Изкуствени елементи. Радиоактивен химичен елемент

Съществуват и ограничения за съществуването на атомни ядра от страната на свръхтежките елементи. Елементи със Z> 92 не са открити in vivo. Изчисленията, използващи модела с течна капка, предвиждат изчезването на бариерата на делене за ядра с Z2 / A ≈ 46 (приблизително 112 елемента). В проблема за синтеза на свръхтежки ядра трябва да се разграничат две групи въпроси.

Какви свойства трябва да притежават свръхтежките ядра? Ще има ли магически числа в този регион Z и N. Кои са основните канали на разпад и периодите на полуразпад на свръхтежките ядра?
Какви реакции трябва да се използват за синтезиране на свръхтежки ядра, видове бомбардиращи ядра, очаквани напречни сечения, очаквани енергии на възбуждане на съставното ядро и канали за де-възбуждане?

Тъй като образуването на свръхтежки ядра възниква в резултат на пълното сливане на целевото ядро и падащата частица, е необходимо да се създадат теоретични модели, описващи динамиката на процеса на сливане на две сблъскващи се ядра в сложно ядро.
Проблемът за синтеза на свръхтежки елементи е тясно свързан с факта, че ядрата с Z, N = 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (магически числа) имат повишена стабилност по отношение на различни режими на радиоактивен разпад. Това явление се обяснява в рамките на модела на черупката - магическите числа съответстват на напълнените черупки. Естествено възниква въпросът за съществуването на следните магически числа в Z и N. Ако те съществуват в областта на N-Z диаграмата на атомните ядра N> 150, Z> 101, трябва да се наблюдават свръхтежки ядра с увеличен период на полуразпад, т.е. трябва да има остров на стабилност. В тази работа, въз основа на изчисления, извършени с помощта на потенциала на Уудс-Саксън, като се вземе предвид спин-орбиталното взаимодействие, беше показано, че трябва да се очаква повишаване на ядрената стабилност за ядро с Z = 114, тоест следващото запълнено протонната обвивка съответства на Z = 114, запълнена неутронна обвивка съответства на числото N ~ 184. Затворените черупки могат значително да увеличат височината на бариерата на делене и съответно да увеличат живота на ядрото. По този начин, в тази област от ядра (Z = 114, N ~ 184), потърсете Острова на стабилността. Същият резултат е получен независимо в работата.
Ядра със Z = 101–109 са открити преди 1986 г. и са наречени: 101 - Md (Menelevium), 102 - No (Nobelium), 103 - Lr (Lawrencium), 104 - Rf (Rutherfordium, 106 - Sg (Seaborgium), 107 - Ns (Nielsborium), 108 - Hs (Hassium), 109 - Mt (Meitnerium) Като се имат предвид заслугите на изследователи от Дубна при откритието Голям бройизотопи на тежки елементи (102-105), през 1997 г., с решение на Общото събрание по чиста и приложна химия, елементът със Z = 105 е наречен Dubnium (Db). Този елемент преди се е наричал Ха (Hannium).

Ориз. 12.3. Вериги на разпад на изотопи Ds (Z = 110), Rg (Z = 111), Cn (Z = 112).

Нов етап в изследването на свръхтежки ядра започва през 1994 г., когато ефективността на откриване е значително повишена и техниката за наблюдение на свръхтежки ядра е подобрена. В резултат на това бяха открити изотопите Ds (Z = 110), Rg (Z = 111) и Cn (Z = 112).
За получаване на свръхтежки ядра са използвани ускорени лъчи от 50 Ti, 51 V, 58 Fe, 62 Ni, 64 Ni, 70 Zn и 82 Se. Като мишени са използвани изотопите 208 Pb и 209 Bi. В Лабораторията по ядрени реакции са синтезирани различни изотопи на елемент 110. Г.Н. Флеров използва реакцията 244 Pu (34 S, 5n) 272 110 и при GSI (Дармщат) в реакцията 208 Pb (62 Ni, n) 269 110. Изотопи 269 Ds, 271 Ds, 272 Rg и 277 Cn са записани от техните вериги на разпад (фиг.12.3).
Важна роля в производството на свръхтежки елементи играят теоретичните модели, които се използват за изчисляване на очакваните характеристики на химичните елементи, реакциите, при които те могат да се образуват.
Характеристиките на разпада на свръхтежки ядра бяха изчислени на базата на различни теоретични модели. Резултатите от едно от тези изчисления са показани на фиг. 12.4. Времето на полуразпад на четно-четно свръхтежки ядра е дадено по отношение на спонтанно делене (а), α-разпад (b), β-разпад (c) и за всички възможни процеси на разпад (d). Най-стабилното ядро по отношение на спонтанното делене (фиг. 12.4а) е ядрото със Z = 114 и N = 184. За него времето на полуразпад по отношение на спонтанното делене е ~ 10 16 години. За изотопи на 114-ия елемент, които се различават от най-стабилните с 6-8 неутрона, периодът на полуразпад намалява с
10-15 порядъка. Времето на полуразпад по отношение на α-разпада е показано на фиг. 12.5b. Най-стабилното ядро се намира при Z = 114 и N = 184 (T 1/2 = 10 15 години).
Ядра, стабилни по отношение на β-разпад, са показани на фиг. 12,4 на тъмни точки. На фиг. 12.4d показва общия период на полуразпад, който е ~ 10 5 години за четно-четни ядра, разположени вътре в централния контур. Така, след като се вземат предвид всички видове разпад, се оказва, че ядрата в близост до Z = 110 и N = 184 образуват „остров на стабилност“. Ядрото 294 110 има период на полуразпад от около 10 9 години. Разликата между стойността Z и магическото число 114, предвидено от модела на черупката, е свързана с конкуренцията между делене (по отношение на кое ядрото със Z = 114 е най-стабилно) и α-разпад (по отношение на кои ядра с по-ниски Z са стабилни). Нечетно-четно и четно-нечетно ядра имат период на полуразпад по отношение на
α-разпадът и спонтанното делене се увеличават, а по отношение на β-разпада те намаляват. Трябва да се отбележи, че горните оценки силно зависят от параметрите, използвани в изчисленията, и могат да се разглеждат само като индикации за възможността за съществуване на свръхтежки ядра с достатъчно дълъг живот за тяхното експериментално откриване.

Ориз. 12.4. Период на полуразпад, изчислен за четни-четни свръхтежки ядра (числата показват полуразпад в години):
a - по отношение на спонтанното делене, b - α-разпад, c - e-улавяне и β-разпад, d - за всички процеси на разпад

Резултатите от друго изчисление на равновесната форма на свръхтежки ядра и техния полуживот са показани на фиг. 12.5, 12.6. На фиг. 12.5 е показана зависимостта на равновесната енергия на деформация от броя на неутроните и протоните за ядра със Z = 104-120. Енергията на деформация се дефинира като разлика между енергиите на ядрата в равновесни и сферични форми. От тези данни се вижда, че в областите Z = 114 и N = 184 трябва да има ядра, които имат сферична форма в основно състояние. Всички открити досега свръхтежки ядра (показани на фиг. 12.5 с тъмни ромби) са деформирани. Отворените ромби показват стабилни ядра по отношение на β-разпад. Тези ядра трябва да се разпаднат в резултат на α-разпад или делене. Основният канал за разпад трябва да бъде алфа разпад.

