113, 115, 117 және 118 элементтерін ашу: ол не береді?

113, 115, 117 және 118 элементтерін ашу: ол не береді?

Борис Жуйқов
2016 жылдың 28 маусымы №13 (207) «Үшбірлік нұсқа»

Автор туралы

Борис Жуйқов – радиохимик, д-р. химиялық заттар Ғылымдар, жетекші. Ресейлік ғылым академиясының Ядролық зерттеулер институтының радиоизотоптық кешенінің зертханасы бұрыннан көп жылдар бойы ОИЯИ (Дубна) ядролық реакциялар зертханасында жұмыс істеген, жаңа элементтердің қасиеттерін зерттеуде.

Периодтық кестенің Периодтық кестесінің жаңа элементтерін ашу әрқашан қоғамның қызығушылығын тудырды. Бұл жаңалықтардың ғылыми маңызы ғана емес, сонымен қатар, әрбір адам мектептегі мерзімді заң арқылы жүріп, тіпті кейбір элементтерге арналған рәміздерді есте сақтаған. Бұл түсінікті, таныс. Бірақ қазір бұл жаңалықтардың артында ядролық физика мен радиохимиядағы күрделі зерттеулер болып табылады, олардың көпшілігі туралы ештеңе жоқ.

Қазіргі уақытта жаңа элементтер тек ауыр ион үдеткіштерінде алынады. (Бұған дейін олар жердегі минералдарда, ядролық реактордағы өнімдерде және ядролық жарылыстарда табылған). Циклотрондарда немесе сызықты үдеткіште ауыр иондар ауыр элементтерден бомбалар жасайды және бір немесе бірнеше нейтрондардың шығарылуымен біріктіру реакциясының нәтижесінде дәйектілік санымен жаңа элемент синтезделеді ( ядролық заряд) – инцидент ионының ядросы мен мақсатты ядро ​​зарядтарының сомасы.Содан кейін қалыптасқан ядролар радиоактивті ыдыраудан өтеді. Ең тұрақты изотоптардың синтезі үшін ядролардың осындай комбинациялары таңдалады, олар мүмкіндігінше көп нейтрондардан тұрады, ал композит ядроларында қозғау энергиясы төмен. Алынған ауыр элементтердің кірістілігі өте аз – жеке атомдар немесе ондаған атомдар, кейде үдеткіштің сәулелену айларында. Жарты өмір – секундтар, ал кейде миллисекундтардың фракциялары. Жаңа элементтердің ядролары ядролық реакциялардың алынған өнімдерінің барлық қоспасынан оқшаулауға және алынған өнімдерді дұрыс анықтауға қиын. Осы мақсатта арнайы қондырғылар құрылады, соның нәтижесінде альфа-бөлшектердің эмиссиясы және жеңіл элементтердің изотоптарын қалыптастыру арқылы ыдырайтын тізбекті тіркейді, кейде тізбектің өздігінен ядролық бөлінуі бар.

Біздің елімізде, 1950 жылдан бастап, Дубна қаласында академияның басшылығымен ауыр ион үдеткіші бойынша жаңа элементтерді синтездеу бойынша жұмыс жүргізілді. Г.Н. Флеров (1913-1990) – бұл бағытта негізін қалаушы. Қазір бұл жұмыстар Акадтың қадағалауымен жүзеге асырылады. Ю Оганесян. Transactinoid элементтерін алуға болатын әлемдегі бірнеше жеделдеткіштер мен қондырғылар бар (яғни,ядролардың Z заряды бар элементтері 103-ден астам).

