóközpont (GSI) együttműködése megismételheti a 115-es elemű izotópok előállításának Dubnin eredményeit nukleáris reakcióban 48Ca + 243Am. Így a 115-ös elem felfedezésének elsőbbsége az orosz-amerikai csoport számára elismert.

Element 117 Javasoljuk, hogy nevezzen tennesine-t, a Tennessee amerikai állam tiszteletére, ahol Oak Ridge Nemzeti Laboratórium található. A címben szereplő végzés hasonló az asztatinnal és a halogéncsoport más elemeivel (angolul). Ezt az elemet Dubna-ban is szintetizálták, nukleáris reakcióban 48Ca + 249Bk. Az Oak Ridge amerikai kollégáinak szerepe elsősorban a Berkeley-249 egyedi célpontjának előállítása volt, amelyet az ORNL nagyflux reaktorjában szereztek be.2010-2013-ban csak 13 törési láncot regisztráltak. 293117 és 294117, a bomlástermék jellemzőivel (élettartam és alfa bomlási energia) 289115 a korábban a radionuklid számára egy másik nukleáris reakcióban kapott adatoknak felel meg 48Ca + 243Am. Emiatt megállapították, hogy az elem felfedezésére vonatkozó kérelem megfelel a megállapított kritériumoknak.

118. elem A szerzők az oganeson nevet (oganesson, Og) nevezték. Annak analógiának kell lennie a radonnal és más inert gázokkal, és felfedezése kiegészíti az időszakos táblázat hetedik periódusát. Javasoljuk, hogy ezt az elemet Juri Tsolakovich Oganesyan tiszteletére nevezték el, mert úttörő szerepet játszott a transzatlanti elemek tanulmányozásában, valamint a szuperkemény magok felfedezésében fontos nukleáris és fizikai eredményekkel, valamint a "nukleáris stabilitás szigetének" tanulmányozásával. A történelemben csak egy példa volt, amikor az elem nevét a jelenlegi tudóshoz rendelték. A 106-os elemet Siborg (Sg) néven nevezték el 1997-ben Glenn Seaborg (1912-1999) tiszteletére, a Nobel-díjas plutónium felfedezésének szerzője és számos transzplutónium elem.

2002-2012-ben Dubna-ban, amikor a célt besugározták 249Ionok 48Ca találtak számos oktatási eseményt 294118 (élettartam – kb. 1 milliszekundum), ezt követi következetes bomlás 290Lv (livermoria), 286Fl (flerovia) és 282Cn (fedeztetés). Ezen Fl és Cn izotópok élettartamát és alfa-részecske energiáit az amerikai Berkeley-ciklotron-együttműködés erősítette meg, ezért a közös munkacsoport azt ajánlotta, hogy felismerjük a felfedezést.

Megjegyzendő, hogy az IUPAC nem fogadta el az újonnan javasolt elemek nevét és szimbólumát.

* * *

Mi a jelentősége ennek az új elemnek a felfedezésében?

A kérdés, hogy mennyi kenyér és szén mennyi ez? teljesen helytelen. Az alapkutatás egy adott ágának fejlesztését gyakran nem lehet megjósolni, és ezek az érvek nem gátolhatják fejlődését. A tudományos felfedezések jövedelme és politikai előnyei előzetesen történő felsorolása nevetséges. A presztízs fontossága semmi esetre sem korlátozza az irányzat fejlődését, mert valódi jelentése sokkal később kiderülhet. Ezzel szemben a széles körben nyilvánosságra hozott eredményeknek nincs jelentős folytatása. A tudományt általában a saját logikája vezérli, és nem a távolabbi ember logikáját.Society bízzunk tudósok, és a „kielégítik kíváncsiságukat közpénzen” – ez egy normális helyzet ezen a téren az emberi tevékenység. És ez a tudósok, szakemberek meg kell határoznia, hogy mit kell pénzt költeni, de ez várhat, sőt hiábavaló.

Másik kérdés, hogy mi a tudományos értéke lehet az eredménye, a felfedezés új elemekkel. Ez megváltoztatja tudásunkat a szerkezete és kémiai tulajdonságai a mag elemek általában?

