«Периодическая система элементов Д. И. Менделеева, история её открытия и экспериментальное подтверждение» (стр. 10 из 12)
Маргарита Перей шла по тому же пути. Но в её распоряжении были более чувствительные приборы, новые, усовершенствованные методы анализа. поэтому ей и сопутствовал успех.
Франций относят к числу искусственно синтезированных элементов. Но всё-таки сначала элемент был обнаружен в природе. Это изотоп франций-223. Его период полураспада составляет всего 22 минуты. Становится понятным, почему франция так мало на Земле. Во-первых, из-за своей недолговечности он не успевает концентрироваться в сколь либо заметных количествах, во-вторых, сам процесс его образования отличается невысокой вероятностью: всего 1,2% ядер актиния-227 распадается с испусканием a-частиц.
В связи с этим франций выгоднее приготовлять искусственным путём. Уже получено 20 изотопов франция, и самый долгоживущий из них - франций-223. работая с совершенно малыми количествами солей франция, химики сумели доказать, что по своим свойствам он чрезвычайно похож на цезий.
Изучая свойства атомных ядер, физики пришли к выводу: у элементов с атомными номерами 43, 61, 85 и 87 не могут существовать стабильные изотопы. Они могут быть только радиоактивными, с короткими периодами полураспада и должны быстро исчезать. Поэтому все эти элементы были созданы человеком искусственно. Пути для создания новых элементов были указаны периодическим законом. Элемент 43 был первым искусственно созданным.
В ядре элемента 43 должно быть 43 положительных заряда, и вокруг ядра должны вращаться 43 электрона. У пустого места для элемента 43, находящегося в середине пятого периода, в четвёртом периоде стоит марганец, а в шестом – рений. Поэтому химические свойства элемента 43 должны быть похожи на свойства марганца и рения. Слева от клетки 43 находится молибден №42, справа – рутений №44. Следовательно, чтобы создать элемент 43, необходимо увеличить число зарядов в ядре атома, имеющего 42 заряда, ещё на один элементарный заряд. Поэтому для синтеза нового элемента 43 нужно взять в качестве исходного сырья молибден. Одним положительным зарядом обладает самый лёгкий элемент – водород. Итак, можно ожидать, что элемент 43 может быть получен в результате ядерной реакции между молибденом и протоном.
Рис. 14. Схема синтеза элемента № 43 – технеция.
Свойства элемента 43 должны быть сходными с химическими свойствами марганца и рения, и, для того чтобы обнаружить и доказать образование этого элемента, нужно воспользоваться химическими реакциями, аналогичными тем, с помощью которых химики определяют присутствие малых количеств марганца и рения.
Вот каким образом периодическая система даёт возможность наметить путь для создания искусственных элементов.
Точно таким же путём и был создан в 1937 г. первый искусственный химический элемент. Он получил знаменательное имя технеций – первый элемент, изготовленный техническим, искусственным путём. Вот как был осуществлён синтез технеция. Пластинка молибдена подверглась интенсивной бомбардировке ядрами тяжёлого изотопа водорода – дейтерия, которые были разогнаны в циклотроне до огромной скорости.
Ядра тяжёлого водорода, получившие очень большую энергию, проникли в ядра молибдена. После облучения в циклотроне пластика молибдена была растворена в кислоте. Из раствора было выделено с помощью тех же реакций, которые необходимы для аналитического определения марганца (аналог элемента 43), ничтожное количество нового радиоактивного вещества. Это и был новый элемент – технеций. Они точно соответствуют положению элемента в менделеевской таблице.
Теперь технеций стал вполне доступным: он образуется в довольно больших количествах в атомных реакторах. Технеций хорошо изучен, уже практически используется.
Метод, каким был создан элемент 61, очень похож на метод, которым получают технеций. Элемент 61 был выделен лишь в 1945 г. из осколочных элементов, образующихся в ядерном реакторе в результате деления урана.
Рис. 15. Схема синтеза элемента № 61 – прометия.
Элемент получил символическое имя «прометий». Это название дано ему не с проста. Оно символизирует драматический путь похищения наукой у природы энергии ядерного деления и овладения этой энергией (по преданию титан Прометей похитил с неба огонь и передал его людям; за это был прикован к скале и громадный орёл ежедневно терзал его), но и предостерегает людей от страшной военной опасности.
Прометий теперь получают в немалых количествах: его используют в атомных батарейках – источниках постоянного тока, способных действовать без перерыва много лет.
