Isinagawa ang gawain sa Laboratory of Nuclear Reactions (FLNR) na pinangalanang V.I. G.N. Flerov ng Dubna Joint Institute for Nuclear Research (JINR) na matagumpay. Ang mga pag-aari ng ika-117 at dati nang na-synthesize sa mga elemento ng Dubna N 112-116 at 118 ay direktang katibayan ng pagkakaroon ng tinatawag na "isla ng katatagan" napakabigat na elemento, hinulaang ng mga theorist noong 60s ng huling siglo at makabuluhang pinalawak ang mga limitasyon ng periodic table. Ang mga editor ng Izvestiya ay ipinaalam tungkol sa natatanging eksperimento noong Marso ng pinuno ng FLNR, Academician Yuri Oganesyan, ngunit nagbigay lamang siya ng pahintulot para sa paglalathala ngayon. Ang akademikong si Yury Oganesyan, ang may-akda ng pagtuklas, ay nagsabi sa tagamasid na si Petr Obraztsov tungkol sa kakanyahan ng eksperimento.

Izvestia: Ano ang naging sanhi ng interes ng mga siyentipiko sa synthesis ng mga superheavy na elemento, na umiiral sa isang maliit na panahon?

yuri oganesyan: Matapos ang pagtuklas noong 1940-1941 ng mga unang artipisyal na elemento - neptunium at plutonium - ang tanong ng mga limitasyon ng pagkakaroon ng mga elemento ay naging lubhang kawili-wili para sa pangunahing agham ng istraktura ng bagay. Sa pagtatapos ng huling siglo, 17 artipisyal na elemento ang natuklasan at napag-alaman na ang kanilang nuclear stability ay bumababa nang husto sa pagtaas ng atomic number. Sa paglipat mula sa ika-92 na elemento - uranium - hanggang sa ika-102 na elemento - nobelium, ang kalahating buhay ng nucleus ay bumababa ng 16 na order ng magnitude: mula 4.5 bilyong taon hanggang ilang segundo. Samakatuwid, pinaniniwalaan na ang pagsulong sa lugar ng mas mabibigat na elemento ay hahantong sa limitasyon ng kanilang pag-iral, sa esensya, ay markahan ang limitasyon ng pagkakaroon ng materyal na mundo. Gayunpaman, noong kalagitnaan ng 1960s, ang mga teorista ay hindi inaasahang naglagay ng isang hypothesis tungkol sa posibleng pagkakaroon ng superheavy atomic nuclei. Ayon sa mga kalkulasyon, ang buhay ng nuclei na may mga atomic number na 110-120 ay dapat na tumaas nang malaki habang ang bilang ng mga neutron sa mga ito ay tumaas. Ayon sa mga bagong ideya, bumubuo sila ng isang malawak na "isla ng katatagan" ng mga napakabigat na elemento, na makabuluhang nagpapalawak ng mga hangganan ng talahanayan ng mga elemento.
Q: Nakumpirma na ba ito sa eksperimentong paraan?

Oganesyan: Noong 1975-1996, nagawang imbestigahan ng mga physicist mula sa Dubna, Darmstadt (GSI, Germany), Tokyo (RIKEN) at Berkeley (LBNL, USA) ang mga reaksyong ito at nag-synthesize ng anim na bagong elemento. Ang pinakamabigat na elemento 109-112 ay nakuha sa unang pagkakataon sa GSI at naulit sa RIKEN. Ngunit ang kalahating buhay ng pinakamabibigat na nuclei na ginawa sa mga reaksyong ito ay sampu-sa-libo o kahit ikasalibo ng isang segundo. Ang hypothesis ng pagkakaroon ng mga superheavy na elemento ay unang nakumpirma sa eksperimento sa Dubna, sa pananaliksik na isinagawa ng aming grupo sa pakikipagtulungan ng mga siyentipiko mula sa National Laboratory. Lawrence sa Livermore (USA). Nagtagumpay kami sa radikal na pagbabago ng diskarte sa synthesis ng superheavy nuclei, halimbawa, sa pamamagitan ng pagbomba sa isang target na gawa sa artificial element berkelium (N 97) na may projectile beam mula sa isang napakabihirang at mahal na isotope ng calcium (N 20) na may isang mass of 48. Kapag nagsanib ang nuclei, ang elementong N 117 (97 + 20 = 117). Ang mga resulta ay lumampas kahit na ang pinaka-maasahin na mga inaasahan. Noong 2000-2004, halos sa loob ng limang taon, ito ay sa gayong mga reaksyon na ang mga superheavy na elemento na may atomic number na 114, 116 at 118 ay unang na-synthesize.

at: At anong uri ng siyentipikong kontribusyon ang ginawa ng mga siyentipikong Amerikano?

Oganesyan: Sa isang nuclear reaction na may calcium beam, ang ika-117 na elemento ay maaari lamang makuha gamit ang isang target na gawa sa artificial element berkelium. Ang kalahating buhay ng isotope na ito ay 320 araw lamang. Dahil sa maikling buhay, ang produksyon ng berkelium sa kinakailangang halaga (20-30 milligrams) ay dapat isagawa sa isang reactor na may napakataas na neutron flux density. Tanging ang isotope reactor sa US National Laboratory sa Oak Ridge ang makakahawak ng ganoong gawain. Sa pamamagitan ng paraan, ito ay sa laboratoryo na ang plutonium ay unang ginawa para sa mga Amerikano bomba atomika. Dahil mula sa sandali ng paggawa ng berkelium ang dami nito ay bumababa ng kalahati sa 320 araw, kinakailangan na isagawa ang lahat ng gawain sa isang mataas na bilis. At hindi lamang sa mga laboratoryo, kundi pati na rin sa mga opisyal na istruktura ng Russia at Estados Unidos na may kaugnayan sa sertipikasyon ng isang hindi pangkaraniwang materyal, ang transportasyon ng isang mataas na radioactive na produkto sa pamamagitan ng lupa at hangin, kaligtasan, at iba pa.

at: Karapat-dapat sa isang kuwento ng pakikipagsapalaran. At ano ang sumunod na nangyari?

Oganesyan: Sa simula ng Hunyo 2009, dumating ang lalagyan sa Moscow. Ang isang target sa anyo ng pinakamanipis na layer ng berkelium (300 nanometer) na idineposito sa isang manipis na titanium foil ay gawa mula sa sangkap na ito sa Research Institute of Atomic Reactors (Dimitrovgrad); noong Hulyo ang target ay naihatid sa Dubna. Sa sandaling ito sa FLNR lahat gawaing paghahanda ay nakumpleto, at ang tuluy-tuloy na pag-iilaw ng target na may matinding calcium beam ay nagsimula. Nasa unang pag-iilaw ng target, na tumatagal ng 70 araw, kami ay mapalad: ang mga detektor ay nakarehistro sa pattern ng pagbuo at pagkabulok ng nuclei ng ika-117 na elemento ng limang beses. Gaya ng inaasahan, ang nuclei ng elementong ito ay nagbago sa nuclei ng ika-115 na elemento, ang ika-115 na elemento ay naging ika-113, at pagkatapos ay ang ika-113 na elemento ay naging ika-111. At ang elemento 111 ay nabulok na may kalahating buhay na 26 segundo. Sa isang nuclear scale, ito ay isang malaking oras! Ngayon ang periodic table ay napunan na ng isa pa sa pinakamabibigat na elemento na may atomic number na 117.

at: Natural, ang aming mga mambabasa ay magiging interesado sa kung ano praktikal na gamit maaaring magkaroon ng iyong natuklasan.

Oganesyan: Ngayon, siyempre, wala, dahil iilan lamang ang mga atomo ng elementong N 117. Mula sa isang pundamental na pananaw, ang mga ideya tungkol sa ating mundo ay dapat na ngayong magbago nang malaki. Bukod dito, kung ang mga elemento na may malaking kalahating buhay ay na-synthesize, kung gayon posible na mayroon din sila sa kalikasan at maaaring "mabuhay" hanggang sa ating panahon mula noong nabuo ang Earth - 4.5 bilyong taon. At nagsasagawa kami ng mga eksperimento upang hanapin ang mga ito, ang aming pag-install ay matatagpuan sa kailaliman ng mga bundok ng Alpine.

at: Isang tanong mula sa ibang eroplano. Sa iyong palagay, bakit nasa likod ang halatang pag-unlad sa nuclear physics mga nakaraang taon 20 ay hindi kailanman ginawaran ng Nobel Prize?

Oganesyan: Malaki ang Physics. Tila, ang iba pang mga lugar ng agham na ito ay mas kawili-wili para sa mga miyembro ng Komite ng Nobel. At mayroon talagang maraming karapat-dapat na mga siyentipiko. Siyanga pala, dapat kong pangalanan ang mga kalahok sa aming eksperimento: Oak Ridge National Laboratory (Prof. James Roberto), Unibersidad. Vanderbilt (Prof. Joseph Hamilton), National Laboratory. Lawrence sa Livermore (Dawn Shaughnessy), ang Research Institute of Atomic Reactors, Dimitrovgrad (Mikhail Ryabinin) at ang Laboratory of Nuclear Reactions ng JINR (pinununahan ni Yuri Oganesyan).