Бір мезгілде төртінші элементті – 113, 115, 117 және 118 нөмірін табуды мойындайтын IUPAC (Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы) соңғы шешімі – ресейлік жұртшылықтың назарын аудартты, өйткені олардың үшеуіндегі басымдық – 115, 117 және 118 – Ядролық реакциялар зертханасын қоса алғанда, ресей-американ ынтымақтастығы үшін танылған. Біріккен ядролық зерттеулер институты (Дубна) (ФИНЛ ОИЯИ), Ливермор ұлттық зертханасы. E. Lawrence (LLNL), Oak Ridge Ұлттық зертханасы (ORNL) және Vanderbilt University. 113 элементтің ашылуындағы басымдықты жапон акселераторы RIKEN зерттеу орталығының тобы таниды.

Басымдықты орнату жеңіл міндет емес, өйткені ашылудың алғашқы есептеріндегі қателіктер белгілі бір дәрежеде сөзсіз. Мәселе – қандай дәлдіктер маңызды және қайсысы қабылдануы мүмкін және авторлардың қорытындылары қаншалықты ақталған. IUPAC шешімі Бірлескен жұмыс тобы сарапшыларының (JWP) [2, 3] және бұрын ашылған критерийлердің есептеріне негізделді. Қолданыстағы тәжірибеге сәйкес, авторлар жаңа элементтердің атауларын ұсынуға құқылы.

Сурет. 2 Transactinoid элементтерінің радионуклидтерінің картасы, соның ішінде оларды алуға арналған ядролық реакциялар (4-тен алынған)

Элемент 113 Nihonium деп аталады (nihonium, Nh). Nihon жапон тіліндегі жапон тіліндегі жапон атауларының бірі болып табылады, яғни «Күн шыққан жер». Бұл Азияда ашылған бірінші тармақ. Дубна тобы осы чемпионатқа қатысты.

Басымдық жұмыстары JINR FLAR және RIKEN бір уақытта 2004 жылы дерлік жарияланды, Дубнадан келген топ бұрын-соңды жұмысты жариялады. Жапонияда жаңа ядролардың синтезі үшін висмуттың мырыш нысанасын бомбалау үшін «суық» біріктіру реакциясы қолданылды 70Zn + 209Би, изотопты қалыптастыру 278113 (өмір сүру ұзақтығы – миллисекундтар және миллисекундтардағы ондықтар).

Дубнада ауыр кальций изотоптары мен американдық иондарға неғұрлым қолайлы (кірістілік және жартылай өмірлік) ядролық реакция қолданылды. 48Ca + 243Am, бұл изотоптардың пайда болуына әкеледі 288115 және 287Алфа бөлшектерін шығаратын осы радионуклидтер, тиісінше, ыдырауы тиіс 284113 және 283113 (өмір ұзақтығы жүздеген миллисекунд), содан кейін тізбек бойымен 105 элементтің ұзақ өмір сүрген изотоптарына (dubnium, Db) ауысады. 268Db химиялық жолмен оқшауланған, содан кейін спонтанды бөлу байқалды.

Алайда, осы ыдырайтын тізбектердегі аралық нуклидтер сол кезде белгісіз болған және тәуелсіз физикалық сәйкестендіру жүргізілген жоқ. Бірақ ОИЯИ-ның FLAR-да жүзеге асырылған ион алмасу негізінде ДБ-ны химиялық оқшаулау және сәйкестендіру бірлескен жұмыс тобы селективті емес және нашар саналды. Сондай-ақ, газ хроматографиясының 113 элементінің химиялық қасиеттерін зерттеуге әрекет жасалды, бірақ бұл әдіс бұрын басқа трансактиноидті элементтердің химиясын зерттеу үшін сәтті қолданылған. Нәтижесінде олар Дубнадан бұл жағдайда элементтерді ашу критерийлеріне сәйкес келмейтіндігі туралы қорытынды жасады.

Сонымен қатар, Жапонияда барлық изотоптардың аралық ыдырау өнімдері синтезделген 278113 (8 жыл жұмыс істегенде тек 3 оқиға), оның ішінде Қытайдағы Ланжо ауыр иондарға арналған жаңа зерттеу орталығында арнайы эксперименттерде расталды. Осылайша, 113 элементтің ашылуындағы басымдықты жапондық топ танды.