Времето на полуразпад за четно-четни β-стабилни изотопи е показано на фиг. 12.6. Според тези прогнози за повечето ядра се очаква периодът на полуразпад да бъде много по-дълъг от този, наблюдаван за вече открити свръхтежки ядра (0,1–1 ms). Например, за ядрото 292 Ds се предвижда живот от ~ 51 години.
Така, според съвременните микроскопски изчисления, стабилността на свръхтежките ядра рязко нараства с приближаването до магическото число за неутроните N = 184. Доскоро единственият изотоп на елемента Z = 112 Cn (коперний) беше изотопът 277 Cn, който има полуживот от 0,24 ms. По-тежкият изотоп 283 Cn е синтезиран в реакцията на студен синтез 48 Ca + 238 U. Времето на облъчване е 25 дни. Общият брой на 48 Ca йони върху целта е 3,5 × 10 18. Бяха регистрирани два случая, които бяха интерпретирани като спонтанно делене на образувания изотоп 283 Cn. Времето на полуразпад на този нов изотоп се оценява на T 1/2 = 81 s. По този начин може да се види, че увеличаването на броя на неутроните в изотопа 283 Cn в сравнение с изотопа 277 Cn с 6 единици увеличава живота с 5 порядъка.
На фиг. 12.7, взето от работата, експериментално измерените периоди на α-разпад се сравняват с резултатите от теоретичните изчисления, базирани на модела на капка течност, без да се отчита структурата на обвивката на ядрата. Може да се види, че за всички тежки ядра, с изключение на леките уранови изотопи, ефектите на обвивката увеличават периода на полуразпад с 2-5 порядъка за повечето ядра. Структурата на черупката на ядрото има още по-силен ефект върху периода на полуразпад в сравнение със спонтанното делене. Увеличаването на периода на полуразпад за изотопи Pu е с няколко порядъка и се увеличава за изотопа 260 Sg.

Ориз. 12.7. Експериментално измерени (● exp) и теоретично изчислени (○ Y) периоди на полуразпад на трансуранови елементи въз основа на модела на капка течност, без да се отчита структурата на черупката на ядрото. Горната цифра е времето на полуразпад за α-разпад, долната цифра е времето на полуразпад за спонтанно делене.

На фиг. Фигура 12.8 показва измереното време на живот на сейборгиевите изотопи Sg (Z = 106) в сравнение с прогнозите на различни теоретични модели. Забележително е намаляването с почти порядък на живота на изотопа с N = 164 в сравнение с живота на изотопа с N = 162.
Най-близкият подход до острова на стабилност може да се постигне в реакцията 76 Ge + 208 Pb. Свръхтежко почти сферично ядро може да се образува в реакция на синтез, последвана от излъчване на γ-кванти или един неутрон. Според оценките, образуваното ядро 284 114 трябва да се разпадне с излъчване на алфа частици с период на полуразпад от ~ 1 ms. Допълнителна информацияЗапълването на обвивката в областта на N = 162 може да се получи чрез изследване на α-разпадите на ядрата 271 Hs и 267 Sg. За тези ядра е предвиден полуживот от 1 минута. и 1 час. За ядра 263 Sg, 262 Bh, 205 Hs, 271.273 Ds се очаква изомерия, причината за която е запълването на подобвивки с j = 1/2 и j = 13/2 в областта на N = 162 за ядра, деформирани в основното състояние.

На фиг. 12.9 са показани експериментално измерените функции на възбуждане за образуване на елементите Rf (Z = 104) и Hs (Z = 108) за реакциите на сливане на падащи йони 50 Ti и 56 Fe с целевото ядро 208 Pb.
Полученото съставно ядро се охлажда чрез излъчване на един или два неутрона. Информацията за функциите на възбуждане на реакциите на синтез на тежки йони е особено важна за производството на свръхтежки ядра. При реакцията на синтез на тежки йони е необходимо точно да се балансира действието на кулоновите сили и силите на повърхностното напрежение. Ако енергията на падащия йон не е достатъчно голяма, тогава разстоянието на най-близкия подход ще бъде недостатъчно за синтеза на двоичната ядрена система. Ако енергията на падащата частица е твърде висока, тогава получената система ще има висока енергия на възбуждане и с голяма вероятност ще се разпадне на фрагменти. Сливането ефективно се случва в доста тесен диапазон от енергии на сблъскващи се частици.

Фигура 12.10. Диаграма на потенциала за синтез на 64 Ni и 208 Pb.

Реакциите на синтез с излъчване на минимален брой неутрони (1–2) са от особен интерес, тъй като в синтезирани свръхтежки ядра е желателно да има най-голямото съотношение N/Z. На фиг. 12.10 показва потенциала за синтез на ядра в реакцията 64 Ni + 208 Pb → 272 Ds. Най-простите оценки показват, че вероятността за тунелния ефект за ядрен синтез е ~ 10 –21, което е значително по-ниско от наблюдаваното напречно сечение. Това може да се обясни по следния начин. На разстояние 14 fm между центровете на ядрата, първоначалната кинетична енергия от 236,2 MeV е напълно компенсирана от кулоновия потенциал. На това разстояние в контакт са само нуклони, разположени на повърхността на ядрото. Енергията на тези нуклони е ниска. Следователно има голяма вероятност нуклоните или двойките нуклони да напуснат орбиталите в едно ядро и да се преместят в свободните състояния на партньорското ядро. Прехвърлянето на нуклони от ядрото на снаряда към целевото ядро е особено привлекателно, когато като мишена се използва двойният магически изотоп на олово 208 Pb. В 208 Pb протонната подобвивка h 11/2 и неутронната подобвивка h 9/2 и i 13/2 са запълнени. Първоначално преносът на протон се стимулира от силите на привличане на протон-протон, а след като подобвивката h 9/2 се запълни, от силите на привличане на протон-неутрон. По подобен начин неутроните се движат в свободната i 11/2 подобвивка, привличайки се от неутрони от вече запълнената i 13/2 подобвивка. Поради енергията на сдвояване и големия орбитален ъглов импулс, прехвърлянето на двойка нуклони е по-вероятно, отколкото прехвърлянето на единичен нуклон. След прехвърлянето на два протона от 64 Ni 208 Pb, кулоновата бариера намалява с 14 MeV, което допринася за по-близък контакт на взаимодействащите йони и продължаване на процеса на нуклонен трансфер.
В произведенията [V.V. Волков. Ядрени реакции на дълбоко нееластични предавания. М. Енергоиздат, 1982; В.В. Волков. Изв. Академия на науките на СССР, серия физич., 1986, т. 50 с. 1879] механизмът на реакцията на синтез е изследван подробно. Показано е, че още на етапа на улавяне се образува бинарна ядрена система след пълното разсейване на кинетичната енергия на падащата частица и нуклоните на едно от ядрата постепенно се прехвърлят обвивка по обвивка в друго ядро. Това означава, че структурата на обвивката на ядрата играе съществена роля в образуването на сложно ядро. Въз основа на този модел беше възможно да се опише доста добре енергията на възбуждане на съставните ядра и напречното сечение за образуване на елементи Z = 102–112 в реакции на студен синтез.
По този начин напредъкът в синтеза на трансуранови елементи Z = 107–112 се свързва с „откриването“ на реакции на студен синтез, при които магическите изотопи 208 Pb и 209 Bi бяха облъчени с йони с Z = 22–30. Ядрото, образувано в реакцията на студен синтез, се нагрява слабо и се охлажда в резултат на излъчването на един неутрон. Така за първи път са получени изотопи на химични елементи със Z = 107–112. Тези химични елементи са получени в периода 1978-1998 г. в Германия на специално построен ускорител в GSI Research Center в Дармщат. Но по-нататъшният напредък - към по-тежки ядра - по този метод се оказва труден поради нарастването на потенциалната бариера между сблъскващите се ядра. Следователно в Дубна е приложен различен метод за производство на свръхтежки ядра. Мишените бяха най-тежките изотопи на изкуствено получени химични елементи: плутоний Pu (Z = 94), америций Am (Z = 95), кюрий Cm (Z = 96), беркелий Bk (Z = 97) и калифорний Cf (Z = 98) ... Като ускорени йони е избран калциевият изотоп 48 Ca (Z = 20). Схематичен изглед на сепаратора и детектора на ядрото на откат е показан на фиг. 12.11.