Mula sa editor. Pansamantala, ang elementong N 117 ay tatawaging "one-one-seven" sa Latin, iyon ay, ununseptium. Ang grupo ng akademya na si Yuri Oganesyan - ang mga may-akda ng pagtuklas - ay may karapatan na ibigay ang tunay na pangalan sa elementong ito, gayundin sa mga elementong N 114-116 at 118 na natuklasan nila. Sa "Linggo" ng Marso 26, inanyayahan namin mga mambabasa na magsumite ng kanilang mga panukala para sa pangalan ng "aming" mga elemento. Sa ngayon, ang "kurchatovy" lamang para sa isa sa mga elementong ito ay tila makatwiran. Patuloy ang kompetisyon.

Ang iba ay nahulog at hindi nakaligtas hanggang ngayon. Ang uranium ay nabubulok pa rin - ito ay isang radioactive na elemento.

Ang lahat ng mga elemento pagkatapos ng uranium ay mas mabigat kaysa dito. Ang mga ito ay nabuo minsan sa proseso ng nucleosynthesis (ang proseso kung saan ang nuclei ng masalimuot, mabibigat na elemento ng kemikal ay nabuo mula sa mas simple at mas magaan na atomic nuclei), ngunit hindi nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ngayon ay maaari lamang silang makuha sa artipisyal na paraan.

Ang pagtuklas noong 1940-1941 ng mga unang artipisyal na elemento, neptunium at plutonium, ay ang simula ng isang bagong direksyon sa nuclear physics at chemistry upang pag-aralan ang mga katangian ng mga elemento ng transuranic at ang kanilang aplikasyon sa maraming larangan ng agham at teknolohiya. Bilang resulta ng maraming taon ng masinsinang trabaho ng mga nuclear physicist, maraming mga bagong elemento ang na-synthesize.

Mayroong tatlong internasyonal na kinikilalang sentro ng pananaliksik para sa synthesis ng mabibigat na elemento: sa Dubna (Russia), sa Berkeley (USA) at sa Darmstadt (Germany). Ang lahat ng mga bagong elemento, simula sa ika-93 (neptunium) ay nakuha sa mga laboratoryo na ito. Ang isang bagong elemento ay hindi itinuturing na natuklasan hanggang ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay nakakuha ng maaasahang mga resulta sa pag-aaral ng mga atomo nito at hanggang sa isa pang (independiyenteng) grupo ng mga siyentipiko ay kumpirmahin ang mga resultang ito. Samakatuwid, ang malalayong mga cell ng Periodic Table ay napupuno nang napakabagal.

Noong 1940-1953, si Propesor Glen Seaborg at ang kanyang mga kasamahan sa Radiation National Laboratory (Berkeley, USA) ay nag-synthesize ng mga artipisyal na elemento na may Z = 93-100. mga nuclear reactor. Ang mas mabibigat na nuclei ay ginawa sa mga particle accelerators, kung saan ang nuclei at mga particle na pinabilis sa matataas na bilis ay nagbanggaan. Bilang resulta ng mga banggaan, nabuo ang nuclei ng mga superheavy na elemento, na umiiral nang napakahabang panahon. maikling panahon tapos maghihiwalay ulit. Salamat sa mga bakas ng pagkabulok na ito, natukoy na ang synthesis ng mabigat na nucleus ay matagumpay.

Ang mga elementong mas mabigat kaysa sa Z=100 ay na-synthesize sa mga reaksyon na may pinabilis na mabibigat na ion, kapag ang isang complex ng mga proton at neutron ay ipinakilala sa target na nucleus. Mula noong 1960s, ang panahon ng elementary particle accelerators - cyclotrons, ang panahon ng heavy ion acceleration ay nagsimula, nang ang synthesis ng mga bagong elemento ay nagsimulang isagawa lamang sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng dalawang mabibigat na nuclei. Gayunpaman, noong kalagitnaan ng 1970s, halos imposibleng pag-aralan ang mga kemikal na katangian ng mga elemento 104, 105, 106 at 107, dahil ang kanilang buhay - mga fraction ng isang microsecond - ay hindi pinapayagan para sa ganap na pananaliksik sa kemikal. Lahat ng mga ito ay na-synthesize sa malamig na pagsasanib na reaksyon (natuklasan ang malamig na pagsasanib ng napakalaking nuclei noong 1974; naglalabas ito ng isa o dalawang neutron na may medyo mababang enerhiya.)

Ang Element 104 ay unang na-synthesize sa Dubna noong 1964. Natanggap ito ng isang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Laboratory of Nuclear Reactions na pinamumunuan ni Georgy Flerov. Noong 1969, ang elemento ay nakuha ng isang grupo ng mga siyentipiko sa Unibersidad ng Berkeley, California. Noong 1997, ang elemento ay pinangalanang rutherfordium, simbolo ng Rf.

Ang Element 105 ay na-synthesize noong 1970 ng dalawang independiyenteng grupo ng mga mananaliksik sa Dubna (USSR) at Berkeley (USA). Natanggap ang pangalang dubnium bilang parangal sa lungsod ng Dubna, kung saan matatagpuan ang Joint Institute for Nuclear Research, kung saan ang ilang mga elemento ng kemikal ay synthesize, simbolo ng Db.

Ang Element 106 ay unang nakuha sa USSR ni Georgy Flerov at ng kanyang mga katrabaho noong 1974, at halos sabay-sabay na na-synthesize sa USA ni Glen Seaborg at mga katrabaho. Noong 1997, inaprubahan ng International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) para sa elemento 106 ang pangalang seaborgium (bilang parangal kay Seaborg), simbolo na Sg.

Ang mga malamig na reaksyon ng pagsasanib ng napakalaking nuclei ay matagumpay na ginamit upang mag-synthesize ng anim na bagong elemento, mula 107 hanggang 112, sa GSI National Nuclear Physics Center sa Darmstadt (Germany). Ang mga unang eksperimento upang makakuha ng elemento 107 ay isinagawa sa USSR ni Yuri Oganesyan at ng kanyang mga katuwang noong 1976. Ang unang maaasahang impormasyon tungkol sa mga nuklear na katangian ng elemento 107 ay nakuha sa Alemanya noong 1981 at 1989. Noong 1997, inaprubahan ng IUPAC ang pangalang bohrium para sa elemento 107 (bilang parangal kay Niels Bohr), simbolo ng Bh.

Ang mga unang eksperimento upang makakuha ng elemento 108 ay isinagawa sa USSR noong 1983-1984. Ang maaasahang data sa mga nuklear na katangian ng elemento 108 ay nakuha sa Alemanya noong 1984 at 1987. Noong 1997, inaprubahan ng IUPAC ang pangalang Hassium para sa elemento 108 (ayon sa lupain ng Hesse, Germany), simbolo ng Hs.

Ang Element 109 ay unang nakuha sa Germany noong 1982 at nakumpirma noong 1984. Noong 1994, inaprubahan ng IUPAC ang pangalang meitnerium para sa elemento 109 (bilang parangal kay Lise Meitner), ang simbolo para sa Mt.

Ang Element 110 ay natuklasan noong 1994 sa Center for Heavy Ion Research sa Darmstadt (Germany) sa kurso ng isang eksperimento sa pagtitiwalag ng isang espesyal na haluang metal na naglalaman ng tingga sa mga plato at ang pambobomba nito sa mga nickel isotopes. Ang Darmstadtium ay ipinangalan sa lungsod ng Darmstadt (Germany), kung saan ito natuklasan. Simbolo ng Ds.

Natuklasan din ang Element 111 sa Germany, at pinangalanang roentgenium (ang simbolo ng kemikal na Rg) bilang parangal sa siyentipikong Aleman na si Wilhelm-Konrad Roentgen.

Ang Element 112 ay may gumaganang pangalan na "ununbiy" (Uub), na nabuo mula sa mga Latin na numerong "isa-isa-dalawa". Ito ay isang elementong transuranium na nakuha sa pamamagitan ng pagbomba sa isang lead target na may zinc nuclei. Ang kalahating buhay nito ay humigit-kumulang 34 segundo.

Unang nakuha ang Ununbium noong Pebrero 1996 sa heavy ion accelerator sa Darmstadt. Upang makakuha ng mga atom ng isang bagong elemento, isang pangkat ng mga siyentipiko ang gumamit ng mga zinc ions na may atomic number na 30, na pinabilis sa napakataas na enerhiya sa isang 120-meter accelerator, pagkatapos nito ay natamaan nila ang isang target na gawa sa tingga, na ang atomic number ay 82. Kapag ang nuclei ng zinc at lead ay nagsanib, ang pagbuo ng nuclei ng isang bagong elemento, ang serial number na kung saan ay katumbas ng kabuuan ng atomic number ng orihinal na mga bahagi. Noong Hunyo 2009, opisyal na kinilala ng IUPAC ang pagkakaroon nito.

Mas mabibigat na elemento - na may mga atomic number na 112-116 at ang pinakamabigat sa sandaling ito Ang ika-118 elemento ay nakuha ng mga siyentipikong Ruso mula sa Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna noong 2000-2008, ngunit naghihintay pa rin ng opisyal na pagkilala mula sa IUPAC.