Элемент 115 Дубна қаласында синтезделіп, осы халықаралық орталық орналасқан аймақтың құрметіне авторлар Мусковидің (moscovium, Mc) атауын ұсынды. Элемент ядролық реакцияда қайтадан алынды 48Ca + 243Білім берудемін 287115 және 288115 (өмір сүру мерзімі – тиісінше он және жүздеген миллисекундтар). Кейінірек қабылданды 289115 және осы элементтің басқа изотоптары. Дубнинск тобы өздігінен өткізетін химиялық эксперименттердің бірінші циклынан айырмашылығы, кейінірек, 2007 жылы ыдырау өнімінің химиялық изоляциясы – 268Db американдық мамандарды Ливермордың қатысуымен жүзеге асырды және бұл элемент – 115 элементінің ыдырау өнімі – Периодтық жүйенің V тобына жататыны дәлелденді.

Сонымен қатар, 2013 жылы Дармштадта (GSI) ауыр Иондармен зерттеу орталығының ынтымақтастықтары Дубниннің 115-элементтің изотоптарын өндіруге арналған ядролық реакцияда 48Ca + 243Am. Осылайша, 115 элементін ашуға басымдық ресей-американдық топ үшін танылды.

Элемент 117 АҚШ-тың Теннеси штатындағы құрметіне Цесна деп аталатын ұсынылады, онда Oak Ridge National Laboratory орналасқан. Атауындағы аяқталу галогендік топтың (ағылшын тілінде) және басқа элементтерге ұқсас. Бұл элемент Дубнадағы ядролық реакцияда да синтезделді 48Ca + 249Bk. Американдық әріптестердің Oak Ridge компаниясындағы рөлі, негізінен, ORNL-де жоғары ағындық реакторда алынған Беркли-249 бірегей нысанасының өндірісінде болды.2010-2013 жылдары 13 ыдырау тізбегі тіркелген. 293117 және 294117, ыдырау өнімінің сипаттамалары (өмір бойы және альфа ыдырауы энергиясы) 289115 осы радионуклид үшін бұрын алынған басқа ядролық реакцияға сәйкес келеді 48Ca + 243Am. Осы себепті, бұл элементті ашу туралы өтініш белгіленген критерийлерге сай болды.

Элемент 118 Авторлар оганесон атауын (оганесон, ог) ұсынды. Ол радонға және басқа инертті газдарға ұқсас болуы керек және оның ашылуы мерзімді кестенің жетінші кезеңін аяқтайды. Бұл элемент Юрий Цолакович Оганесянның құрметіне трансатиноид элементтерін зерттеуге және ядролық және физикалық маңызды жетістіктерге зерттеуге және «ядролық тұрақтылықтың аралын» зерттеуге қосқан үлесі үшін атау ұсынылады. Тарихта қазіргі кездегі ғалымға элементтің аты тағайындалған кезде тағы бір мысал болды. 106-элемент 1997 жылы Сиборг (Sg) деп аталды, ол Гленн Сееборг (1912-1999), Нобель сыйлығының лауреаты, плутонийді және бірнеше трансклутоний элементтерін ашудың авторы.

2002-2012 жж., Дубнада, мақсатты сәуле болған кезде 249Иондар 48Ca-ге білім берудің бірнеше оқиғасы анықталды 294118 (өмір сүру уақыты – шамамен 1 миллисекунд), кейінгі дәйекті ыдырау 290Lv (левермия), 286Fl (flerovia) және 282Cn (ота жасау). Осы Fl және Cn изотоптарының өмір сүру уақыты мен альфа-бөлшектер энергиясы Беркли циклотронындағы Америка ынтымақтастығымен расталған, сондықтан бірлескен жұмыс тобы табылғанды ​​тануды ұсынды.

Барлық жаңадан ұсынылған атаулар мен элементтердің символдары IUPAC-да әлі бекітілмегенін атап өткен жөн.