Ориз. 12.11. Схематичен изглед на сепаратора на откатните ядра, върху който се провеждат експерименти по синтеза на свръхтежки елементи в Дубна.

Магнитният сепаратор на ядрата на отката намалява фона на страничните продукти от реакцията с коефициент 10 5 –10 7. Регистрирането на реакционните продукти се извършва с помощта на чувствителен към позиция силициев детектор. Измерени са енергията, координатите и времето на полет на ядрата на отката. След спиране всички последващи сигнали от откритите разпадни частици трябва да идват от точката на спиране на имплантираното ядро. Разработената техника позволи с висока степен на надеждност (≈ 100%) да се установи връзка между спряното в детектора свръхтежко ядро и продуктите от разпада. Тази техника е използвана за надеждно идентифициране на свръхтежки елементи
Z = 110-118 (Таблица 12.2).
Таблица 12.2 показва характеристиките на свръхтежки химични елементи със Z = 110-118: масово число A, m - наличие на изомерно състояние в изотоп с масово число A, спин-паритет JP, енергия на ядрено свързване Eb, специфична енергия на свързване ε , енергии на разделяне на неутрони B n и протон B p, период на полуразпад T 1/2 и главни канали на разпад.
Химическите елементи Z> 112 все още нямат имена и са дадени в приетите международни обозначения.

Таблица 12.2

Характеристики на свръхтежки химични елементи Z = 110-118

XX-A-m	J P	Тегло ядки, MeV	E sv, MeV	ε, MeV	B n, MeV	B p, MeV	T 1/2	Режими на разпадане
Z = 110 - дармщадий
Ds-267		248787.19	1934.5	7.2		0.7	2.8 ac	α ≈100%
Ds-268	0 +	249718.08	1943.2	7.3	8.7	1.3	100 ac	α ≈
Ds-269		250650.86	1950.0	7.2	6.8	1.3	179 ac	α 100%
Ds-270	0 +	251581.97	1958.4	7.3	8.5		0,10 мс	α ≈100%, SF< 0.20%
Дс-270-м		251583.07	1957.3	7.2			6,0 ms	α> 70%, IT ≤ 30%
Ds-271		252514.72	1965.2	7.3	6.8	2.2	1,63 мс	α ≈100%
Дс-271-м		252514.72	1965.2	7.3			69 мс	IT ?, α> 0%
Ds-272	0 +	253446.46	1973.1	7.3	7.8	2.5	1 сек	SF
Ds-273		254380.32	1978.8	7.2	5.7	2.5	0,17 мс	α ≈100%
Ds-274	0 +	255312.45	1986.2	7.2	7.4	3.0	2 сек	α?, SF?
Ds-275		256246.44	1991.8	7.2	5.6	2.9	2 сек	α?
Ds-276	0 +	257178.73	1999.1	7.2	7.3	3.2	5 сек	SF ?, α?
Ds-277		258112.63	2004.7	7.2	5.7	3.1	5 сек	α?
Ds-278	0 +	259044.92	2012.0	7.2	7.3		10 сек	SF ?, α?
Ds-279		259978.62	2017.9	7.2	5.9		0,18 с	SF ≈90%, α ≈10%
Ds-281		261844.60	2031.0	7.2			9,6 с	SF ≈100%
Z = 111 - Рентгенова снимка
Rg-272		253452.75	1965.5	7.2		0.2	3,8 мс	α ≈100%
Rg-273		254384.34	1973.5	7.2	8.0	0.4	5 ms	α?
Rg-274		255317.74	1979.6	7.2	6.2	0.9	6,4 мс	α ≈100%
Rg-275		256249.53	1987.4	7.2	7.8	1.2	10 ms	α?
Rg-276		257183.22	1993.3	7.2	5.9	1.5	100 ms	SF ?, α?
Rg-277		258115.72	2000.4	7.2	7.1	1.3	1 сек	α?, SF?
Rg-278		259049.11	2006.5	7.2	6.2	1.8	4,2 ms	α ≈100%, SF
Rg-279		259981.41	2013.8	7.2	7.3	1.8	0,17 с	α ≈100%
Rg-280		260914.80	2020.0	7.2	6.2	2.1	3,6 с	α ≈100%
Rg-281		261847.09	2027.2	7.2	7.3		1м	α?, SF?
Rg-282		262780.59	2033.3	7.2	6.1	2.3	4 м	SF ?, α?
Rg-283		263712.98	2040.5	7.2	7.2		10 м	SF ?, α?
Z = 112 - коперник
Cn-277		258119.32	1995.5	7.2		2.2	0,69 мс	α ≈100%
Cn-278	0 +	259051.20	2003.1	7.2	7.7	2.8	10 ms	SF ?, α?
Cn -279		259984.69	2009.2	7.2	6.1	2.7	0,1 с	SF ?, α?
Cn -280	0 +	260916.69	2016.8	7.2	7.6	3.0	1 сек	α?, SF?
Cn -282	0 +	262782.18	2030.4	7.2		3.2	0,50 ms	SF ≈100%
Cn -283		263715.57	2036.6	7.2	6.2	3.3	4,0 с	α ≥90%, SF ≤10%
Cn -284	0 +	264647.66	2044.1	7.2	7.5	3.6	101 мс	SF ≈100%
Cn -285		265580.76	2050.5	7.2	6.5		34 с	α ≈100%
Z = 113
Uut-278							0,24 мс	α 100%
Uut-283		263719.46	2031.4	7.2		1.0	100 ms	α 100%
Uut-284		264652.45	2038.0	7.2	6.6	1.4	0,48 с	α ≈100%
Uut-285		265584.55	2045.5	7.2	7.5	1.4	2 м	α?, SF?
Uut-286		266517.64	2051.9	7.2	6.5	1.4	5 м	α?, SF?
Uut-287		267449.64	2059.5	7.2	7.6		20 м	α?, SF?
Z = 114
Uuq-286	0 +	266520.33	2048.0	7.2		2.5	0,16 с	SF ≈60%, α ≈40%
Uuq-287		267453.42	2054.4	7.2	6.5	2.5	0,51 с	α ≈100%
Uuq-288	0 +	268385.02	2062.4	7.2	8.0	2.9	0,80 с	α ≈100%
Uuq-289		269317.91	2069.1	7.2	6.7		2,7 с	α ≈100%
Z = 115
Uup-287		267458.11	2048.4	7.1		0.5	32 ms	α 100%
Uup-288		268390.81	2055.3	7.1	6.9	0.9	87 мс	α 100%
Uup-289		269322.50	2063.2	7.1	7.9	0.8	10 сек	SF ?, α?
Uup-290		270255.30	2070.0	7.1	6.8	0.9	10 сек	SF ?, α?
Uup-291		271187.09	2077.7	7.1	7.8		1м	α?, SF?
Z = 116
Ъъъ-290	0 +	270258.98	2065.0	7.1		1.8	15 ms	α ≈100%
Ъъъ-291		271191.78	2071.7	7.1	6.8	1.8	6,3 мс	α 100%
Ъъъ-292	0 +	272123.07	2080.0	7.1	8.3	2.3	18 ms	α ≈100%
Ъъъ-293							53 ms	α ≈100%
Z = 117
Uus-291		271197.37	2064.9	7.1		-0.1	10 ms	SF ?, α?
Uus-292		272129.76	2072.0	7.1	7.2	0.3	50 ms	SF ?, α?
Z = 118
Uuo-294	0 +						1,8 мс	α ≈100%