Sa kasalukuyan, ang mga physicist ng Russia mula sa Flerov Laboratory ng Joint Institute for Nuclear Research sa Dubna ay nagsasagawa ng isang eksperimento sa synthesis ng elemento 117, na ang lugar sa periodic table sa pagitan ng mga dating nakuha na elemento 116 at 118 ay walang laman pa rin.

Una, isang artikulo tungkol sa kung ano ang "isla ng katatagan".

Isla ng katatagan: Ang mga siyentipikong nuklear ng Russia ay nangunguna sa karera

Ang synthesis ng mga superheavy na elemento na bumubuo sa tinatawag na "isla ng katatagan" ay isang ambisyosong gawain ng modernong pisika, kung saan ang mga siyentipikong Ruso ay nangunguna sa iba pang bahagi ng mundo.

Noong Hunyo 3, 2011, opisyal na kinilala ng isang ekspertong komisyon, na kinabibilangan ng mga espesyalista mula sa International Unions of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) and Physics (IUPAP), ang pagtuklas ng ika-114 at ika-116 na elemento ng periodic table. Ang priority sa pagtuklas ay ibinigay sa isang grupo ng mga physicist na pinamumunuan ng Academician ng Russian Academy of Sciences na si Yuri Oganesyan mula sa Joint Institute for Nuclear Research sa tulong ng mga kasamahan sa Amerika mula sa Livero Sea National Laboratory. Lawrence.

Academician ng Russian Academy of Sciences Yury Oganesyan, Pinuno ng Laboratory of Nuclear Reactions sa JINR

Ang mga bagong elemento ay naging pinakamabigat sa mga kasama sa periodic table ni Mendeleev, at nakatanggap ng mga pansamantalang pangalan na ununquidium at unungexium, na nabuo ng serial number sa talahanayan. Ang mga pisikong Ruso ay iminungkahi na pangalanan ang mga elemento na "flerovium" bilang parangal kay Georgy Flerov, isang nuclear physicist ng Sobyet, isang espesyalista sa larangan ng nuclear fission at ang synthesis ng mga bagong elemento, at "moscovium" bilang parangal sa rehiyon ng Moscow. Bilang karagdagan sa ika-114 at ika-116 na elemento, dati nang nag-synthesize ang JINR mga elemento ng kemikal na may mga serial number na 104, 113, 115, 117 at 118. At ang ika-105 na elemento ng talahanayan, bilang parangal sa pagkilala sa kontribusyon ng mga physicist ng Dubna sa modernong agham, ay binigyan ng pangalang "dubnium".

Mga elementong hindi matatagpuan sa kalikasan

Sa kasalukuyan, ang buong mundo sa paligid natin ay binubuo ng 83 elemento ng kemikal, mula sa hydrogen (Z=1, Z ang bilang ng mga proton sa nucleus) hanggang sa uranium (Z=92), na ang buhay ay mas mahaba kaysa sa buhay ng solar system. (4.5 bilyong taon) . Ang mas mabibigat na elemento na lumitaw sa panahon ng nucleosynthesis sa ilang sandali pagkatapos ng Big Bang ay nabulok na at hindi nakaligtas hanggang sa araw na ito. Ang uranium, na may kalahating buhay na humigit-kumulang 4.5×10 8 taon, ay mabubulok pa rin at magiging radioactive. Gayunpaman, sa kalagitnaan ng huling siglo, natutunan ng mga mananaliksik kung paano makakuha ng mga elemento na hindi matatagpuan sa kalikasan. Ang isang halimbawa ng naturang elemento ay ang plutonium na ginawa sa mga nuclear reactor (Z = 94), na ginawa sa daan-daang tonelada at isa sa pinakamakapangyarihang pinagmumulan ng enerhiya. Ang kalahating buhay ng plutonium ay higit na maikli kaysa sa uranium, ngunit sapat pa rin upang magmungkahi ng posibilidad ng mas mabibigat na elemento ng kemikal. Ang konsepto ng isang atom na binubuo ng isang nucleus na nagdadala positibong singil at ang pangunahing masa, at mga elektronikong orbital, ay nagmumungkahi ng posibilidad ng pagkakaroon ng mga elemento na may serial number hanggang Z=170. Ngunit sa katunayan, dahil sa kawalang-tatag ng mga prosesong nagaganap sa core mismo, ang hangganan ng pagkakaroon ng mabibigat na elemento ay nakabalangkas nang mas maaga. Sa kalikasan, ang mga matatag na pormasyon (nuclei ng mga elemento na binubuo ng ibang bilang ng mga proton at neutron) ay matatagpuan lamang hanggang sa lead at bismuth, na sinusundan ng isang maliit na peninsula, kabilang ang thorium at uranium na matatagpuan sa Earth. Ngunit sa sandaling ang ordinal na bilang ng isang elemento ay lumampas sa bilang ng uranium, ang buhay nito ay bumababa nang husto. Halimbawa, ang nucleus ng ika-100 elemento ay 20 beses na hindi gaanong matatag kaysa sa nucleus ng uranium, at sa hinaharap ang kawalang-tatag na ito ay tataas lamang dahil sa kusang nuclear fission.

"Isla ng Katatagan"

Ang spontaneous fission effect ay ipinaliwanag ni Niels Bohr. Ayon sa kanyang teorya, ang nucleus ay isang patak ng sisingilin na likido, iyon ay, isang uri ng bagay na walang sariling panloob na istraktura. Paano mas dami mga proton sa nucleus mas malakas na impluwensya Ang mga puwersa ng Coulomb, sa ilalim ng impluwensya kung saan ang patak ay deformed at nahahati sa mga bahagi. Ang ganitong modelo ay hinuhulaan ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga elemento hanggang sa ika-104 - ika-106 na serial number. Gayunpaman, noong 1960s, maraming mga eksperimento ang isinagawa sa Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research upang pag-aralan ang mga katangian ng fission ng uranium nuclei, ang mga resulta nito ay hindi maipaliwanag gamit ang teorya ni Bohr. Ito ay lumabas na ang nucleus ay hindi isang kumpletong analogue ng isang sisingilin na drop ng likido, ngunit may panloob

istraktura. Bukod dito, kapag mas mabigat ang nucleus, mas lumalakas ang impluwensya ng istrukturang ito, at ang pattern ng pagkabulok ay magmumukhang ganap na naiiba mula sa hinulaang modelo ng likidong drop. Kaya, lumitaw ang isang hypothesis tungkol sa pagkakaroon ng isang tiyak na rehiyon ng matatag na superheavy nuclei, malayo sa mga elementong kilala ngayon. Ang lugar ay tinawag na "isla ng katatagan", at pagkatapos mahulaan ang pagkakaroon nito, ang pinakamalaking mga laboratoryo sa Estados Unidos, France at Germany ay nagsimula ng isang serye ng mga eksperimento upang kumpirmahin ang teorya. Gayunpaman, ang kanilang mga pagtatangka ay hindi nagtagumpay. At ang mga eksperimento lamang sa Dubna cyclotron, na nagresulta sa pagkatuklas ng ika-114 at ika-116 na elemento, ay posible na igiit na ang rehiyon ng katatagan ng superheavy nuclei ay talagang umiiral.

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng mapa ng mabibigat na nuclides. Ang kalahating buhay ng nuclei ay ipinakita magkaibang kulay(kanang sukat). Ang mga itim na parisukat ay mga isotopes ng mga matatag na elemento na matatagpuan sa crust ng lupa (kalahating buhay sa loob ng 109 taon). Ang madilim na asul ay ang "dagat ng katatagan", kung saan ang nuclei ay nabubuhay nang wala pang 10 −6 segundo. Ang "mga isla ng katatagan" kasunod ng "peninsula" ng thorium, uranium at transuranium na mga elemento ay mga hula ng mikroskopikong teorya ng nucleus. Dalawang nuclei na may mga atomic number na 112 at 116, na nakuha sa iba't ibang mga reaksyong nuklear at ang kanilang kasunod na pagkabulok, ay nagpapakita kung gaano kalapit ang isa sa "mga isla ng katatagan" sa artipisyal na synthesis ng mga superheavy na elemento.