* * *

Бұл жаңа элементтерді ашудың маңызы қандай?

«Нан және көмір қанша тұрады?» Деген сұрақ. мүлдем дұрыс емес. Фундаменталды ғылымның нақты саласын дамытудың артықшылықтары көбінесе болжау мүмкін емес және мұндай дәлелдер оның дамуын тежеуге тиіс емес. Ғылыми жаңалықтарды табыстың және саяси пайданың алдын-ала жазылу әрекеттері күлкілі. Сонымен қатар, беделді көзқарас бағытты дамытуға ешқандай кедергі келтірмеуі керек, өйткені оның нақты мағынасы кейінірек ашылуы мүмкін. Керісінше, кеңінен жарияланған жетістіктер айтарлықтай жалғасы болмауы мүмкін. Жалпы алғанда, ғылымнан алыс адамдар қисыны емес, өз логикасын басшылыққа алу керек.Қоғам ғалымдарға сенім артуы керек және «өздерінің қызығушылығын мемлекеттің есебінен қанағаттандыруы» – адам қызметінің осы саласының қалыпты жағдайы. Бұл ғалымдар, білікті мамандар, ақша жұмсауды және күтуге не үмітсіздікті анықтауға тиіс.

Тағы бір сұрақ – бұл нәтиженің жаңа элементтердің ашылуы туралы ғылыми маңыздылығы. Ядро құрылымын және тұтастай алғанда элементтердің химиялық қасиеттерін түсінуімізде не өзгереді?

Дене тұрғыдан алғанда бұл нәтижелер ядролық құрылым мен ядролық өзара әрекеттесуді жақсы түсіну үшін маңызды болуы мүмкін. 1960 жылдардан бастап ядролардың Z = 114 және 126 ядроларындағы ядролық зарядтардың аймағында тұрақтылық аралдарының бар екендігі туралы мәселе ядролардың қабықша құрылымының көрінісі ретінде қарастырылды. Осылайша, ядро ​​құрылымының ескі «тамшы» моделімен болжанғанға қарағанда, әлдеқайда ұзағырақ өмір сүретін алғашқы транактиноидті элементтерді алу өте маңызды болды. Енді қабықтың моделіне ешкім күмән келтірмейді. Жаңа элементтер мен жаңа изотоптар үшін алынған нәтижелер ядро ​​мен ядролық реакциялардың бар үлгілерін тазартуға мүмкіндік береді.Негізінен жаңа құбылыстар күтілмегенімен, жаңа деректер жиынтығы әрқашан пайдалы. Қолданыстағы әдістер қолданыстағы әдістермен аралдардың жоғарғы жағына жете алмайтындығы анық: ядролық реакцияларда осындай комбинациялар жоқ – нәтижесінде алынған изотоптардағы нейтрондар жеткіліксіз. Көптеген жылдар бойы табиғи үлгілерде ҚС-ны табуға тырысты, олар соншалықты ұзақ уақытқа созылып, Күн Жүйесін қалыптастыру сәтінен бастап қалуы мүмкін. Бірақ бұл әрекеттер сәтсіз болды. Жоғарыда айтылған нәтижелер эксперименттік немесе теориялық растауды тапқан жоқ.

Химиялық тұрғыдан алғанда, жағдай біршама өзгеше. Мұнда сіз түбегейлі жаңа құбылыстар күте аласыз. Мәселе «релятивистік эффект» деп аталады. Атомдарда үлкен ядролық зарядталған атомдарда релятивистикалық жылдамдықтар пайда болады және атомдарды сипаттау үшін қолданылатын қарапайым Шредингер теңдеуі енді жұмыс істемейді. Атап айтқанда, VII кезеңдегі барлық «гандарға» таныс п-электрондар өзгереді, олардың біреуі допқа айналады. Нәтижесінде атомдардың электрондық құрылымы өзгереді. Жаңа элементтер Периодтық кестеден экстраполяциядан және ерекше химиялық қасиеттердің пайда болуынан химиялық қасиеттердің елеулі ауытқуларына ие болуы мүмкін.