На фиг. 12.12 са показани всички известни най-тежки изотопи със Z = 110-118, получени в реакции на синтез, което показва експериментално измерения полуживот. Той също така показва теоретично предвидената позиция на острова на стабилност (Z = 114, N = 184).

Ориз. 12.12. N-Z-диаграма на елементи Z = 110-118.

Получените резултати недвусмислено показват повишаване на стабилността на изотопите при приближаване до двойно магическото ядро (Z = 114, N = 184). Добавянето на 7–8 неутрона към ядрата със Z = 110 и 112 увеличава периода на полуразпад от 2,8 като (Ds-267) до ≈ 10 s (Ds-168, Ds 271). Времето на полуразпад T 1/2 (272 Rg, 273 Rg) ≈ 4–5 ms се увеличава до T 1/2 (283 Rg) ≈ 10 min. Най-тежките изотопи на елементи Z = 110–112 съдържат ≈ 170 неутрона, което все още е далеч от магическото число N = 184. Всички най-тежки изотопи със Z> 111 и N> 172 се разпадат главно в резултат
α-разпад, спонтанно делене - по-рядък разпад. Тези резултати са в добро съответствие с теоретичните прогнози.
В лабораторията ядрени реакциитях. Г.Н. Флерова (Дубна), е синтезиран елемент със Z = 114. Използвана е реакцията

Ядрото 289 114 беше идентифицирано чрез верига от α-разпади. Експерименталната оценка на полуживота на изотопа е 289 114 ~ 30 s. Полученият резултат е в добро съответствие с извършените по-рано изчисления.
При синтеза на 114 елемента в реакцията 48 Cu + 244 Pu се наблюдава максимален добив на изотопи със Z = 114 в канала с изпаряване на три неутрона. В този случай енергията на възбуждане на съставното ядро 289 114 е 35 MeV.
Теоретично предвидената последователност от разпада, протичащи с ядрото 296 116, образувано в реакцията 248 Cm + 48 Ca → 296 116, е показана на фиг. 12.13

Ориз. 12.13. Схема за ядрен разпад 296 116.

Изотопът 296 116 се охлажда в резултат на излъчването на четири неутрона и се превръща в изотоп 292 116, който след това се превръща с 5% вероятност в резултат на две последователни e-улавяния в изотоп 292 114. В резултат на α-разпад (T 1/2 = 85 дни) изотоп 292 114 се превръща в изотоп 288 112. Изотоп 288 112 също се образува през канала

Крайното ядро 288 112, получено от двете вериги, има период на полуразпад от около 1 час и се разпада в резултат на спонтанно делене. С около 10% вероятност изотопът 284 112 може да се образува в резултат на α-разпадането на изотопа 288 114. Горните периоди и канали на разпад са получени чрез изчисление.
На фиг. 12.14 е показана верига от последователни α-разпадания на изотопа 288 115, измерени в експерименти в Дубна. ER е енергията на ядрото на отката, имплантирано в чувствителен към позиция силициев детектор. Добро съгласие може да се отбележи в периодите на полуразпад и енергиите на α-разпада в три експеримента, което свидетелства за надеждността на метода за идентифициране на свръхтежки елементи чрез измерване на спектрите на α-частиците.

Ориз. 12.14. Верига от последователни α-разпадания на изотопа 288 115, измерени в експерименти в Дубна.

Най-трудно приет в лабораторни условияелемент със Z = 118, се синтезира в реакцията

48 Ca + 249 Cf → 294 118 + 3n.

При йонната енергия близо до кулоновата бариера са наблюдавани три случая на образуване на елемент 118. 294 118 ядра бяха имплантирани в силициев детектор и беше наблюдавана верига от последователни α-разпади. Напречното сечение за образуването на елемент 118 е ~ 2 пикобарна. Времето на полуразпад на изотопа 293 118 е 120 ms.
На фиг. 12.15 показва теоретично изчислената верига от последователни α-разпади на изотопа 293 118 и показва полуживота на дъщерните ядра, образувани в резултат на α-разпада.

Ориз. 12.15. Верига от последователни α-разпадания на изотопа 293 118.
Дадени са средните времена на живот на дъщерните ядра, образувани в резултат на α-разпада.

При анализа на различните възможности за образуване на свръхтежки елементи при реакции с тежки йони трябва да се вземат предвид следните обстоятелства.

Необходимо е да се създаде ядро с достатъчно голямо съотношение на броя на неутроните към броя на протоните. Следователно, тежките йони с голям N/Z трябва да бъдат избрани като падаща частица.
Необходимо е полученото съставно ядро да има ниска енергия на възбуждане и малък ъглов момент, в противен случай ефективната височина на бариерата на делене ще намалее.
Необходимо е образуваното ядро да има форма, близка до сферична, тъй като дори лека деформация ще доведе до бързо делене на свръхтежко ядро.

Много обещаващ метод за производство на свръхтежки ядра са реакции като 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. На фиг. 12.16 показва изчислените напречни сечения за образуване на трансуранови елементи при облъчване на мишени от 248 Cm, 249 Cf и 254 Es с ускорени 238 U йони. При тези реакции вече са получени първите резултати за напречните сечения за образуване на елементи с Z> 100. За да се увеличат добивите на изследваните реакции, дебелините на мишените са избрани така, че реакционните продукти да останат в цел. След облъчване отделните химични елементи се отделят от целта. В получените проби продуктите на α-разпад и фрагментите на делене са записани в продължение на няколко месеца. Данните, получени с ускорени уранови йони, ясно показват увеличение на добива на тежки трансуранови елементи в сравнение с по-леките бомбардиращи йони. Този факт е изключително важен за решаването на проблема за синтеза на свръхтежки ядра. Въпреки трудностите при работа със съответните цели, прогнозите за напредък към голямо Z изглеждат доста оптимистични.

Ориз. 12.16. Оценки на напречните сечения за образуване на трансуранови елементи в реакциите на 238 U с 248 Cm, 249 Cf и 254 Es

Напредване към областта на свръхтежките ядра в последните годинисе оказа изключително впечатляващо. Въпреки това, всички опити за намиране на Острова на стабилността досега са били неуспешни. Издирването му продължава усилено.
Структурата на обвивката на атомните ядра играе съществена роля за повишаване на стабилността на свръхтежките ядра. Магическите числа Z ≈ 114 и N ≈ 184, ако наистина съществуват, могат да доведат до значително повишаване на стабилността на атомните ядра. Също така е от съществено значение, че разпадът на свръхтежки ядра ще се случи в резултат на α разпад, което е важно за разработването на експериментални методи за откриване и идентифициране на нови свръхтежки ядра.