Mapa ng mabibigat na nuclides

Upang ma-synthesize ang isang matatag na mabigat na nucleus, kinakailangan na magpasok ng maraming neutron hangga't maaari dito, dahil ang mga neutron ay ang "glue" na nagpapanatili ng mga nucleon sa nucleus. Ang unang ideya ay ang pag-irradiate ng pinagmulang materyal na may neutron flux mula sa isang reaktor. Ngunit sa pamamaraang ito, ang mga siyentipiko ay nakapag-synthesize lamang ng fermium, isang elemento na may atomic number na 100. Bukod dito, sa halip na 60 neutron ang kailangan, 20 lamang ang ipinasok sa nucleus. Ang mga pagtatangka ng mga Amerikanong siyentipiko na mag-synthesize ng mga superheavy na elemento sa proseso ng isang nuclear explosion (sa katunayan, sa isang malakas na pulsed neutron flux) ay hindi rin matagumpay, ang resulta ng kanilang mga eksperimento ay ang parehong fermium isotope. Mula sa sandaling iyon, nagsimulang bumuo ng isa pang paraan ng synthesis - upang banggain ang dalawang mabibigat na nuclei sa pag-asang ang resulta ng kanilang banggaan ay ang nucleus ng kabuuang masa. Upang maisagawa ang eksperimento, ang isa sa mga nuclei ay dapat na mapabilis sa isang bilis na humigit-kumulang 0.1 ng bilis ng liwanag gamit ang isang mabigat na ion accelerator. Ang lahat ng mabibigat na nuclei na nakuha ngayon ay na-synthesize sa ganitong paraan. Tulad ng nabanggit na, ang isla ng katatagan ay matatagpuan sa rehiyon ng superheavy nuclei na mayaman sa neutron; samakatuwid, ang target at beam nuclei ay dapat ding maglaman ng labis na mga neutron. Medyo mahirap piliin ang mga naturang elemento, dahil halos lahat ng umiiral na mga stable nuclides ay may mahigpit na tinukoy na ratio ng bilang ng mga proton at neutron.

Sa eksperimento sa synthesis ng ika-114 na elemento, ang pinakamabigat na isotope ng plutonium na may atomic mass na 244, na ginawa sa reactor ng Livermore National Laboratory (USA), ay ginamit bilang target at calcium-48 bilang isang projectile nucleus. Ang Calcium-48 ay isang matatag na isotope ng calcium, na naglalaman lamang ng 0.1% ng ordinaryong calcium. Inaasahan ng mga eksperimento na ang ganitong pagsasaayos ay magiging posible na madama ang epekto ng pagtaas ng buhay ng mga superheavy na elemento. Upang maisagawa ang eksperimento, kinakailangan ang isang accelerator na may calcium-48 beam power na lumalampas sa lahat ng kilalang accelerator nang sampu-sampung beses. Sa loob ng limang taon, ang naturang accelerator ay nilikha sa Dubna, ginawa nitong posible na magsagawa ng isang eksperimento nang ilang daang beses na mas tumpak kaysa sa mga eksperimento sa ibang mga bansa sa nakalipas na 25 taon.

Ang pagkakaroon ng nakatanggap ng isang sinag ng calcium ng kinakailangang intensity, ang mga eksperimento ay nag-iilaw sa plutonium target. Kung, bilang isang resulta ng pagsasanib ng dalawang nuclei, ang mga atomo ng isang bagong elemento ay nabuo, pagkatapos ay dapat silang lumipad palabas ng target at, kasama ang sinag, patuloy na sumulong. Ngunit dapat silang ihiwalay sa mga calcium ions at iba pang mga produkto ng reaksyon. Ang function na ito ay ginagawa ng separator.

MASHA (Mass Analyzer of Super Heavy Atoms) - pag-install para sa paghihiwalay ng nuclei

Ang recoil nuclei na ibinubuga mula sa target na layer ay huminto sa graphite collector sa lalim na ilang micrometers. Dahil sa mataas na temperatura ng kolektor, nagkakalat sila sa silid ng pinagmulan ng ion, ay inilabas sa plasma, pinabilis ng electric field, at sinusuri ng masa. mga magnetic field sa daan patungo sa detector. Sa disenyong ito, maaaring matukoy ang masa ng isang atom na may katumpakan na 1/3000. Ang gawain ng detektor ay upang matukoy na ang isang mabigat na nucleus ay tumama dito, upang irehistro ang enerhiya, bilis at lugar ng paghinto nito nang may mataas na katumpakan.

Skema ng pagpapatakbo ng separator

Upang subukan ang teorya ng pagkakaroon ng isang "isla ng katatagan," napagmasdan ng mga siyentipiko ang mga produkto ng pagkabulok ng nucleus ng ika-114 na elemento. Kung tama ang teorya, ang resultang nuclei ng ika-114 na elemento ay dapat na lumalaban sa kusang fission, at maging alpha radioactive, iyon ay, naglalabas ng alpha particle na binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron. Para sa isang reaksyong kinasasangkutan ng ika-114 na elemento, dapat na obserbahan ang isang paglipat ng ika-114 hanggang ika-112. Pagkatapos ang nuclei ng ika-112 ay sumasailalim din sa pagkabulok ng alpha at pumasa sa nuclei ng ika-110, at iba pa. Bukod dito, ang buhay ng isang bagong elemento ay dapat na ilang mga order ng magnitude na mas mahaba kaysa sa buhay ng mas magaan na nuclei. Ito ay tiyak na tulad ng mahabang buhay na mga kaganapan, ang pagkakaroon ng kung saan ay hinulaang theoretically, na nakita ng mga physicist ng Dubna. Ito ay isang direktang indikasyon na ang ika-114 na elemento ay nakararanas na ng pagkilos ng mga pwersang istruktura na bumubuo sa isla ng katatagan ng mga superheavy na elemento.

Mga halimbawa ng decay chain ng ika-114 at ika-116 na elemento

Sa eksperimento sa synthesis ng ika-116 na elemento, isang natatanging sangkap, curium-248, na nakuha sa isang malakas na reaktor ng Research Institute of Atomic Reactors sa Dimitrovgrad, ay ginamit bilang isang target. Kung hindi, sinundan ng eksperimento ang parehong pamamaraan tulad ng paghahanap para sa ika-114 na elemento. Ang pagmamasid sa kadena ng pagkabulok ng elemento 116 ay isa pang patunay ng pagkakaroon ng elemento 114, sa pagkakataong ito ay nakuha ito bilang resulta ng pagkabulok ng isang mas mabigat na magulang. Sa kaso ng ika-116 na elemento, ang pang-eksperimentong data ay nagpakita rin ng isang makabuluhang pagtaas sa buhay na may pagtaas sa bilang ng mga neutron sa nucleus. Yan ay modernong pisika Ang synthesis ng mabibigat na elemento ay malapit na sa hangganan ng "isla ng katatagan". Bilang karagdagan, ang mga elemento na may mga atomic number na 108, 109 at 110 na nabuo bilang isang resulta ng pagkabulok ng ika-116 na elemento ay may habambuhay na kinakalkula sa ilang minuto, na gagawing posible na pag-aralan ang mga kemikal na katangian ng mga sangkap na ito gamit ang mga modernong pamamaraan ng radiochemistry at eksperimento. patunayan ang pangunahing katangian ng batas ni Mendeleev tungkol sa periodicity. mga katangian ng kemikal mga elemento sa talahanayan. Tungkol sa mabibigat na elemento, maaari itong ipalagay na ang ika-112 na elemento ay may mga katangian ng cadmium at mercury, at ang ika-114 - ng lata, tingga, atbp. Marahil, sa tuktok ng isla ng katatagan, may mga napakabigat na elemento na may buhay na milyun-milyong taon. Ang figure na ito ay hindi umabot sa edad ng Earth, ngunit ang pagkakaroon ng mga superheavy na elemento sa kalikasan, sa ating solar system, o sa mga cosmic ray, iyon ay, sa ibang mga sistema ng ating Galaxy. Ngunit sa ngayon, hindi naging matagumpay ang mga eksperimento upang maghanap ng mga "natural" na superheavy na elemento.

Sa kasalukuyan, ang JINR ay naghahanda ng isang eksperimento upang hanapin ang ika-119 na elemento ng periodic table, at ang Laboratory of Nuclear Reactions ay ang nangunguna sa mundo sa larangan ng heavy ion physics at ang synthesis ng mga superheavy elements.

Anna Maksimchuk,
Mananaliksik, JINR,
lalo na para sa R&D.CNews.ru

Kawili-wili, siyempre. Lumalabas na marami pang kemikal na elemento at kahit na halos matatag na ang maaaring matuklasan.

Ang tanong ay lumitaw: ano ang praktikal na kahulugan ng lahat ng medyo mahal na kaganapang ito upang maghanap ng mga bagong halos matatag na elemento?

Tila kapag nakahanap sila ng isang paraan upang makagawa ng mga elementong ito, makikita ito.

Pero may nakikita na. Halimbawa, kung may nanood ng pelikulang "Predator", kung gayon ang mandaragit ay may self-destruct device sa isang pulseras sa kanyang braso at ang pagsabog ay napakalakas. Kaya. Ang mga bagong elemento ng kemikal na ito ay katulad ng uranium-235, ngunit sa parehong oras, ang kritikal na masa ay maaaring kalkulahin sa gramo (sa kasong ito, ang 1 gramo ng sangkap na ito ay katumbas ng pagsabog ng 10 tonelada ng TNT - isang magandang bomba. kasing laki lamang ng limang kopeck na barya).

Kaya malaki na ang kahulugan para sa mga siyentipiko na magtrabaho nang husto, at ang estado ay hindi magtipid sa mga gastos.

MAY LIMIT BA
PERIODIC TABLE
D.I.MENDELEEV?

PAG-UNLOCK NG MGA BAGONG ITEMS

P Ang problema ng systematization ng mga elemento ng kemikal ay nakakuha ng malapit na pansin sa kalagitnaan ng ikalabinsiyam siglo, nang maging malinaw na ang iba't ibang mga sangkap sa paligid natin ay resulta ng iba't ibang kumbinasyon ng isang medyo maliit na bilang ng mga elemento ng kemikal.