«Релятивистикалық эффектілерге» қатысты мәселе қызығушылықты арттыруға бағытталған көптеген болжамдар бар. Мысалы, 104 рутерфорд элементі (Rf) – титанның, цирконий мен гафнийдің ресми аналогы – химиялық қасиеттерге ұқсайтын p-элементі болуы мүмкін. Немесе flerium (Fl) – қорғасын аналогы 114 элементі инертті газ болуы мүмкін деп мәлімденді. Шынында да, мұқият сараптама көрсеткендей, Rf атомында сыртқы электронды қабықтың әдеттен тыс конфигурациясы бар (ds2р), оның химиялық қасиеттерінде, әдеттегі d-элементі, гафнийдің аналогы. Және өте жоғары құбылмалылыққа ие Фл (кез келген экстраполяциядан туындайды), конденсацияланған жағдайда қалыпты металл болып қалады. Жалпы айтқанда, мерзімді жүйедегі экстраполяциядан кез келген ауытқуды «релятивистік эффектілерге» жатқызу мүлде дұрыс емес: бұл мүлдем өзгеше себептерге байланысты болуы мүмкін, мысалы, өзара конфигурациялық өзара әрекеттесу.

Қалай болғанда да, релятивисттік эффектілерді зерттеу танымал және жалпыға ортақ пайдаланылатын элементтердің химиялық қасиеттерін жақсы түсінуге мүмкіндік береді.Сондай-ақ, есептелуі мүмкін атомдар мен молекулалардың электрондық құрылымы олардың нақты химиялық қасиеттерін қалай анықтайтынын жақсы түсінуге мүмкіндік береді. Бұл әлі де толығымен шешілген мәселеден алыс. Периодтық кестеде одан әрі ілгерілеу қызықты қасиеттері бар элементтердің жаңа элементінің – g-элементтердің (121 элементінен бастап) қалыптасуына әкелуі мүмкін. Барлық осы мәселелер әлі күнге дейін егжей-тегжейлі зерттеуді күтуде.

Дегенмен, жақында ашылған жаңалықтарда жаңа элементтердің химиялық қасиеттерін зерттеу мүлде пайда болмайды (115 элементінің тек қана ыдыратылған өнімі 105 элементі, Db ыдырау тізбегінің соңын растау үшін химиялық түрде бөлінген). Бірақ мұндай зерттеудің нәтижесі алынған изотоптардың төмен өнімділігі мен қысқа мерзімдеріне байланысты жүргізілді. Дегенмен, бұл мүмкін болса да, химиялық эксперименттерді қалыптастыруға жаңа көзқарас қажет.

Жаңа элементтерді ашу АҚШ ғалымдары, Германия және басқа да дамыған елдердің ғалымдарымен тығыз қарым-қатынаста ресейлік ғалымдардың маңызды жетістіктерінің болуы мүмкін екендігінің тағы бір мысалы болып табылады. Мұндай жұмыстар біздің ғылымның беделін арттырады.


[1] Халықаралық таза және қолданбалы химия одағы.
[2] Karola PJ, Barber R.C., Sherrill Б.М., Vardaci E., Yamazaki T.Атомдық Z = 113, 115 және 117 элементтерін табу (IUPAC Техникалық Есебі) // Pure Appl. Хим. 201. V. 88. P. 139-153.
[3] Karola P.J., Barber R.C., Sherrill B.M., Vardaci E., Yamazaki T. Атомдық сандармен элементтерді ашу Z = 118 (IUPAC Technical Report) // Таза қолданба. 2016 ж. V. 88. 155-160-б.
[4] Гамильтон Х., Хофман С., Оганессан Е.Т. Superheavy ядроларын іздеу // Анну. Rev. Nucl. Бөлім. Ғылыми жұмыс., 2013. V. 63. P. 383-405.


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

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