Вариант No 17288

Когато изпълнявате задачи с кратък отговор, напишете в полето за отговор число, което съответства на номера на верния отговор, или число, дума, поредица от букви (думи) или цифри. Отговорът трябва да бъде написан без интервали или допълнителни знаци. Отделете дробната част от цялата десетична запетая. Не е необходимо да пишете мерните единици.

Ако вариантът е зададен от учителя, можете да въведете или качите отговори на задачите с подробен отговор в системата. Учителят ще види резултатите от заданията за кратки отговори и ще може да оцени качените отговори на задачи с разширен отговор. Точките, дадени от учителя, ще се покажат във вашата статистика.

Версия за печат и копиране в MS Word

От курса по химия знаете следните методи за разделяне на смеси: утаяване, филтрация, дестилация (дестилация), магнитно действие, изпаряване, кристализация.Фигури 1-3 показват примери за използване на някои от тези методи.


Ориз. 1	Ориз. 2	Ориз. 3

Кой от горните методи за разделяне на смеси може да се използва за пречистване:

1) етанол и вода;

2) вода и пясък?

Запишете номера на фигурата и името на съответния метод на разделяне в таблицата.

Фигурата показва диаграма на разпределението на електроните по енергийните нива на атом на определен химичен елемент.

Въз основа на предложената схема изпълнете следните задачи:

1) дефинирайте химичен елементчийто атом има такава електронна структура;

2) посочете номера на периода и номера на групата в Периодичната таблица на химичните елементи на D.I. Менделеев, в който се намира този елемент;

3) определете дали простото вещество, което образува този химичен елемент, принадлежи към метали или неметали.

Запишете отговорите в таблицата.

Периодичната таблица на химичните елементи на Д. И. Менделеев е богато хранилище на информация за химичните елементи, техните свойства и свойства на техните съединения, за закономерностите на промените в тези свойства, за методите за получаване на вещества, както и за тяхното откритие в природата . Така например е известно, че с увеличаване на поредния номер на химичен елемент в периоди радиусите на атомите намаляват, а в групите се увеличават.

Имайки предвид тези модели, подредете следните елементи в нарастващ ред на атомните радиуси: Запишете обозначенията на елементите в необходимата последователност.

Във вашия отговор посочете обозначенията на елементите, като разделите &. Например 11 и 22.

Отговор:

Таблицата по-долу изброява характерните свойства на веществата, които имат молекулярна и йонна структура. Характерни свойствавещества

Използвайки тази информация, определят структурата на веществата йодоводород и карбонат
калций

Напишете отговора си в предвиденото място:

1) водороден йодид

2) калциев карбонат

Установете към кой клас/група принадлежат неорганични вещества, чиито формули са посочени в таблицата. В празните клетки на таблицата въведете имената на групите/класовете, към които принадлежи даденото вещество.

клас/ група
Формула вещества

1) Съставете посоченото в текста молекулно уравнение за реакцията на получаване на желязо от хематит.

2) Характеристиката на полученото желязо зависи ли от количеството добавен кокс?

1) Напишете молекулярното уравнение за реакцията на желязо и азотна киселина.

2) Как легирането с други метали подобрява химическата устойчивост на желязото?

Прочетете следния текст и изпълнете задачи 6-8.

Желязото е един от най-използваните от човека метали. Използва се както при тежки, така и лека промишленост, например в строителството, отбраната, в селско стопанствои т.н.

Желязото се получава промишлено от желязна руда, която се състои главно от хематит (Fe 2 O 3). За да направите това, руда, кокс (C), който се превръща във въглероден окис при нагряване, и допълнителни добавки се поставят в доменната пещ, които позволяват да се отърват от нежеланите примеси.

Полученото по този начин желязо не се използва често в чист вид, тъй като е химически нестабилно и обикновено се легира с различни добавки, например никел, по време на производствения процес. Ако това не се направи, стоманата може да се окисли във въздуха при висока влажност или температура и също така реагира добре с киселини.

Също така, техниката на електрохимично или химическо пасивиране често се използва за защита на металната повърхност. Желязото, например, може да се пасивира с концентрирана азотна или сярна киселина, но разредените киселини реагират добре с метал.

Решенията на задачите с разширени отговори не се проверяват автоматично.
Следващата страница ще ви помоли да ги тествате сами.

1) Напишете съкратено йонно уравнение за реакцията между желязо и азотна киселина.

2) Как пасивирането помага за подобряване на химическата устойчивост на метала?

Прочетете следния текст и изпълнете задачи 6-8.

Желязото е един от най-използваните от човека метали. Използва се както в тежката, така и в леката промишленост, като строителство, отбрана, селско стопанство и др.

Дадена е диаграма на редокс реакцията:

1. Направете електронен баланс на тази реакция.

2. Посочете окислителя и редуктора.

3. Поставете коефициентите в уравнението на реакцията.

Дадена е схемата на трансформациите: → → →

Запишете уравненията на молекулярните реакции, които могат да се използват за извършване на посочените трансформации.

Установете съответствие между класа органична материяи формулата на неговия представител: за всяка позиция, обозначена с буква, изберете съответната позиция, обозначена с число.

технеций

ТЕХНЕЦИЙ-Аз съм; м.[от гръцки. technetos - изкуствен] Химичен елемент (Tc), сребристо-сив радиоактивен метал, получен от ядрени отпадъци.

◁ Технеций, th, th.

технеций

(лат. Technetium), химичен елемент от VII група на периодичната система. Радиоактивните, най-стабилните изотопи са 97 Tc и 99 Tc (период на полуразпад, съответно 2,6 · 10 6 и 2,12 · 10 5 години). Първият изкуствено получен елемент; синтезиран от италианските учени E. Segre и C. Perriez през 1937 г. чрез бомбардиране на молибденови ядра с деутрони. Наречен от гръцкото technētós - изкуствен. Сребристо сив метал; плътност 11,487 g / cm 3, T pl 2200°С. Среща се в природата в следи от уранови руди. Спектрално открит в Слънцето и някои звезди. Получава се от ядрени отпадъци. Компонент на катализаторите. Изотоп 99 м TC се използва при диагностициране на мозъчни тумори, при изследвания на централната и периферната хемодинамика.

