Периодическая таблица химических элементов (на начало 2018 года)
В этом году Лаборатория ядерных реакций имени Г.Н. Флерова в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне запустят новый ускорительный комплекс — Фабрику сверхтяжёлых элементов. Этот комплекс станет базой для синтеза новых химических элементов.
«Мы готовимся к синтезу первых двух элементов восьмого периода — 119-го и 120-го. Планируем начать соответствующие эксперименты в 2019 году», — сказал «Известиям» учёный секретарь Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Александр Карпов.
Именно в Дубне на ускорительном комплексе У-400 были открыты 113-й элемент (нихоний, Nh, получился как побочный продукт при синтезе 115-го элемента), 115-й (московий, Mc), 117-й (теннесин, Ts) и 118-й (оганесон, Og).
Последний элемент назван в честь открывшего его академика Юрия Оганесяна. Предпоследний — в честь штата Теннесси, за вклад этого штата, в том числе Национальной лаборатории Ок-Ридж, Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле, в изучение сверхтяжёлых элементов.
Сейчас периодическая таблица химических элементов заканчивается как раз 118-м элементом. На сегодня единственным известным нуклидом элемента является 294Og с периодом полураспада в 1 мс и атомной массой 294,214(5) а. е. м.
Разумеется, искусственно синтезированный радиоактивный элемент 118 не встречается в природе. Точно так же не встречаются и новые элементы 119 и 120, которые собираются синтезировать в Дубне. Вообще, в природе не встречаются элементы, атомные числа которых превышают 94. Трансурановые элементы производятся искусственно и обычно называются в честь учёных или по местонахождению лаборатории, получившей элемент.
Элемент 119 сейчас носит временное предварительное название унуннений (Uue), а элемент 120 — унбинилий (Ubn). Согласно правилам наименования новых элементов, принятым Международным союзом теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) в 2002 году, для обеспечения лингвистического однообразия всем новым элементам должны даваться названия, оканчивающиеся на «-ium». Название образуется из корней латинских числительных и буквально обозначает что-то наподобие «одно-одно-седьмой». В дальнейшем, после подтверждения открытия, название изменяют на постоянное.
Синтез унуннения (он же эка-франций) станет значительным событием для науки. Дело в том, что элемент с атомным номером 119 и прогнозированной атомной массой 316 а. е. м. после его синтеза станет первым элементом в восьмом периоде периодической таблицы химических элементов.
Попытка синтеза элемента 119 предпринималась в 1985 году при помощи бомбардировки мишени из эйнштейния-254 ядрами кальция-48 на ускорителе SuperHILAC в Беркли. К сожалению, не удалось идентифицировать ни одного атома.
Кроме российских физиков из ОИЯИ, опыты по синтезу элемента 119 сейчас готовятся в Центре по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (Германия) и Институте физико-химических исследований (RIKEN, Япония). Так, для получения 119-го элемента японские учёные собираются соединить ядра 23-го элемента ванадия и 96-го элемента кюрия, а для получения 120-го элемента — ядра того же кюрия и 24-го элемента — хрома. Для синтеза используют ускоритель частиц и модернизированный специально для этого газоразрядный ионный сепаратор.
Предполагается, что унуненний будет химически активным щелочным металлом, следующим после франция в группе, и будет повторять большинство свойств более лёгких аналогов. Но ожидается, что при этом он будет проявлять некоторые специфические химические свойства, которые присущи только ему и не присущи более лёгким аналогам.
Согласно теоретическим выкладкам химиков, унуненний по химическим свойствам будет предположительно больше похож на рубидий или калий, чем на цезий или франций, игнорируя тенденцию к увеличению химической активности элемента по мере роста порядкового номера.
Новый ускорительный комплекс в Дубне позволит увеличить количество получаемых сверхтяжёлых ядер примерно в 20–50 раз по сравнению с сегодняшними возможностями: «Эти ядра нестабильны, и для их изучения очень важна статистика, то есть количество получаемых атомов. На существующей аппаратуре эксперименты, которые мы планируем делать на фабрике, проводить можно, но они займут годы, а, может быть, и десятилетия. Фабрика будет в 20–50 раз более эффективна, исследования будут укладываться в недели или месяцы», — сказал Александр Карпов.