Sa kaguluhan ng mga elemento at ang kanilang mga compound, ang mahusay na Russian chemist na si D.I. Mendeleev ang unang nag-ayos ng mga bagay sa pamamagitan ng paglikha ng kanyang sariling periodic table ng mga elemento.

Ang Marso 1, 1869 ay itinuturing na araw ng pagtuklas ng pana-panahong batas, nang ipaalam ito ni Mendeleev sa komunidad ng siyensya. Inilagay ng siyentipiko ang 63 elemento na kilala noong panahong iyon sa kanyang talahanayan sa paraang ang mga pangunahing katangian ng mga elementong ito at ang kanilang mga compound ay nagbabago nang pana-panahon habang tumataas ang kanilang atomic mass. Ang mga naobserbahang pagbabago sa mga katangian ng elemento sa pahalang at patayong direksyon ng talahanayan ay sumunod sa mahigpit na mga panuntunan. Halimbawa, ang metallic (basic) na karakter, na binibigkas sa mga elemento ng pangkat na Ia, ay bumaba sa pahalang ng talahanayan at tumaas kasama ang vertical na may pagtaas ng atomic mass.

Batay sa bukas na batas, hinulaang ni Mendeleev ang mga katangian ng ilang hindi pa natuklasang elemento at ang kanilang lugar sa periodic table. Noong 1875, natuklasan ang "ekaaluminum" (gallium), makalipas ang apat na taon - "ekabor" (scandium), at noong 1886 - "ekasilicon" (germanium). Sa mga sumunod na taon, ang periodic table ay nagsisilbi at nagsisilbi pa ring gabay sa paghahanap ng mga bagong elemento at ang hula ng kanilang mga katangian.

Gayunpaman, ni Mendeleev mismo o ng kanyang mga kontemporaryo ay hindi makasagot sa tanong, ano ang mga dahilan para sa periodicity ng mga katangian ng mga elemento, kung at saan pumasa ang hangganan? panaka-nakang sistema. Nakita ni Mendeleev na ang dahilan ng ugnayang ipinakita niya sa pagitan ng mga katangian at atomic mass ng mga elemento ay nakasalalay sa pagiging kumplikado ng mga atomo mismo.

Lamang ng maraming taon pagkatapos ng paglikha ng pana-panahong sistema ng mga elemento ng kemikal sa mga gawa ni E. Rutherford, N. Bohr at iba pang mga siyentipiko, ang kumplikadong istraktura ng atom ay napatunayan. Ang mga kasunod na tagumpay sa atomic physics ay naging posible upang malutas ang maraming hindi malinaw na mga problema ng periodic table ng mga elemento ng kemikal. Una sa lahat, lumabas na ang lugar ng isang elemento sa periodic table ay tinutukoy hindi ng atomic mass, ngunit sa pamamagitan ng singil ng nucleus. Ang likas na katangian ng periodicity ng mga kemikal na katangian ng mga elemento at ang kanilang mga compound ay naging malinaw.

Ang atom ay nagsimulang isaalang-alang bilang isang sistema sa gitna kung saan mayroong isang positibong sisingilin na nucleus, at ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay umiikot sa paligid nito. Sa kasong ito, ang mga electron ay pinagsama-sama sa circumnuclear space at gumagalaw kasama ang ilang mga orbit na kasama sa mga shell ng elektron.

Ang lahat ng mga electron ng isang atom ay karaniwang tinutukoy ng mga numero at titik. Ayon sa pagtatalaga na ito, ang pangunahing mga numero ng quantum 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ay tumutukoy sa mga shell ng elektron, at ang mga titik s, p, d, f, g– sa mga subshell (orbit) ng bawat shell. Ang unang shell (nagbibilang mula sa kernel) ay mayroon lamang s-electrons, ang pangalawa ay maaaring magkaroon s- at p- mga electron, ang pangatlo - s-, p- at d- mga electron, ang pang-apat - s-,
p-, d- at f- mga electron, atbp.

Ang bawat shell ay kayang tumanggap ng napakatiyak na bilang ng mga electron: ang una - 2, ang pangalawa - 8, ang pangatlo - 18, ang ikaapat at ikalima - 32 bawat isa. Tinutukoy nito ang bilang ng mga elemento sa mga panahon ng periodic table. Ang mga kemikal na katangian ng mga elemento ay tinutukoy ng istraktura ng panlabas at pre-outer na mga shell ng elektron ng mga atom, i.e. kung gaano karaming mga electron ang taglay nila.

Ang nucleus ng isang atom ay binubuo ng mga particle na may positibong sisingilin - mga proton at mga neutral na particle ng elektrikal - mga neutron, madalas na tinutukoy sa isang salita - mga nucleon. Ang ordinal na bilang ng isang elemento (ang lugar nito sa periodic table) ay tinutukoy ng bilang ng mga proton sa nucleus ng isang atom ng isang partikular na elemento. Pangkalahatang numero PERO Ang atom ng elemento ay katumbas ng kabuuan ng mga bilang ng mga proton Z at mga neutron N sa kernel: A = Z + N. Ang mga atom ng parehong elemento na may ibang bilang ng mga neutron sa nucleus ay ang mga isotopes nito.

Ang mga kemikal na katangian ng iba't ibang isotopes ng parehong elemento ay hindi naiiba sa isa't isa, habang ang mga nuclear properties ay malawak na nag-iiba. Ito ay nagpapakita ng sarili lalo na sa katatagan (o kawalang-tatag) ng mga isotopes, na mahalagang nakasalalay sa ratio ng bilang ng mga proton at neutron sa nucleus. Ang mga light stable na isotopes ng mga elemento ay karaniwang may pantay na bilang ng mga proton at neutron. Sa pagtaas ng singil ng nucleus, ibig sabihin, ang ordinal na numero ng elemento sa talahanayan, nagbabago ang ratio na ito. Ang matatag na mabibigat na nuclei ay may halos isa at kalahating beses na mas maraming neutron kaysa sa mga proton.

Tulad ng mga atomic electron, ang mga nucleon ay bumubuo rin ng mga shell. Sa pagtaas ng bilang ng mga particle sa nucleus, ang mga shell ng proton at neutron ay sunud-sunod na napupuno. Ang nuclei na may ganap na laman na mga shell ay ang pinaka-matatag. Halimbawa, ang lead isotope Pb-208 ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang napaka-matatag na istrukturang nuklear, na napuno ng mga proton shell ( Z= 82) at mga neutron ( N = 126).

Ang mga katulad na napuno na nuclear shell ay katulad ng napuno na mga electron shell ng mga atomo mga inert na gas, na kumakatawan sa isang partikular na grupo sa periodic table. Ang matatag na nuclei ng mga atom na may ganap na napunong proton o neutron na mga shell ay naglalaman ng ilang "magic" na bilang ng mga proton o neutron: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114, 126, 184. katangian, ang periodicity ng nuclear properties ay likas din. . Kabilang sa iba't ibang kumbinasyon ng bilang ng mga proton at neutron sa nuclei ng isotopes (even-even; even-odd; odd-even; odd-odd), ito ay ang nuclei na naglalaman ng even number of protons at even number of neutrons na pinaka-matatag.

Ang likas na katangian ng mga puwersang humahawak ng mga proton at neutron sa nucleus ay hindi pa rin malinaw. Ito ay pinaniniwalaan na ang napakalaking gravitational forces of attraction ay kumikilos sa pagitan ng mga nucleon, na nag-aambag sa pagtaas ng katatagan ng nuclei.

Upang sa kalagitnaan ng thirties ng huling siglo, ang periodic table ay binuo nang labis na ipinakita na nito ang posisyon ng 92 elemento. Sa ilalim ng serial number 92 ay ang uranium - ang huling natural na mabibigat na elemento na natagpuan sa Earth noong 1789. Sa 92 na elemento ng talahanayan, ang mga elemento lamang na may mga serial number na 43, 61, 85 at 87 ang hindi tumpak na natukoy noong dekada thirties. Natuklasan at pinag-aralan sila nang maglaon. Ang isang bihirang elemento ng lupa na may atomic number 61, promethium, ay natagpuan sa maliit na dami sa ores bilang isang produkto ng kusang pagkabulok ng uranium. Ang isang pagsusuri sa atomic nuclei ng mga nawawalang elemento ay nagpakita na lahat sila ay radioactive, at dahil sa kanilang maikling kalahating buhay, hindi sila maaaring umiral sa Earth sa kapansin-pansing mga konsentrasyon.

Dahil sa katotohanan na ang huling mabigat na elemento na natagpuan sa Earth ay elementong may atomic number na 92, maaaring ipagpalagay na ito ang natural na limitasyon ng periodic table ni Mendeleev. Gayunpaman, ang mga nakamit ng atomic physics ay nagpahiwatig ng landas kung saan naging posible na lumampas sa hangganan ng periodic table na itinakda ng kalikasan.