ТЕХНЕЦИЙ

ТЕХНЕЗИЙ (на лат. Technetium, от гръцки technetos - изкуствен), Tc (чете се "технеций"), първият изкуствено получен радиоактивен химичен елемент, атомен номер 43. Няма стабилни изотопи. Най-дълго живеещите радиоизотопи: 97 Tc (T 1/2 2,6 10 6 години, улавяне на електрони), 98 Tc (T 1/2 1,5 10 6 години) и 99 Tc (T 1/2 2,12 10 5 години). Практическа стойностима краткотраен ядрен изомер 99m Tc (T 1/2 6,02 часа).
Конфигурацията на двата външни електронни слоя е 4s 2 p 6 d 5 5s 2. Степени на окисление от -1 до +7 (валентности I-VII); най-стабилните +7. Намира се в група VIIB в 5-ти период на периодичната таблица на елементите. Радиусът на атома е 0,136 nm, йонът Tc 2+ е 0,095 nm, йонът Tc 4+ е 0,070 nm, а йонът Tc 7+ е 0,056 nm. Енергиите на последователната йонизация са 7,28, 15,26, 29,54 eV. Електроотрицателност по Полинг (см.ПОЛИНГ Линус) 1,9.
Д. И. Менделеев (см.МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович)при създаването на периодичната таблица оставих празна клетка в таблицата за технеций, тежък аналог на мангана ("екамарган"). Технеций е получен през 1937 г. от C. Perier и E. Segre чрез бомбардиране на молибденова плоча с деутрони (см. DEUTRON)... В природата технеций се намира в следи в уранови руди, 5 · 10 -10 g на 1 kg уран. Спектралните линии на технеций са открити в спектрите на Слънцето и други звезди.
Технеций се изолира от смес от продукти на делене на 235 U - отпадъци от ядрената индустрия. При обработката на отработено ядрено гориво технеций се извлича чрез йонообменни, екстракционни и фракционни методи за утаяване. Металният технеций се получава чрез редуциране на неговите оксиди с водород при 500 ° C. Световното производство на технеций достига няколко тона годишно. За изследователски цели се използват краткоживеещи технециеви радионуклиди: 95m Tc ( T 1/2 = 61 дни), 97 m Tc (T 1/2 = 90 дни), 99 m Tc.
Технеций е сребристо сив метал с шестоъгълна решетка, а= 0,2737 nm, c = 0,4391 nm. Точка на топене 2200 ° C, точка на кипене 4600 ° C, плътност 11,487 kg / dm 3. По химични свойства технеций е подобен на рения. Стойности на стандартните електродни потенциали: двойки Tc (VI) / Tc (IV) 0,83 V, двойки Tc (VII) / Tc (VI) 0,65 V, двойки Tc (VII) / Tc (IV) 0,738 V.
Когато Tc гори в кислород (см.КИСЛОРОД)образува се жълто по-високо киселинен оксид Tc 2 O 7. Неговият разтвор във вода е технециева киселина НТсО 4. При изпаряване се образуват тъмнокафяви кристали. Соли на технециева киселина - пертехнати (натриев пертехнат NaTcO 4, калиев пертехнат KTcO 4, сребърен пертехнат AgTcO 4). При електролизата на разтвор на технециева киселина се отделя TcO 2 диоксид, който при нагряване в кислород се превръща в Tc 2 O 7.
Взаимодействие с флуор, (см.ФЛУОР) Tc образува златисто жълти кристали от технециев хексафлуорид TcF 6, смесен с пентафлуорид TcF 5. Получават се технециеви оксифлуориди TcOF 4 и TcO 3 F. Хлорирането на технеций дава смес от хексахлорид TcCl 6 и тетрахлорид TcCl 4. Синтезирани са технециеви оксихлориди TcO 3 Cl и TcOCl 3. Известни сулфиди (см.СУЛФИДИ)технеций Tc 2 S 7 и TcS 2, карбонил Tc 2 (CO) 10. Tc реагира с азот, (см.АЗОТНА КИСЕЛИНА)концентрирана сярна (см.СЯРНА КИСЕЛИНА)киселини и царска вода (см. AQUA REGIA)... Пертенатите се използват като инхибитори на корозия за мека стомана. Изотоп 99 м Tc се използва при диагностициране на мозъчни тумори, при изследване на централната и периферната хемодинамика (см.ХЕМОДИНАМИКА).

енциклопедичен речник . 2009 .

Синоними:

Вижте какво е "технеций" в други речници:

Таблица за нуклиди Главна информацияИме, символ Технеций 99, 99Tc Неутрони 56 Протони 43 Свойства на нуклиди Атомна маса 98.9062547 (21) ... Wikipedia

- (Tc символ), сребристо сив метал, РАДИОАКТИВЕН ЕЛЕМЕНТ. За първи път е получен през 1937 г. чрез бомбардиране на ядра на МОЛИБДЕН с деутрони (ядра от атоми на ДЕУТЕРИЙ) и е първият елемент, синтезиран в циклотрон. Технеций се намира в храните ... ... Научно-технически енциклопедичен речник

ТЕХНЕЦИЙ- изкуствено синтезиран радиоактивен химикал. елемент, символ Tc (лат. Technetium), at. н. 43, при. м. 98,91. T. се получава в достатъчно големи количества чрез делене на уран 235 in ядрени реактори; успя да получи около 20 изотопа на Т. Един от ... ... Голяма политехническа енциклопедия

- (Технеций), Tc, изкуствен радиоактивен елемент от VII група на периодичната таблица, атомен номер 43; метални. Получава се от италианските учени К. Перие и Е. Сегре през 1937 г. ... Съвременна енциклопедия

- (латински технеций) Tc, химичен елемент от VII група на периодичната таблица, атомен номер 43, атомна маса 98,9072. Радиоактивните, най-стабилните изотопи са 97Tc и 99Tc (период на полуразпад съответно 2.6.106 и 2.12.105 години). Първо… … Голям енциклопедичен речник

- (лат. Technetium), Tc радио акт. хим. елемент от група VII периодични. система от елементи на Менделеев, при. номер 43, първият от изкуствено получените хим. елементи. Найб. дългоживеещи радионуклиди 98Tc (T1 / 2 = 4,2 · 106 години) и налични в забележими количества ... ... Физическа енциклопедия

Съществително, Брой синоними: 3 метал (86) екамарган (1) елемент (159) Синоним на речника ... Синонимен речник

технеций- (Технеций), Tc, изкуствен радиоактивен елемент от VII група на периодичната таблица, атомен номер 43; метални. Получава се от италианските учени К. Перие и Е. Сегре през 1937 г. ... Илюстриран енциклопедичен речник

43 Молибден ← Технеций → Рутений ... Уикипедия

- (лат. Technetium) Тези, радиоактивен химичен елемент от VII група на периодичната система на Менделеев, атомен номер 43, атомна маса 98, 9062; метал, ковък и пластичен. Съществуването на елемента с атомен номер 43 е ... ... Голяма съветска енциклопедия

Книги

Елементи. Прекрасен сън на професор Менделеев, Курамшин Аркадий Искандерович, Кой химичен елемент е кръстен на гоблините? Колко пъти е бил "открит" технеций? Какво представляват "трансфермните войни"? Защо веднъж дори експертите бъркаха мангана с магнезия и оловото с... Категория: Химически науки Серия: Runet Science Pop Издател: AST,
Елементи: прекрасната мечта на професор Менделеев, Курамшин А. Кой химичен елемент е кръстен на таласъмите? Колко пъти е бил „открит“ технеций? Какво представляват Трансфермийните войни? Защо някога дори експертите бъркаха мангана с магнезия и оловото с ... Категория:

Преди края на XIXв продължение на векове всички химични елементи изглеждаха постоянни и неделими. Нямаше въпрос как можете да трансформирате неизменни елементи. Но откриването на радиоактивността преобърна света, който познаваме, и проправи пътя за откриването на нови вещества.

Откриване на радиоактивност

Честта да открие трансформацията на елементите принадлежи на френския физик Антоан Бекерел. За един химически експеримент той се нуждаеше от кристали от уранил калиев сулфат. Той уви веществото в черна хартия и постави чантата до фотографската плака. След като разработи филма, ученият видя на снимката очертанията на уранилни кристали. Въпреки дебелия слой хартия, те бяха ясно различими. Бекерел повторил този експеримент няколко пъти, но резултатът се оказал същият: очертанията на кристали, съдържащи уран, били ясно видими върху фотографските плочи.