Синтез элементов 119 и 120 поможет приблизиться к загадке «острова стабильности» — гипотетической области таблицы Менделеева, где находятся самые долгоживущие сверхтяжёлые ядра.
Комментарии (31)
Tyrauriel
14.04.2018 11:19Интересно скоро доберутся до острова стабильности (если это вообще не миф)?
Wizard_of_light
14.04.2018 13:54+5Мы по идее на его берегу должны стоять. По расчётам Гоффмана от 2000 года, к примеру, флеровий-298 (элемент №114 по периодической таблице) должен иметь период полураспада порядка 30 лет. Но для флеровия именно этот изотоп пока не получен, в лабораториях получали от Fl-286 до Fl-289, у них периоды полураспада ожидаемо растут в нужную сторону, но больше нейтронов ему в ядро утрамбовать пока ни у кого не вышло, насколько я знаю.
Хотя может в секретных лабораториях уже
eugenk
15.04.2018 02:39-3Честно говоря вот этого не совсем понимаю. Квантовая механика, если очень грубо, работает так, что если что-то может произойти, оно обязательно происходит. А значит если есть изотоп с периодом полураспада 30 лет, он обязательно появится. Если конечно в данным эксперименте соответствующий канал реакции по каким-то причинам не запрещён. Возможно конечно что такой канал как раз и был запрещен в эксперименте с флеровием. Но мне кажется скорее ошибочен расчёт. А вообще интересно конечно. Теоретически на эти элементы можно будет посмотреть хотя бы краем глаза, а не просто зафиксировать пару атомов на масс-спектрометре. По-моему только ради этого стоит прикладывать усилия :))
tvr
14.04.2018 12:12+1Унобтаний в планах на какой год стоит? Варп-двигатель пора строить.
Vsevo10d
14.04.2018 12:56+2А кто может объяснить, почему элементы синтезируются подряд, один за другим? Это же не многостадийный органический синтез, где требуется продукт получать из предыдущего, так если интересует островок стабильности, почему бы не попробовать подходящие по атомной массе изотопы сразу для его синтеза?
Wizard_of_light
14.04.2018 14:12+6Я не специалист, но насколько мне известно, там тоже многостадийный процесс. Дело в том, что если прямо вот так взять и шваркнуть два тяжёлых ядра друг об друга, то вероятнее всего получим только кучу осколков — выше Z=26 энергетически выгоден распад ядра, а не синтез. И потом, чем тяжелее ядро, тем больше нейтронов ему нужно для стабильности. В результате если из двух лёгких ядер вдруг и слипнется одно тяжёлое, то оно скорее всего окажется нестабильным изотопом — нейтронов в лёгких ядрах не хватит. С Z=94 до Z=99-100, насколько мне известно, удаётся дотащить в сильных нейтронных полях, быстро накидывая в ядро по одному нейтрончику, с бета-распадом получившихся изотопов. Дальше этот фокус не катит — основным каналом становится альфа-распад. То есть ты ядру нейтрон — а оно тебе два, да ещё и два протона на сдачу. С соответственным понижением своего атомного номера, естественно. Приходится во все тяжкие пускаться — опять-таки нейтронные поля, ионы тяжёлых изотопов лёгких элементов (кальций-48, как пример из статьи), предварительный расчёт путей многостадийного синтеза и каналов распада. И уточнение расчётных моделей после каждого нового элемента, потому что каждый раз оказывается, что в целом-то всё просто, но в частности есть нюансы.
molnij
14.04.2018 15:36+2На первый вопрос — а почему вы решили, что это так? Откройте в вики: Хронология_открытия_химических_элементов и откройте рядом саму таблицу…
x67
14.04.2018 14:52А существуют ли научные гипотезы о свойствах элементов из островка стабильности. Например вдруг какой-то из них окажется сверхплотным газом
Tyrauriel
14.04.2018 16:34Присоединяюсь и уточняю, а нельзя смоделировать химические свойства заранее?