Mga elementong may b tungkol sa Ang mas malalaking atomic number kaysa sa uranium ay tinatawag na transuranium. Sa pamamagitan ng kanilang pinagmulan, ang mga elementong ito ay artipisyal (synthetic). Nakukuha ang mga ito sa pamamagitan ng nuclear transformation reactions ng mga elementong matatagpuan sa kalikasan.

Ang unang pagtatangka, bagaman hindi lubos na matagumpay, upang matuklasan ang transuranium na rehiyon ng periodic table ay ginawa ng Italyano na pisiko na si Enrico Fermi sa Roma ilang sandali matapos mapatunayan ang pagkakaroon ng mga neutron. Ngunit noong 1940-1941 lamang. tagumpay sa pagtuklas ng unang dalawang elemento ng transuranium, katulad ng neptunium (atomic number 93) at plutonium (atomic number 94), ay nakamit ng mga Amerikanong siyentipiko mula sa Unibersidad ng California sa Berkeley.

Maraming uri ng mga reaksyong nuklear ang sumasailalim sa mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga elemento ng transuranium.

Ang unang uri ay neutron fusion. Sa pamamaraang ito, sa nuclei ng mga mabibigat na atomo na na-irradiated ng mga neutron, ang isa sa mga neutron ay na-convert sa isang proton. Ang reaksyon ay sinamahan ng tinatawag na electronic decay (--decay) - ang pagbuo at ejection mula sa nucleus na may malaking kinetic energy ng isang negatibong sisingilin - particle (electron). Posible ang reaksyon sa labis na mga neutron sa nucleus.

Ang kabaligtaran na reaksyon ay ang pagbabago ng isang proton sa isang neutron na may paglabas ng isang positibong sisingilin + -particle (positron). Ang isang katulad na positron decay (+ -decay) ay sinusunod kapag may kakulangan ng mga neutron sa nuclei at humahantong sa pagbaba sa nuclear charge, i.e. upang bawasan ng isa ang atomic number ng isang elemento. Ang isang katulad na epekto ay nakakamit kapag ang isang proton ay na-convert sa isang neutron sa pamamagitan ng pagkuha ng isang malapit na orbital electron.

Ang mga bagong elemento ng transuranium ay unang nakuha mula sa uranium sa pamamagitan ng neutron fusion sa mga nuclear reactor (bilang mga produkto ng mga pagsabog ng nuclear bomb), at kalaunan ay na-synthesize gamit ang mga particle accelerators - cyclotrons.

Ang pangalawang uri ay ang mga reaksyon sa pagitan ng nuclei ng mga atomo ng paunang elemento ("target") at ng nuclei ng mga atomo ng mga light elements (isotopes ng hydrogen, helium, nitrogen, oxygen, at iba pa) na ginagamit bilang mga particle ng bombarding. Ang mga proton sa nuclei ng "target" at "projectile" ay may positibo singil ng kuryente at nakakaranas ng matinding pagtataboy kapag lumalapit sa isa't isa. Upang mapagtagumpayan ang mga salungat na puwersa, upang makabuo ng isang tambalang nucleus, kinakailangan na magbigay ng mga atomo ng "projectile" na may napakalaking kinetic energy. Ang gayong napakalaking enerhiya ng pagbobomba ng mga particle ay nakaimbak sa mga cyclotron. Ang nagreresultang intermediate compound nucleus ay may medyo malaking labis na enerhiya, na dapat ilabas upang patatagin ang bagong nucleus. Sa kaso ng mabibigat na elemento ng transuranium, ang labis na enerhiyang ito, kapag walang nuclear fission na nangyari, ay nawawala sa pamamagitan ng paglabas ng γ-rays (high energy electromagnetic radiation) at "evaporating" neutrons mula sa excited nuclei. Ang atomic nuclei ng bagong elemento ay radioactive. Hinahangad nilang makamit ang mas mataas na sustainability sa pamamagitan ng pagbabago panloob na istraktura sa pamamagitan ng radioactive electronic - - decay o - decay at spontaneous fission. Ang ganitong mga reaksyong nuklear ay likas sa pinakamabibigat na atomo ng mga elemento na may mga serial number na higit sa 98.

Ang reaksyon ng kusang, kusang fission ng nuclei ng mga atom ng radioactive na elemento ay natuklasan ng ating kababayan na si G.N. Flerov at Czech K.A. Petrzhak sa Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna) sa mga eksperimento sa uranium-238. Ang pagtaas sa serial number ay humahantong sa isang mabilis na pagbaba sa kalahating buhay ng nuclei ng mga atomo ng mga radioactive na elemento.

Kaugnay ng katotohanang ito, ang namumukod-tanging Amerikanong siyentipiko na si G.T. Seaborg, ay nagwagi Nobel Prize, na lumahok sa pagtuklas ng siyam na elemento ng transuranium, ay naniniwala na ang pagtuklas ng mga bagong elemento ay malamang na magtatapos sa humigit-kumulang sa elementong may serial number na 110 (katulad sa mga katangian ng platinum). Ang ideyang ito tungkol sa hangganan ng periodic table ay ipinahayag noong 60s ng huling siglo na may caveat: maliban kung ang mga bagong pamamaraan para sa synthesis ng mga elemento at ang pagkakaroon ng hindi pa kilalang mga rehiyon ng katatagan ng pinakamabibigat na elemento ay natuklasan. Natukoy ang ilan sa mga posibilidad na ito.

Ang ikatlong uri ng nuclear reactions para sa synthesis ng mga bagong elemento ay ang reaksyon sa pagitan ng mga high-energy ions na may average na atomic mass (calcium, titanium, chromium, nickel) bilang mga bombarding particle at atoms ng stable elements (lead, bismuth) bilang isang " target" sa halip na mabibigat na radioactive isotopes. Ang ganitong paraan ng pagkuha ng mas mabibigat na elemento ay iminungkahi noong 1973 ng ating scientist na si Yu.Ts. Oganesyan mula sa JINR at matagumpay na ginamit sa ibang mga bansa. Ang pangunahing bentahe ng iminungkahing paraan ng synthesis ay ang pagbuo ng hindi gaanong "mainit" na compound nuclei sa panahon ng pagsasanib ng "projectile" at "target" na nuclei. Ang paglabas ng labis na enerhiya ng compound nuclei sa kasong ito ay naganap bilang isang resulta ng "pagsingaw" ng isang makabuluhang mas maliit na bilang ng mga neutron (isa o dalawa sa halip na apat o lima).

Isang hindi pangkaraniwang reaksyong nuklear sa pagitan ng mga ion ng bihirang Ca-48 isotope na pinabilis sa isang cyclotron
Ang U-400, at mga atomo ng actinoid element na curium Cm-248 na may pagbuo ng elemento-114 (“ekaslead”) ay natuklasan sa Dubna noong 1979. Napag-alaman na ang reaksyong ito ay gumagawa ng isang “malamig” na nucleus na hindi “nag-evaporate ” isang solong neutron , at lahat ng labis na enerhiya ay dinadala ng isang-particle. Nangangahulugan ito na para sa synthesis ng mga bagong elemento, maaari ding ipatupad pang-apat na uri mga reaksyong nuklear sa pagitan ng pinabilis na mga ion ng mga atom na may average na bilang ng masa at mga atomo ng mabibigat na elemento ng transuranium.

AT Ang pag-unlad ng teorya ng periodic system ng mga elemento ng kemikal ay may mahalagang papel sa paghahambing ng mga kemikal na katangian at istraktura ng mga electron shell ng lanthanides na may mga serial number na 58–71 at actinides na may mga serial number na 90–103. Ipinakita na ang pagkakapareho ng mga kemikal na katangian ng lanthanides at actinides ay dahil sa pagkakapareho ng kanilang mga elektronikong istruktura. Ang parehong pangkat ng mga elemento ay isang halimbawa ng isang panloob na serye ng paglipat na may sunud-sunod na pagpuno 4 f- o 5 f-mga shell ng elektron, ayon sa pagkakabanggit, pagkatapos punan ang panlabas s- at R-electronic na mga orbital.

Tinatawag na superheavy ang mga elementong may atomic number sa periodic table na 110 pataas. Ang pag-unlad patungo sa pagtuklas ng mga elementong ito ay nagiging mas mahirap at mahaba, dahil. hindi sapat na mag-synthesize ng isang bagong elemento, kailangan itong kilalanin at patunayan na ang bagong elemento ay mayroon lamang mga likas na katangian nito. Ang mga paghihirap ay sanhi ng katotohanan na ang isang maliit na bilang ng mga atom ay magagamit para sa pag-aaral ng mga katangian ng mga bagong elemento. Ang oras kung kailan maaaring pag-aralan ang isang bagong elemento bago mangyari ang radioactive decay ay kadalasang napakaikli. Sa mga kasong ito, kahit na isang atom lamang ng isang bagong elemento ang nakuha, ang paraan ng mga radioactive tracer ay ginagamit upang makita ito at paunang pag-aralan ang ilan sa mga katangian nito.