Резултатите от откритието Бекерел обяви на редовно заседание, председателствано от Парижката академия на науките. Разговорът му започна с думите за "невидима радиация". Така той описа резултатите от своите експерименти. След това концепцията за радиация влезе в употребата на физиците.

Експериментите на Кюри

Резултатите от наблюденията на Бекерел заинтересуваха френските учени Мари и Пол Кюри. Те правилно смятаха, че не само уранът може да има радиоактивни свойства. Изследователите забелязали, че останките от рудата, от която се добива това вещество, все още са силно радиоактивни. Търсенето на елементи, които се различават от оригиналните, доведе до откриването на вещество със свойства, подобни на урана. Новият радиоактивен елемент е наречен полоний. Това име е дадено от Мария Кюри на веществото в чест на нейната родина - Полша. Това е последвано от откриването на радий. Оказа се, че радиоактивният елемент е продукт на разпад на чист уран. След това в химията започва ера на нови, неестествени преди това химикали.

Елементите

Повечето от ядрата на химичните елементи, известни до момента, са нестабилни. С течение на времето такива съединения спонтанно се разпадат на други елементи и различни малки частици. По-тежкият родителски елемент във физическата общност се нарича изходен материал. Продуктите, образувани при разлагането на дадено вещество, се наричат дъщерни елементи или продукти на разлагане. Самият процес е придружен от отделяне на различни радиоактивни частици.

Изотопи

Нестабилността на химичните елементи може да се обясни с съществуването различни изотописъщото вещество. Изотопите са разновидности на някои елементи от периодичната таблица със същите свойства, но с различен брой неутрони в ядрото. Много редници химични веществаимат поне един изотоп. Фактът, че тези елементи са широко разпространени и добре проучени, потвърждава, че те са били в стабилно състояние толкова дълго, колкото е необходимо. Но всеки от тези "дълголетни" елементи съдържа изотопи. Учените получават своите ядра в процеса на реакции, провеждани в лабораторни условия. Изкуствен радиоактивен елемент, получен синтетично, не може да съществува дълго време в стабилно състояние и се разпада с времето. Този процес може да протече по три начина. По име елементарни частици, които са странични продукти от термоядрена реакция, и трите вида разпад имат своите имена.

Алфа разпад

Радиоактивен химичен елемент може да бъде трансформиран съгласно първата схема на разпад. В този случай от ядрото се излъчва алфа частица, чиято енергия достига 6 милиона eV. При подробно изследване на резултатите от реакцията беше установено, че тази частица е хелиев атом. Той отвежда два протона от ядрото, така че полученият радиоактивен елемент ще има атомен номер с две позиции по-нисък в периодичната таблица от този на изходното вещество.

Бета разпад

Реакцията на бета разпад е придружена от емисия на един електрон от ядрото. Появата на тази частица в атом е свързана с разпадането на неврон в електрон, протон и неутрино. Когато електронът напусне ядрото, радиоактивният химичен елемент увеличава атомния си номер с една единица и става по-тежък от своя родител.

Гама разпад

По време на гама разпад ядрото излъчва лъч фотони с различни енергии. Тези лъчи се наричат гама лъчи. При този процес радиоактивният елемент не се модифицира. Той просто губи енергията си.

Самата нестабилност, която притежава този или онзи радиоактивен елемент, изобщо не означава, че в присъствието на определено количество изотопи нашата материя внезапно ще изчезне, отделяйки колосална енергия. Реално разпадането на ядрото наподобява приготвянето на пуканки – хаотичното движение на царевичните зърна в тиган, като е напълно неизвестно кое първо ще се отвори. Законът за реакцията на радиоактивния разпад може само да гарантира, че в определен период от време от ядрото ще излетят определен брой частици, пропорционално на броя на нуклоните, останали в ядрото. На езика на математиката този процес може да бъде описан със следната формула:

Тук на лицето пропорционална връзкаброят на нуклоните dN, напускащи ядрото през периода dt от броя на всички присъстващи в ядрото нуклони N. Коефициентът λ е константата на радиоактивност на разпадащото се вещество.

Броят на нуклоните, оставащи в ядрото в момент t, се описва с формулата:

N = N 0 e -λt,

в която N 0 е броят на нуклоните в ядрото в началото на наблюдението.

Например, радиоактивният елемент халоген с атомен номер 85 е открит едва през 1940 година. Полуживотът му е доста дълъг - 7,2 часа. Съдържанието на радиоактивен халоген (астатин) на цялата планета не надвишава един грам чисто вещество... Така за 3,1 часа количеството му в природата на теория трябва да бъде намалено наполовина. Но постоянните процеси на разпад на урана и тория водят до нови и нови атоми на астат, макар и в много малки дози. Поради това количеството му в природата остава стабилно.

Полуживот

Константата на радиоактивността служи, за да може да се използва, за да се определи колко бързо се разпада изследваният елемент. Но за практически проблеми физиците често използват стойност, наречена полуживот. Този индикатор показва колко време е необходимо на веществото, за да загуби точно половината от своите нуклони. За различните изотопи този период варира от малки части от секундата до милиарди години.

Важно е да се разбере, че времето в това уравнение не се събира, а се умножава. Например, ако през интервала от време t веществото е загубило половината от своите нуклони, то в периода от 2t то ще загуби още половината от останалите - тоест една четвърт от първоначалния брой нуклони.

Появата на радиоактивни елементи

Радиоактивните вещества се образуват естествено в горни слоевеатмосферата на Земята, в йоносферата. Под въздействието на космическата радиация газът на голяма надморска височина претърпява различни промени, които превръщат стабилно вещество в радиоактивен елемент. Най-разпространеният газ в нашата атмосфера е N 2, например от стабилния изотоп азот-14, той се превръща в радиоактивния изотоп въглерод-14.

В днешно време много по-често радиоактивен елемент възниква във веригата от изкуствени реакции на атомно делене. Това е името на процесите, при които ядрото на изходното вещество се разпада на две дъщерни ядра, а след това на четири радиоактивни ядра „внуци“. Класическият пример е изотопът уран 238. Неговият полуразпад е 4,5 милиарда години. Почти докато съществува нашата планета. След десет етапа на разпад радиоактивният уран се превръща в стабилно олово 206. Изкуствено получен радиоактивен елемент не се различава по свойствата си от естествения си аналог.

Практическото значение на радиоактивността

След Чернобилска катастрофамнозина сериозно говорят за съкращаване на програмите за развитие на атомни електроцентрали. Но в ежедневието радиоактивността носи големи ползи за човечеството. Проучване на нейните възможности практическо приложениесе занимава с радиография. Например, радиоактивен фосфор се инжектира в пациент, за да се получи пълна картина на фрактури на костите. Ядрената енергия също се използва за генериране на топлина и електричество. Може би в бъдеще ни очакват нови открития в тази невероятна област на науката.

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ, ОБОБЩАВАНЕ И ЗАБЪЛБОЧВАНЕ НА 3 ДИСЦИПЛИНА ПО ХИМИЯ

Глава II. Периодичен закон и периодична система на Д.И. Менделеев въз основа на учението

за структурата на атома

Цели за §§1-3 (стр. 70)

Въпрос номер 1

Сравнете формулировката периодичен закондадено от Д.И. Менделеев, със съвременна формулировка. Обяснете защо беше необходима тази промяна на формулировката.