Ведь химические свойства зависят от электронных оболочек, которые неплохо изучены.
eugenk
15.04.2018 02:51Обязательно есть такой. В 18-группе периодической системы. Тут на картинке в начале статьи такой показан под номером 118 и называется Og. Расположен в 18-й группе после радона (86). И разумеется является благородным газом. И конечно сверхплотным из-за своего атомного веса. А вообще да, согласен с Вами. Очень интригующая тема. Подумать только, эти элементы могут появится не только на масс-спектрографе в количестве отдельных атомов, а в видимых невооруженным глазом количествах! На них можно будет посмотреть!
x67
15.04.2018 04:44-1Или парить в них) Или сделать щит как у капитана Америки, потому что одним из элементов окажется «Вибраниум»
eugenk
15.04.2018 05:07+2Вот это я бы категорически не советовал. Ибо хоть это и «островок стабильности», стабильность заключается лишь в том, что распадаются эти элементы (причем только некоторые их изотопы !) за годы, а не за микросекунды. Так что светить такой «щит как у капитана Америки», будет мама не горюй. Причём в силу высокого заряда ядра, весьма энергичной альфой. Кстати интересный вопрос. А будет ли вообще изделие из такого металла, весом в несколько килограмм (вряд ли щит возможен меньшего веса) оставаться твёрдым? Или тепло радиоактивного распада будет его плавить? Если так, перспективы щита совсем уж плачевны :))
x67
15.04.2018 18:40щит не обязательно применять как в фильме. Даже если сам металл будет слишком горячим, его соединения вполне могут стать полезными в хозяйстве (учитывая возможную стоимость, в очень дорогом и высокотехнологичном хозяйстве)
CreFroD
14.04.2018 17:48А почему все свойства предполагаются? Неужели нельзя точно рассчитать/симулировать?
Wan-Derer
14.04.2018 22:20+4Так свойства и предполагаются исходя из моделей/расчётов. А подтвердить их можно только наболтав с чем-нить в колбе. Что нельзя т.к. получаются вещества в количестве горстки атомов, которые очень быстро разваливаются
stepik777
15.04.2018 02:32Для этого, наверное, квантовые компьютеры нужны, так как сложность растёт экспоненциально с числом частиц
velvetcat
14.04.2018 19:12А элементы из этого острова стабильности могут оказаться полезными в материальном мире? Иными словами, может ли быть открыт какой-нибудь вибраниум или типа того?
eugenk
15.04.2018 02:54Вряд ли… Просто дико интересная и интригующая тема. Хотя кто знает… Говорят у Фарадея (уже почти на заре появления электротехники !!!) всерьёз интересовались, какая от электричества может быть тема. Так что всё возможно. Но если применение им действительно найдётся, я буду сильно удивлён.
Wizard_of_light
15.04.2018 10:28+1Топливо для РИТЭГов, материал для альфа-излучателей в технике и медицине,
добавка в кофе врагам Великой Родины— но это если их научатся достаточно дёшево производить. Особой прочности ни от них, ни от их соединений ожидать не приходится. Если даже в их соединениях вдруг высокотемпературную сверхпроводимость откроют, на практике этим воспользоваться будет затруднительно. Ещё большая атомная масса и низкий ионизационный потенциал — возможно, хорошее рабочее тело для ионных двигателей получится, только с позиций сегодняшнего дня это будет расточительство даже покруче, чем топить печь деньгами.
P. S. Кстати, неплохой задел для научной фантастики — ионный двигатель на ядерном реакторе со сверхпроводящей рабочей зоной :)
alekseev_ap
14.04.2018 22:59+2Кстати, вот он U-400 собственной персоной.
varelavalera
15.04.2018 02:01Запасный выход работает по принципу телепорта?
alekseev_ap
15.04.2018 10:52+1Что за выход? На какой панораме?
mwizard
15.04.2018 20:08+2Похоже, речь об этой конструкции с дверью, ведущей в никуда:
alekseev_ap
15.04.2018 20:56Насколько я понимаю, это переносная конструкция. В момент съёмки она была не нужна, поэтому её отодвинули в сторону.
Psychosynthesis
15.04.2018 05:34Про остров стабильности был очень хороший материал, кажется в ПМ. Сам не могу сейчас поискать (с телефона неудобно), но всем рекомендую.
Dmitry_Dor
не совсем таксовсем не так. Плутоний (атомный номер 94) встречается в природе в виде диоксида. Следы нептуния (атомный номер 93) тоже встречаются в природе.