Ang Element-109, meitnerium, ay ang huling elemento sa periodic table na matatagpuan sa karamihan ng mga textbook sa chemistry. Ang Element-110, na kabilang sa parehong pangkat ng periodic table bilang platinum, ay unang na-synthesize sa Darmstadt (Germany) noong 1994 gamit ang isang malakas na heavy ion accelerator ayon sa reaksyon:

Ang kalahating buhay ng nagresultang isotope ay napakaikli. Noong Agosto 2003, opisyal na inaprubahan ng 42nd IUPAC General Assembly at ng IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) Council ang pangalan at simbolo para sa elemento-110: darmstadtium, Ds.

Sa parehong lugar, sa Darmstadt, noong 1994, ang elemento-111 ay unang nakuha sa pamamagitan ng pagkilos ng isang sinag ng 64 28 Ni isotope ions sa 209 83 Bi atoms bilang isang "target". Sa pamamagitan ng desisyon nito noong 2004, kinilala ng IUPAC ang pagtuklas at inaprubahan ang panukalang pangalanan ang elemento-111 roentgenium, Rg, bilang parangal sa namumukod-tanging German physicist na si W.K. Roentgen, na natuklasan X-ray, kung saan binigyan niya ng ganoong pangalan dahil sa kawalan ng katiyakan ng kanilang kalikasan.

Ayon sa impormasyong natanggap mula sa JINR, sa Laboratory of Nuclear Reactions. Nag-synthesize si G.N. Flerova ng mga elemento na may mga serial number 110–118 (maliban sa elemento-117).

Bilang resulta ng synthesis ayon sa reaksyon:

sa Darmstadt noong 1996, ilang mga atomo ng bagong elemento-112 ang nakuha, na nabubulok sa paglabas ng mga -particle. Ang kalahating buhay ng isotope na ito ay 240 microseconds lamang. Maya-maya, sa JINR, ang paghahanap para sa mga bagong isotopes ng elemento-112 ay isinagawa sa pamamagitan ng pag-iilaw ng U-235 na mga atomo na may mga Ca-48 na ion.

Noong Pebrero 2004 sa prestihiyosong mga siyentipikong journal may mga ulat ng pagtuklas sa JINR ng aming mga siyentipiko kasama ang mga Amerikanong mananaliksik mula sa Lawrence Berkeley National Laboratory (USA) ng dalawang bagong elemento na may mga numerong 115 at 113. Ang grupong ito ng mga siyentipiko sa mga eksperimento na isinagawa noong Hulyo–Agosto 2003 sa U. -400 cyclotron na may gas-filled separator, sa reaksyon sa pagitan ng Am-243 atoms at ions ng Ca-48 isotope, 1 atom ng isotope ng element-115 na may mass number na 287 at 3 atoms na may mass number na Na-synthesize ang 288. Ang lahat ng apat na atom ng elemento-115 ay mabilis na nabulok sa paglabas ng -particle at ang pagbuo ng mga isotopes ng elemento-113 na may mass number na 282 at 284. Ang pinaka-matatag na isotope 284 113 ay may kalahating buhay na humigit-kumulang 0.48 s . Ito ay bumagsak sa paglabas ng -particle at naging X-ray isotope 280 Rg.

Noong Setyembre 2004, isang grupo ng mga Japanese scientist mula sa Physicochemical Research Institute, pinangunahan ni Kosuki Morita (Kosuke Morita) sinabi na sila ay nag-synthesize ng elemento-113 sa pamamagitan ng reaksyon:

Sa panahon ng pagkabulok nito sa paglabas ng -particle, nakuha ang x-ray isotope 274 Rg. Dahil ito ang unang artipisyal na elemento na nakuha ng mga Japanese scientist, naramdaman nilang may karapatan silang gumawa ng panukala na tawagin itong "Japan".

Ang hindi pangkaraniwang synthesis ng elemento-114 isotope na may mass number na 288 mula sa curium ay nabanggit na sa itaas. Noong 1999, lumitaw ang isang ulat sa paggawa sa JINR ng parehong isotope ng elemento-114 sa pamamagitan ng pagbomba ng mga atomo ng plutonium na may mass number na 244 na may mga Ca-48 na ion.

Ang pagtuklas ng mga elemento na may mga serial number 118 at 116 ay inihayag din bilang resulta ng pangmatagalang magkasanib na pag-aaral ng mga nukleyar na reaksyon ng californium Cf-249 at curium Cm-245 isotopes na may Ca-48 heavy ion beam, na isinagawa ng Russian at Mga Amerikanong siyentipiko noong panahon 2002-2005. sa JINR. Ang Element-118 ay nagsasara ng ika-7 na panahon ng periodic table, sa mga katangian nito ay isang analogue ng noble gas radon. Ang Element-116 ay dapat magkaroon ng ilang mga katangian na karaniwan sa polonium.

Ayon sa itinatag na tradisyon, ang pagtuklas ng mga bagong elemento ng kemikal at ang kanilang pagkakakilanlan ay dapat na kumpirmahin ng desisyon ng IUPAC, ngunit ang karapatang magmungkahi ng mga pangalan para sa mga elemento ay ibinibigay sa mga natuklasan. Tulad ng isang mapa ng Earth, ang periodic table ay sumasalamin sa mga pangalan ng mga teritoryo, bansa, lungsod at mga sentrong pang-agham, kung saan natuklasan at pinag-aralan ang mga elemento at ang kanilang mga compound, na-immortalize ang mga pangalan ng mga sikat na siyentipiko na gumawa ng malaking kontribusyon sa pagbuo ng pana-panahong sistema ng mga elemento ng kemikal. At hindi nagkataon na ang elemento-101 ay pinangalanan sa D.I. Mendeleev.

Upang masagot ang tanong kung saan maaaring dumaan ang hangganan ng periodic table, sa isang pagkakataon ay ginawa ang isang pagtatasa ng mga electrostatic na puwersa ng pagkahumaling ng mga panloob na electron ng mga atomo sa isang positibong sisingilin na nucleus. Ang mas mataas na serial number ng elemento, mas malakas ang electron "fur coat" sa paligid ng nucleus ay naka-compress, mas malakas ang panloob na mga electron ay naaakit sa nucleus. Kailangang dumating ang isang sandali kapag ang mga electron ay nagsimulang makuha ng nucleus. Bilang resulta ng naturang pagkuha at pagbaba ng singil ng nucleus, ang pagkakaroon ng napakabibigat na elemento ay nagiging imposible. Ang isang katulad na sakuna na sitwasyon ay dapat lumitaw kapag ang ordinal na numero ng elemento ay 170–180.

Ang hypothesis na ito ay pinabulaanan at ipinakita na walang mga paghihigpit para sa pagkakaroon ng napakabigat na elemento sa mga tuntunin ng mga ideya tungkol sa istruktura ng mga shell ng elektron. Ang mga limitasyon ay lumitaw bilang isang resulta ng kawalang-tatag ng nuclei mismo.

Gayunpaman, dapat sabihin na ang buhay ng mga elemento ay bumababa nang hindi regular sa pagtaas ng atomic number. Ang susunod na inaasahang rehiyon ng katatagan ng mga superheavy na elemento, dahil sa paglitaw ng mga saradong neutron o proton shell ng nucleus, ay dapat na nasa paligid ng dobleng magic nucleus na may 164 proton at 308 neutron. Ang posibilidad ng pagbubukas ng mga naturang elemento ay hindi pa malinaw.

Kaya, ang tanong ng hangganan ng periodic table ng mga elemento ay nananatili pa rin. Batay sa mga patakaran para sa pagpuno ng mga electron shell na may pagtaas sa atomic number ng isang elemento, ang hinulaang ika-8 yugto ng periodic table ay dapat maglaman ng mga superactinoid na elemento. Ang lugar na inilaan sa kanila sa periodic table ng D.I. Mendeleev ay tumutugma sa III pangkat ng elemento, katulad ng kilalang bihirang lupa at actinoid transuranium na mga elemento.

Sa pagtatapos ng ikalawang milenyo, ang Academician na si Vitaly Lazarevich Ginzburg ay nagtipon ng isang listahan ng tatlumpung problema sa physics at astrophysics na itinuturing niyang pinakamahalaga at kawili-wili (tingnan ang "Science and Life" No. 11, 1999). Sa listahang ito, sa ilalim ng numero 13, ang problema sa paghahanap ng mga superheavy na elemento ay ipinahiwatig. Pagkatapos, 12 taon na ang nakalilipas, nabanggit ng akademya na may kalungkutan na "ang pagkakaroon ng mahabang buhay (pinag-uusapan natin ang tungkol sa milyun-milyong taon) transuranium nuclei sa cosmic ray ay hindi pa nakumpirma." Ngayon, ang mga bakas ng naturang nuclei ay natuklasan. Nagbibigay ito ng pag-asa na sa wakas ay matuklasan ang Isla ng Katatagan ng napakabigat na nuclei, ang pagkakaroon nito ay minsang hinulaang ng nuclear physicist na si Georgy Nikolaevich Flerov.