A fizikai szempontból ezek az eredmények hatással lehet jobb megértése a nukleáris szerkezetet és nukleáris kölcsönhatás. Mivel 1960-as évek gyorsan tárgyalt a létezését ún szigetek stabilitás a nukleáris díjak Z = 114, és 126, mint egy megnyilvánulása a héjszerkezet a magok. Így kezd az első transactinide tételeket, amelyek sokkal hosszabb felezési vártnál a régi „drop” modell a nukleáris szerkezetet, ez tényleg fontos. Most a shell modellben senki sem kételkedik. A kapott eredmények szerint az új elemeket és új izotópok lehetővé teszi számunkra, hogy finomítsa a meglévő modelljét a sejtmagban és a nukleáris reakciókat.Noha alapvetően új jelenségek várhatók, mindig új adatok állnak rendelkezésre. Nyilvánvaló, hogy a meglévő módszerek nem képesek elérni a sziget csúcsát a meglévő módszerekkel: egyszerűen nincs ilyen kombináció a nukleáris reakciókban – nincs elegendő neutron a keletkezett izotópokban. Korábban többen próbáltak olyan természetes mintákon megtalálni azokat az SHE-eket, amelyek olyan hosszú élettartamúak lehettek, hogy a Naprendszer kialakulásának idejétől fogva maradhassanak. De ezek a kísérletek sikertelenek voltak. Az előzőekben közölt eredmények nem találták kísérleti vagy elméleti megerősítést.

Kémiai szempontból némileg eltér a helyzet. Itt igazán új jelenségeket várhatsz. A lényeg az úgynevezett "relativisztikus hatások". Nagy atomtöltettel rendelkező atomoknál az elektronok relativisztikus sebességeket kapnak, és a szokásos Schrödinger-egyenlet, amelyet az atomok leírására használnak, már nem működik. Különösen a VII. Periódusban mindenki számára ismert "súlyzó" p-elektronok megváltozhatnak, és egyikük golyóvá változik. Ennek eredményeként az atomok elektronikus szerkezete megváltozik. Az új elemek eltérhetnek a kémiai tulajdonságoktól az időszakos táblázatból extrapolált és a szokatlan kémiai tulajdonságok megjelenésével.

A "relativisztikus hatások" kapcsán számos spekuláció létezik, amelyek nyilvánvalóan érdeklődést keltettek a kérdésben. Például azt javasolják, hogy a 104-es rutherford (Rf) elem – a titán, a cirkónium és a hafnium formális analógja – p-elemnek bizonyulhat, ami hasonló az ólom kémiai tulajdonságaiban. Vagy azt állították, hogy a florium (Fl) 114 eleme – az ólom analógja – inert gáz lehet. Valójában, egy alapos vizsgálat azt mutatja, hogy bár az Rf atom a külső elektronhéjat (ds2p) kémiai tulajdonságaiban tipikus d-elem, hafnium analógja. És Fl, amelynek nagy volatilitása (amint bármely extrapolációból következik), a kondenzált állapotban tipikus fém marad. Általánosságban elmondható, hogy abszolút helytelen a periódusos rendszerből származó extrapoláció eltérése a "relativisztikus hatásoktól" tulajdonítható: ez teljesen más okokból adódhat, például az interkonfigurációs interakciónak.

Mindenesetre a relativisztikus hatások tanulmányozása lehetővé teszi a jól ismert és általánosan használt elemek kémiai tulajdonságainak jobb megértését.Azt is lehetővé teszi, hogy jobban megértsük, hogy az atomok és molekulák elektronikus szerkezetét hogyan lehet kiszámítani, meghatározza azok kémiai tulajdonságait. Ez még mindig messze nem megoldott kérdés. Az időszakos táblázat további előrehaladása egy teljesen új elemcsoportot eredményezhet – g-elemek (a 121-es elemtől kiindulva) érdekes tulajdonságokkal. Mindezek a kérdések még mindig egy részletes tanulmányra várnak.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a legutóbbi felfedezésekben az új elemek kémiai tulajdonságainak vizsgálatai egyáltalán nem jelennek meg (csak a 115. elem – a 105. elem – bomlásterméke, a Db kémiailag különbözik a bomlási lánc végének megerősítéséig). De egy ilyen tanulmányt nehéz volt elvégezni a kapott izotópok alacsony hozamának és rövid felezési idejének köszönhetően. Mindazonáltal ez lehetséges, bár új megközelítést igényel a kémiai kísérletek megfogalmazása.

Az új elemek felfedezése egy másik példa arra a tényre, hogy az orosz tudósok jelentős eredményei szoros együttműködésben valósulhatnak meg az Egyesült Államok, Németország és más fejlett országok tudósai között. Ezek a művek növelik tudományunk presztízsét.


[1] A Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Szövetsége.
[2] Karola P.J., Barber R. C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T.Elemek feltárása atomi számokkal Z = 113, 115 és 117 (IUPAC Műszaki jelentés) // Pure Appl. Chem. 2016. V. 88. o. 139-153.
[3] Karola P.J., Barber R. C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T. Elemek feltárása atomi számokkal Z = 118 (IUPAC Műszaki jelentés) // Tiszta appl. 2016. V. 88. o. 155-160.
[4] Hamilton H., Hofman S., Oganessian Y.T. Superheavy Nuclei keresése // Annu. Rev. Nucl. Rész. Sci., 2013. V. 63. P. 383-405.


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: