PDF Како руски хемичар Димитриј Иванович - Бесплатно преземање на PDF

Краток опис

1 НУКЛЕАРНА ФИЗИКА Место за тешка категорија Внимавајте на супертешките елементи со нивните хемиски својства .

димитриј

Опис

Место за тешка категорија Дали супертешките елементи и нивните хемиски својства се вклопуваат во местата резервирани за нив во периодичниот систем? Матијас Скал и Андреас Турлер

Како и современите алхемичари, истражувачите постојано додаваат нови елементи на периодичниот систем во последните децении. Иако експериментите секогаш содржат најмногу еден атом на супертешкиот елемент што се распаѓа за неколку секунди, можно е да се создадат и истражат хемиски соединенија.

Ba La * Hf 57 72 Ra Ac + Rf

Трансактиниди = супер тешки елементи Th

- обично α-распаѓање со карактеристична α-енергија или поспецифична спонтана фисија. Во текот на изминатите 50 години, периодичниот систем постојано растеше, главно преку методи на нуклеарна физика [3]. Денес ги вклучува сите елементи од водород до елемент 118, со исклучок на елементот 117 [4] (Слика 1). Во долги процедури, Меѓународната унија на чиста и применета физика (IUPAP) и Меѓународната унија на чиста и применета хемија (IUPAC) имаат официјално признати елементи до атомски број 112 како што се откриени. Таканаречениот Трансактидин го следи Лоренциум (Lr, Z = 103). Почнувајќи од елементот 104, рутерфордиум (Рф), ова се Дубниум (Дб), Сибор-

Сл. 1 Периодичниот систем на елементите со супертешки елементи.

1) Сиборг го воведе концептот на актиниди (германски: Actinoiden или Actiniden) во периодичниот систем.

Од рутерфордиум па натаму со реден број 104 може да се зборува за супер-тешки елементи. Експериментите со трансактиниди покажуваат дека хемиското однесување може многу да се разликува од она што би го дала едноставната екстраполација во групата на периодичниот систем. Бидејќи релативистичките ефекти растат со квадратот на атомскиот број, тие играат особено изразена улога кај супертешките елементи. Неверојатно, дури е можно да се направат предвидувања за макроскопските својства на HsO4 без хемичар да има некогаш предвидливи количини на оваа супстанца во лабораторијата.

Physik Journal 8 (2009) No 6

Д-р Матијас Скал, нуклеарна хемија, GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research GmbH, Planckstr. 1, 64291 Дармштад; Проф. Андреас Турлер, Институт за радиохемија, Технички универзитет во Минхен, ВалтерМаиснер-Ул. 3, 85748 Гархинг

ПРЕГЛЕД 121 120 119 118 294 0,89 ms

116 290 116 291 116 292 116 293 7.1 ms 18 ms 18 ms 61 ms

116 115 287 115 288 32 ms 87 ms

114 286 114 287 114 288 114 289 0,13 с 0,48 с 0,80 с 2,6 с

113 Сл. 2 Нуклидна мапа на трансактиниди (Z ≥ 104), цртаа вертикално атомскиот број и хоризонтално неутронскиот број. Во аналогија на картата на нуклидот во Карлсруе [5], жолтото означува α-распаѓање (емисија на јадро на He), портокалово за зафаќање на електрони и зелено за спонтана расцепување. Црвените линии означуваат мешунки. Интензитетот на сината боја ја означува јачината на стабилизацијата на школка, бројките го означуваат полуживотот.

Ds 269 Ds 270 Ds 271 179 ms 0,10 ms 56 ms

Hs 264 Hs 265 Hs 266 Hs 267 Hs 269 Hs 270 Hs 271 270 0,45ms 0,8 2,0 2,3 ms 50 ms 9,7 23 s 2-7 4s 10ss 2-7 ms ms Bh 260 Bh 261 Bh 262 Bh 264 Bh 265 Bh 266 Bh 267 Bh 270 Bh 271 Bh 272 35 ms 11,8 ms 102 8,0 0,97 s 0,94 s 1,1 s 17 s 61 s 9,8 s ms ms Sg 258 Sg 259 Sg 260 Sg 261 Sg 262 Sg 263 Sg 264 Sg 265 Sg 266 Sg 267 Sg 271 1,3ss 3,6 ms 0,23 s 15 ms 0,3 0,9 37 ms 9 16 359 ms 1,4 мин 1,9 min 2,9 ms 0,48 ssss Db 256 Db 257 Db 258 Db 259 Db 260 Db 261 Db 262 Db 263 Db 266 Db 267 Db 268 1,5 s 0,8 1,5 4,3 s 0,51 с 1,5 с 1,8 с 34 с 27 сек. 22 мин. 73 мин. 29 ч. HS Rf 253 Rf 254 Rf 255 Rf 256 Rf 257 Rf 258 Rf 259 Rf 260 Rf 261 Rf 262 Rf 262 Rf 263 Rf 267 48 Ms 22 Ms 1,64 S 6,2 ms 7,2 4,1 15 ms 2,5 s 21 ms 78 4,2 1,3 h 3 47 2,1 8,3 sssss ms s

гиум (Sg), Бориум (Bh), Хасиум (Hs), Meitnerium (Mt), Дармстадиум (Ds) и Roentgenium (Rg). Сите изотопи на овие елементи се радиоактивни и се распаѓаат по многу кратко време (слика 2). Но, кој од овие елементи го заслужува предикатот супер тежок? Одговорот на ова прашање се менуваше со текот на времето. Бидејќи затворањата на школките со „магиски броеви“ на протони и неутрони дополнително го стабилизираат јадрото, пресметките на моделот на школка биле извршени уште во 1960-тите. Во областа околу елементот 114, тие предвидоа остров на стабилност со супертешки елементи, кој во тоа време беше далеку и кој треба да биде опкружен со длабоко море на нуклеарна нестабилност.

112 282 112 283 112 284 112 285 0,82 ms 3,8 s 101 ms 34 s Rg 278 Rg 279 Rg 280 0,17 s 0,17 s 3,6 s

113 283 113 284 100 ms 0,48 s

Mt 274 Mt 275 Mt 276 0,45 с 9,7 мс 0,72 с

Во март 1984 година, Готфрид Мунзенберг и неговите колеги од Друштвото за истражување на тешки јони во Дармштад го открија елементот 108. Стануваше сè појасно дека осамениот остров не постои, но дека рамните брегови и гребените формираат мост кон овој остров. Денес знаеме дека покрај островот на релативна стабилност околу Z = 114 (можеби и Z = 120 или 126) и N = 184, кои формираат сферични јадра стабилизирани на школка, постои уште еден регион на деформирани јадра стабилизирани со школка, чиј центар е Z = 108 и 2 70 N = 162 за двојното магично јадро 10 8 Hs162. Овој нуклид повторно ќе го сретнеме кога ги разгледуваме хемиските својства. Со денешното знаење, не постои јасна граница

СИНТЕЗА НА СУПЕР ТЕШКИТЕ ЕЛЕМЕНТИ Со цел да се спојат проектилот и целното јадро во ново, тешко јадро во реакција на фузија, тие мора да се приближат толку едни до други што ќе се надминат одбивните кулоншки сили на позитивно наелектризираните јадра и ќе станат ефективни привлечните нуклеарни сили. Соединено јадро од сите нуклеони на проектилот и целта се создава со соодветна брзина на судир. Сепак, и други фактори играат важна улога. Поради промената на условите на врската во сложеното јадро во споредба со оригиналното јадро, се ослободува главно позитивна „внатрешна“ енергија. За жал, оваа непожелна енергија на возбуда, која зависи од избраните партнери на реакција, не може да се намали со намалување на енергијата на проектилот, бидејќи реакциите на фузија тешко се одвиваат под бариерата на Кулон. За време на формирањето на соединението јадро 274Hs од фузијата

Physik Journal 8 (2009) No 6

1 × 1017 честички на зракот на целта Сл. I За време на фузијата на 26Mg со 248 Cm, се создава возбудено јадро од 274H и по емисија од 26Mg и 248Cm (Слика) Енергијата на возбуда е од 30 до 50 MeV и е далеку над 7 MeV висока Фисур бариера од 270Hs. При ладење, повеќето сложени јадра веднаш се губат повторно со разделување на два фрагменти (не е прикажано на сликата). Во многу поретки случаи јадрото може постепено да ја користи својата енергија на возбудување

1 атом од пет неутрони на јадрото на остатокот од испарувањето 269Hs.

Намалете ја емисијата на неутрони секој пат за околу 10 MeV. Меѓутоа, бидејќи емисијата на неутрони се натпреварува со доминантната фисија во секој чекор, посакуваното јадро од остатоци од испарување на супертешкиот елемент многу ретко се појавува од сложено јадро. Веројатноста за формирање на 269Hs од 274Hs е околу 10-9.

Тешка категорија во вода Поради својата позиција во групата 6 од периодичниот систем, морското тело треба да се однесува како полесните елементи (хомолози) Cr, Mo и W распоредени над него. B. формираат оксихалиди. На

Сл. 3 Централниот дел на апаратот ARCA е белиот блок со два испакнати магацини, секој од нив содржи 20 хроматографски колони. Пневматски управувани вентили (црвени цилиндри) ја контролираат насоката на проток на растворите. Посакуваните фракции се прскаат на тркалезни Ta-дискови и се испаруваат со врел He од прстенестата млазница и IR ламбата, така што се создава сува подготовка за мерење за α-спектроскопија.

Хроматографијата дозволува ова да се провери. За таа цел, при забрзувачот на GSI, UNILAC, први беа генерирани индивидуални 265Sg атоми со полуживот од 16 s со озрачување на целта од 248Cm со 22Ne. Тие застануваат во мала, полна со гас комора и се прицврстуваат на гроздовите KCl кои летаат со гасот и ги транспортираат до инструментот ARCA (Автоматски апарат за брза хемија) [1, 2] (Слика 3). Таму мешавината на азотна киселина и флуороводородна киселина ги раствора гроздовите по кратко време на собирање. Решението се пумпа низ многу мала хроматографска колона која е исполнета со катјонски разменувач. Прелиминарните тестови покажаа дека колоната „измива“ (елуира) речиси целосно и исклучиво шексалентни јони Мо и З во рок од десет секунди, додека ги задржува сите други видови. Затоа, во експериментот Sg, од елуираната фракција се подготвуваше примерок за α-спектроскопија на секои десет секунди. Со 3900 циклични, идентични одвојувања на секои 45 секунди, беше можно да се набудуваат три а-α синџири на распаѓање на ќерките од 265Sg 261Rf и 257 No. Појавата на Sg во примерокот ја покажува аналогијата на Mo и W, т.е. Х. Sg се однесува како типично

Physik Journal 8 (2009) No 6

Детектор составен од 2 × 36 ПИН-диоди

Сл. 4 За хемиска анализа на HsO4, мешавина од хелиум и кислород во комората ги запира производите на фузија и ги транспортира преку загреана кварцен капилари за да се заврши оксидацијата и да се задржат ненапарливите производи и аеросолните честички. HsO4 достигнува до

Детектор кој ги одделува и раздвојува соединенијата содржани во гасот според нивната нестабилност. Силициумските детектори (ПИН-диоди) регистрираат радиоактивно распаѓање на одделените нуклиди. Времето помеѓу синтезата и пристигнувањето до детекторот е само неколку секунди.

Испарливо соединение Слично на полесниот хомолог елемент во групата 8, осмиум, хасиум треба лесно да се претвори во кислород за да го формира многу испарливото соединение HsO4. OsO4 е многу токсично соединение кое мириса на озон или ротквица (грчки осме: мирис), се топи на само 40 ° C и врие на 130 ° C. Тоа е идеална 38

Physik Journal 8 (2009) No 6

4–6 7–9 10–12 13–15 16–18 19–21 22–24 25–27 28–30 31–33 34–36 Број на детектор

Сл. 5 Во овој термохроматограм, сигналот за HsO4 (темно сина) се состои од вкупно само седум, тој за OsO4 (светло сино) од приближно 100 000 настани. Јасно видливо

се различните нестабилности на HsO4 и OsO4. Обликот на зоните за раздвојување може многу добро да се опише со употреба на моделот Монте Карло (црвени и црни кривини).

Сл. 6 Познати изотопи на Хасиум со нивниот полуживот во енергијата на а-распаѓање кај МеВ и ќерки нуклидите. Полуживотот на Нуклидите на НС не се мери, но се проценува од енергијата на распаѓање на α.

2) Ова својство на жива беше искористено за извлекување злато од Ау во рударството.

R E L AT I V I S T I S C H E E F F E K T E Силните релативистички ефекти во хемијата на супертешки елементи, кои растат со квадратот на атомскиот број во групата на периодичната табела, се засноваат на големите брзини на електроните (приближно 60 до 80% од брзината на светлината) во близина на овие атомски јадра. Во првиот чекор, ова доведува до силно релативистичко зголемување на масата на сферичните s и p1/s електрони, чиишто нивоа на енергија нагло паѓаат и нивните зраци се собираат („директен“ релативистички ефект). Ова исто така важи и за хемиски „активните“ надворешни електронски орбитали. Значи z. Б. 7-от електронски орбитал во елементот 105 е релативистички намален за 25% и енергетски стабилизиран. Овој ефект предизвикува намалување на нуклеарниот полнеж-

заштитени, а орбиталите d и f на надворешните обвивки се дестабилизирани и проширени („индиректен“ релативистички ефект). Третиот релативистички ефект е спин-орбитното спојување и разделување на нивоата со l> 0 (p, d, f итн. Електрони) во состојби со j = l ± ½. Секој од овие три ефекти е со ист редослед. Заедно, тие предизвикуваат релативна позиција на енергетските нивоа и нивно просторно ширење во групата на периодичниот систем да се променат толку многу што хемиските својства исто така можат значително да се променат. Но, можно е и други ефекти, на пр. B. ефекти на школка, така што тие се компензираат и резултираат всушност изненадувачки слични својства.

Physik Journal 8 (2009) No 6

ПРЕГЛЕД од почетокот на релативистичките пресметки на моделот на атомите, тој елемент 112 би можел да биде скоро исто инертен и слично испарлив како благородниот гас, се чини дека не е точен [15]. Сепак, најмодерните релативистички пресметки за интеракцијата на елементот 112 со Ау добро се согласуваат со експериментот [16].

Physik Journal 8 (2009) No 6

АВТОРИТЕ Матијас Скал студирал хемија во Гисен и Мајнц и докторирал во Мајнц во 1979 година. Од 1985 година е на чело на Работната група за нуклеарна хемија, чиј член е од 1976 година. Покрај постдокторските периоди на Националната лабораторија Лоренс Ливермор и Лоренс Беркли, тој спроведе голем број експерименти со нуклеарна хемија ширум светот и водеше голем број на меѓународни соработки на GSI. Неговите главни истражувачки интереси се оптимизација на синтезата и раздвојување на супер-тешки елементи, особено со автоматски хемиски апарат. Андреас Турлер студирал на Универзитетот во Берн и докторирал во 1989 година. По тригодишно постдипломско студирање во Националната лабораторија Лоренс Беркли (заедно со Д. Хофман и Г. Т. Сиборг), тој се префрли на швајцарскиот институт Пол Шерер (ПСИ) како асистент за истражување. Откако ја заврши својата хибилитација во Берн, во 2001 година го прифати столот за радиохемија на Техничкиот универзитет во Минхен, каде што ангажирани во синтезата на нови радионуклиди за апликации на нуклеарна медицина.