Ang tanong ay kung may mga elementong mas mabigat kaysa sa uranium-92 (238 U ang matatag na isotope nito), sa mahabang panahon nanatiling bukas, dahil hindi sila naobserbahan sa kalikasan. Ito ay pinaniniwalaan na walang mga matatag na elemento na may atomic number na higit sa 180: isang malakas na positibong singil ng nucleus ang sisira sa mga panloob na antas ng mga electron ng isang mabigat na atom. Gayunpaman, sa lalong madaling panahon naging malinaw na ang katatagan ng isang elemento ay tinutukoy ng katatagan ng core nito, hindi ang shell nito. Ang mga nuclei na may pantay na bilang ng mga proton Z at mga neutron N ay matatag, kung saan ang mga nuclei na may tinatawag na magic number ng mga proton o neutrons - 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 - ay, halimbawa, lata, nangunguna. At ang pinaka-matatag ay ang "double magic nuclei", kung saan ang bilang ng parehong mga neutron at proton ay magic, halimbawa, helium at calcium. Ganito ang lead isotope 208 Pb: mayroon itong Z = 82, N = 126. Ang katatagan ng isang elemento ay lubos na nakadepende sa ratio ng bilang ng mga proton at neutron sa nucleus nito. Halimbawa, ang tingga na may 126 neutron ay matatag, habang ang isa pang isotope nito, na may isa pang neutron sa nucleus, ay nabubulok sa loob ng higit sa tatlong oras. Ngunit, nabanggit ni V. L. Ginzburg, hinuhulaan ng teorya na ang isang tiyak na elemento X na may bilang ng mga proton Z = 114 at neutron N = 184, iyon ay, na may mass atomic number na A = Z + N = 298, ay dapat mabuhay ng halos 100 milyon. taon.

Ngayon, maraming elemento ang artipisyal na nakuha hanggang sa ika-118 kasama - 254 Uuo. Ito ang pinakamabigat na di-metal, marahil ay isang hindi gumagalaw na gas; ang mga kondisyonal na pangalan nito ay ununoctia (ito ay nabuo mula sa mga ugat ng Latin numeral - 1, 1, 8), eka-radon at moscovium Mw. Ang lahat ng mga artipisyal na elemento ay dating umiral sa Earth, ngunit nagkawatak-watak sa paglipas ng panahon. Halimbawa, ang plutonium-94 ay may 16 isotopes, at 244 Pu lamang ang may kalahating buhay T ½ = 7.6 10 7 taon; Ang neptunium-93 ay may 12 isotopes at 237 Np ay may T ½ = 2.14 10 6 na taon. Ang pinakamahabang kalahating buhay na ito sa lahat ng isotopes ng mga elementong ito ay mas mababa kaysa sa edad ng Earth - (4.5–5.5)·10 9 . Ang hindi gaanong mga bakas ng neptunium, na matatagpuan sa uranium ores, ay mga produkto ng nuclear reactions sa ilalim ng pagkilos ng cosmic radiation neutrons at spontaneous fission ng uranium, at ang plutonium ay bunga ng beta decay ng neptunium-239.

Ang mga elemento na nawala sa panahon ng pagkakaroon ng Earth ay nakuha sa dalawang paraan. Una, ang isang dagdag na neutron ay maaaring itaboy sa nucleus ng isang mabigat na elemento. Doon ito sumasailalim sa beta decay, na bumubuo ng isang proton, isang electron at isang electron antineutrino: n 0 → p + e - + v e . Ang singil ng nucleus ay tataas ng isa - isang bagong elemento ang lilitaw. Ito ay kung paano nakuha ang mga artipisyal na elemento hanggang sa fermium-100 (ang isotope nito 257 Fm ay may kalahating buhay na 100 taon).

Kahit na ang mas mabibigat na elemento ay nilikha sa mga accelerator na nagpapabilis at nagbabangga sa nuclei, halimbawa, ginto (tingnan ang "Science and Life" No. 6, 1997). Ito ay eksakto kung paano nakuha ang ika-117 at ika-118 na elemento sa Laboratory of Nuclear Reactions ng Joint Institute for Nuclear Research (JINR, Dubna). Bukod dito, hinuhulaan ng teorya na ang matatag na superheavy nuclei ay dapat umiral nang malayo sa kasalukuyang kilalang mabibigat na radioactive na elemento. Inilarawan ng pisikong Ruso na si G. N. Flerov ang sistema ng mga elemento sa anyo ng isang simbolikong arkipelago, kung saan matatag na elemento napapaligiran ng dagat ng mga panandaliang isotopes na maaaring hindi kailanman matuklasan. Sa pangunahing isla ng kapuluan tumaas ang mga taluktok ng pinaka-matatag na elemento - Calcium, Tin at Lead, sa kabila ng Strait of Radioactivity ay namamalagi ang isla ng Heavy nuclei na may mga taluktok ng Uranus, Neptunium at Plutonium. At kahit na mas malayo ay dapat mayroong isang misteryosong isla ng Stability ng mga superheavy elements, katulad ng nabanggit na - X-298.

Sa kabila ng lahat ng tagumpay ng eksperimental at teoretikal na pisika, ang tanong ay nananatiling bukas: ang mga superheavy na elemento ba ay umiiral sa kalikasan, o ang mga ito ay puro artipisyal, gawa ng tao na mga sangkap, katulad ng mga sintetikong materyales - nylon, nylon, lavsan - hindi kailanman nilikha ng kalikasan?

May mga kondisyon para sa pagbuo ng mga naturang elemento sa kalikasan. Nilikha ang mga ito sa kalaliman ng mga pulsar at sa mga pagsabog ng supernovae. Ang mga flux ng neutron sa kanila ay umaabot sa isang malaking density - 10 38 n 0 /m 2 at may kakayahang makabuo ng superheavy nuclei. Nagkalat sila sa espasyo sa isang stream ng intergalactic cosmic rays, ngunit ang kanilang proporsyon ay napakaliit - ilang mga particle lamang bawat metro kuwadrado bawat taon. Samakatuwid, lumitaw ang ideya na gumamit ng isang natural na detector-accumulator ng cosmic radiation, kung saan ang napakabigat na nuclei ay dapat mag-iwan ng isang tiyak, madaling makikilalang bakas. Ang mga meteorite ay matagumpay na nagsilbi bilang mga naturang detector.

Isang meteorite - isang piraso ng bato na napunit mula sa inang planeta ng ilang uri ng kosmikong sakuna - ay naglalakbay sa kalawakan sa daan-daang milyong taon. Ito ay patuloy na "kinabibilangan" ng mga cosmic ray, na 90% hydrogen nuclei (protons), 7% helium nuclei (dalawang proton) at 1% electron. Ang natitirang 2% ay iba pang mga particle, kung saan maaaring mayroong superheavy nuclei.

Mga mananaliksik mula sa Physics Institute. P. N. Lebedev (FIAN) at ang Institute of Geochemistry at Analytical Chemistry. Ang V. I. Vernadsky (GEOKHI RAS) ay nag-aaral ng dalawang pallasite - iron-nickel meteorites interspersed with olivine (isang grupo ng translucent minerals kung saan ang Mg 2, (Mg, Fe) 2 at (Mn, Fe) 2 ay nakakabit sa silicon dioxide SiO 4 sa magkaibang proporsyon; ang transparent na olivine ay tinatawag na chrysolite). Ang edad ng mga meteorite na ito ay 185 at 300 milyong taon.

Ang mabigat na nuclei, na lumilipad sa isang olivine na kristal, ay nakakasira sa sala-sala nito, na iniiwan ang kanilang mga bakas dito - mga track. Sila ay makikita pagkatapos ng kemikal na paggamot ng kristal - pag-ukit. At dahil ang olivine ay translucent, ang mga track na ito ay maaaring obserbahan at pag-aralan sa ilalim ng mikroskopyo. Ang kapal ng track, ang haba at hugis nito ay maaaring gamitin upang hatulan ang singil at atomic mass ng nucleus. Ang pananaliksik ay lubos na kumplikado sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga olivine na kristal ay may mga sukat ng pagkakasunud-sunod ng ilang milimetro, at ang track ng isang mabigat na butil ay mas mahaba. Samakatuwid, ang magnitude ng singil nito ay kailangang hatulan mula sa hindi direktang data - ang rate ng pag-ukit, pagbaba sa kapal ng track, atbp.

Ang trabaho upang makahanap ng mga bakas ng napakabigat na particle mula sa isla ng katatagan ay tinawag na "Project Olympia". Sa loob ng balangkas ng proyektong ito, nakuha ang impormasyon sa humigit-kumulang anim na libong nuclei na may singil na higit sa 55 at tatlong ultra-heavy nuclei, na ang mga singil ay nasa saklaw mula 105 hanggang 130. Lahat ng mga katangian ng mga track ng mga nuclei na ito ay sinusukat sa pamamagitan ng isang complex ng high-precision na kagamitan na ginawa sa FIAN. Awtomatikong kinikilala ng complex ang mga track, tinutukoy ang kanilang mga geometric na parameter at, sa pag-extrapolate sa data ng pagsukat, hinahanap ang tinantyang haba ng track bago ito huminto sa olivine mass (tandaan na ang tunay na sukat ng kristal nito ay ilang milimetro).

Kinukumpirma ng nakuhang mga resultang pang-eksperimento ang katotohanan ng pagkakaroon ng mga matatag na superheavy na elemento sa kalikasan.