Аналогичным путём был синтезирован и самый тяжёлый галоген – экайод – элемент 85. Он впервые был получен бомбардировкой висмута (№ 83) ядрами гелия (№ 2), ускоренными в циклотроне до больших энергий. Новый элемент назван астатом (неустойчивый). Он радиоактивен, быстро исчезает. Его химические свойства также оказались точно соответствующими периодическому закону. Он похож на йод.
Рис. 16. Схема синтеза элемента № 85 – астата.
Трансурановыми элементами называют искусственно синтезированные химические элементы, располагающиеся в периодической системе после урана. Сколько их ещё удастся синтезировать в будущем, пока никто определённо ответить не может.
Уран был замыкающим в естественном ряду химических элементов на протяжении долгих 70 лет.
И всё это время учёных, естественно, волновал вопрос: существуют ли в природе элементы тяжелее урана? Дмитрии Иванович полагал, что если заурановые элементы и удастся когда-нибудь обнаружить в земных недрах, то число их должно быть ограничено. После открытия радиоактивности отсутствие таких элементов в природе объяснили тем, что периоды их полураспада невелики и все они распались, превратились в более лёгкие элементы, очень давно, на самых ранних стадиях эволюции нашей планеты. Но уран, оказавшийся радиоактивным, имел настолько большую продолжительность жизни, что сохранился до нашего времени. Почему же хотя бы ближайшим трансуранам природа не могла отпустить столь же щедрое время на существование? Было много сообщений об открытии якобы новых элементов внутри системы – между водородом и ураном, но почти ни разу научные журналы не писали об обнаружении трансуранов. Учёные лишь спорили, в чём причина обрыва периодической системы на уране.
Только ядерный синтез позволил установить интересные обстоятельства, о которых раньше даже нельзя было подозревать.
Первые исследования по синтезу новых химических элементов были направлены на искусственное получение трансуранов. О первом искусственном трансурановом элементе заговорили на три года раньше, чем появился технеций. Стимулирующим событием оказалось открытие нейтрона. элементарная частица, лишённая заряда, обладала огромной проникающей способностью, могла достичь атомного ядра, не встречая никаких препятствий, и вызывать превращения различных элементов. Нейтронами стали обстреливать мишени из самых различных веществ. Пионером исследований в этой области стал выдающийся итальянский физик Э. Ферми.
Уран, облучённый нейтронами, обнаруживал неизвестную активность с небольшим периодом полураспада. Уран-238, поглотив нейтрон, превращается в неизвестный изотоп элемента уран-239, который является b-радиоактивным и должен превращаться в изотоп элемента с порядковым номером 93. подобный вывод и сделал Э. Ферми со своими коллегами.
В действительности потребовалось очень много усилий, чтобы доказать, что неизвестная активность действительно соответствует первому трансурановому элементу. Химические операции привели к выводу: новый элемент по своим свойствам похож на марганец, т. е. Принадлежит к VII б-подгруппе. Этот аргумент оказался впечатляющим: в то время (в 30-х гг.) почти все химики полагали, что если бы трансурановые элементы существовали, то по крайней мере первые из них были бы аналогичными d-элементов из предыдущих периодов. Это была ошибка, которая, несомненно, повлияла на ход истории открытия элементов тяжелее урана.
Словом, в 1934 г. Э. Ферми уверенно заявлял о синтезе не только элемента 93, которому дал название «аузоний», но и его правого соседа по таблице Менделеева – «гесперия» (№ 94). Последний был продуктом b-распада аузония:
Нашлись учёные, которые «потянули» эту цепочку ещё дальше. Среди них: немецкие исследователи О. Ган, Л. Мейтнер и Ф. Штрассманн. В 1937 г. уже говорили, как о чём-то реальном, об элементе № 97:
.Но ни один из новых элементов не был получен в сколь-либо заметных количествах, не был выделен в свободном виде. Об их синтезе судили по разнообразным косвенным признакам.
В конечном счёте оказалось, что все эти эфемерные вещества, принимавшиеся за трансурановые элементы, на самом деле представляют собой элементы, относящиеся… к середине периодической системы, т. е. искусственные радиоактивные изотопы давно известных химических элементов. Это стало ясно, когда О. Ган и Ф. Штрассманн сделали 22 декабря 1938 г. одно из величайших открытий XX в. – открытие деления урана под действием медленных нейтронов. Учёные неопровержимо установили, что в уране, облучённом нейтронами, содержатся изотопы бария и лантана. Они могли образоваться лишь при допущении, что нейтроны как бы разваливают ядра урана на несколько более мелких осколков.