Формулировката на периодичния закон, дадена от Д.И. Менделеев каза: свойствата на химичните елементи периодично зависят от атомни маситези елементи. Съвременната формулировка казва: свойствата на химичните елементи периодично зависят от заряда на ядрото на тези елементи. Такова изясняване беше необходимо, тъй като по времето, когато Менделеев установи периодичния закон, все още не беше известно за структурата на атома. След изясняване на структурата на атома и установяване на моделите на разпределение на електроните по електронните нива, стана ясно, че периодичното повтаряне на свойствата на елементите е свързано с повторяемостта на структурата на електронните обвивки.

Въпрос номер 2

Защо броят на елементите в периоди съответства на поредицата от числа 2 - 8 - 18 - 32? Обяснете този модел, като вземете предвид местоположението на електроните на енергийни нива.

Електроните в атома могат да заемат s-, p-, d- и f-орбитали. Никой електронно нивоможе да има една s-орбитали, три p-орбитали, пет d-орбитали, седем f-орбитали. В една орбитала

не може да има повече от два електрона. По този начин, ако са запълнени само s-орбиталите, на електронно ниво има 2 електрона. Ако s- и p-орбиталите са запълнени, има 2 + 6 = 8 електрона на едно електронно ниво. Ако s-, p- и d- орбиталите са запълнени, на електронно ниво има 2 + 6 + 10 = 18 електрона. И накрая, ако s-, p-, d- и f-орбиталите са запълнени, на електронно ниво има 2 + 6 + 10 + 14 = 32 електрона. По този начин броят на елементите в периоди съответства на максимално възможния брой електрони на електронно ниво.

Въпрос номер 3

Въз основа на теорията за атомната структура обяснете защо групите елементи се делят на основни и второстепенни.

В елементите на основните подгрупи на периодичната таблица на елементите се извършва запълването на орбиталите на външното електронно ниво с електрони. В елементите на страничните подгрупи се случва запълването на орбиталите на предпоследното електронно ниво с електрони.

Въпрос номер 4

Какви са критериите за разграничаване на s-, p-, d- и f-моменти?

В атомите на s-елементите става запълването на s-орбиталите, в атомите на p-елементите се запълват p-орбиталите, в атомите на d-елементите

- d-орбитали и в атоми на f-елементи - f-орбитали.

Въпрос номер 5

Използвайки таблицата на периодичната таблица на химичните елементи на D.I. Менделеев, съставете диаграми на разположението на електроните в орбитали и енергийните нива в атомите на елементите ванадий V, никел Ni и арсен As. Кои от тях са p-елементи и кои са d-елементи и защо?

Ванадиев атом:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2

Никелов атом: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2

Арсенов атом: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3

В атомите на ванадий и никел 3d поднивото е запълнено, поради което те се наричат d елементи. В арсеновия атом поднивото 4p е запълнено, тоест арсенът е р-елемент.

Въпрос номер 6

Обяснете защо химическият знак на водорода обикновено се поставя в основната подгрупа от група I и в основната подгрупа от група VII.

Във водороден атом има един s-електрон на външната (и единствена) електронна обвивка, като атоми алкални метали... Следователно водородът е поставен в първата група на периодичната таблица. От друга страна, за запълване на външната електронна обвивка на водородния атом липсва един електрон, както и на халогенните атоми, поради което водородът също се поставя в основната подгрупа на група VII на периодичната система.

Въпрос номер 7

Обяснете защо лантанидите и актинидите имат сходни химични свойства въз основа на моделите на орбитално разположение на електроните.

В атомите на лантанидите и актинидите е запълнено третото външно електронно ниво. Дотолкова доколкото Химични свойствазависят главно от електроните на външната обвивка, тогава лантанидите и актинидите са много сходни по свойства.

Въпрос номер 8

Назовете познатите ви изкуствено получени елементи, посочете тяхното място в таблицата на периодичната система от химични елементи на D.I. Менделеев и начертайте диаграми от

отразяващ подреждането на електроните в орбитали в атомите на тези елементи.

Те не се срещат в природата и могат да бъдат получени само изкуствено технеций (№ 43), прометий (№ 61), астатин (№ 85), франций (№ 87) и трансуранови елементи, т.е. елементи, открити в периодична система след уран (с номера 93 и повече).

Електронни схеми технеций, прометий, астат и франция:

43 Tc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d5 5s2

61 Pm 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f5 5s2 5p6 6s2

85 При 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p5 87 Fr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s 4p 6s 4s 1d 6s 4s 1d 6s

Електронна схема на първия от трансурановите елементи - нептуний:

93Np

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f4 6s2 6p6 6d1 7s2

Въпрос номер 9

Обяснете същността на понятието "валентност" от гледна точка на съвременните представи за структурата на атомите и образуването на химични връзки.

Валентността е равна на числото химически връзки, който атом на даден елемент може да образува с атоми на други елементи. Електроните от външно електронно ниво участват в образуването на химични връзки. Валентността може да се определи и като броя на електроните, които един атом на даден химичен елемент може да осигури за образуването на химични връзки с атоми на други елементи.

Въпрос номер 10

Защо числената стойност на валентността не винаги съвпада с броя на електроните на външните енергийни нива?

Образуването на химични връзки е възможно, когато в атома има несдвоени електрони. В много елементи не всички електрони на външното електронно ниво са несдвоени.

Например, атомите на кислорода и сярата имат шест електрона на външно ниво, но само два от тях са несдвоени:

16S ↓

Въпреки това, в серния атом на външното електронно ниво все още има празни 3d орбитали, към които могат да се прехвърлят електрони от 3s и 3p орбитали, в резултат на което шест несдвоени електрона стават в серния атом:

16S ↓

Следователно максималната валентност на сярата е шест, тоест тя съвпада с броя на електроните във външното електронно ниво. В кислородния атом на второ ниво няма d-орбитали, така че няма възможност електроните да се раздвоят, а валентността на кислорода не може да бъде повече от две, тоест не е равна на броя на електроните на външното ниво. ниво.

Въпрос номер 11

Защо максималната валентност на елементите от 2-ри период не може да надвишава числото 4?

В атомите на елементите от втория период не може да има повече от 4 несдвоени електрона, тъй като на второ електронно ниво има една s-орбитала и три p-орбитали. Валентността е равна на броя на несдвоените електрони, следователно валентността на елементите от втория период не може да бъде повече от 4.

Въпрос номер 12

Направете електронни схеми, показващи валентността на азота в азотната киселина и валентността на въглерода и кислорода във въглеродния оксид (II).

а) Молекула въглероден оксид. Структурата на електронните обвивки на въглеродните и кислородните атоми:

В молекула на въглероден окис две връзки се образуват от два несдвоени електрона на въглеродния атом и два несдвоени електрона на кислородния атом. Кислородният атом също има двойка електрони в 2p орбитала, а въглеродният атом има свободна 2p орбитала. Двойка електрони преминават от кислороден атом към въглероден атом, образувайки донорно-акцепторна връзка. Електронната формула на въглероден оксид (II) може да бъде изобразена, както следва:

(стрелката показва връзката донор-акцептор).

б) Молекула на азотна киселина. Електронни вериги от водородни, кислородни и азотни атоми:

Водородният атом образува връзка с кислородния атом за сметка на един електрон. Вторият електрон на кислородния атом участва в образуването на връзка с азотния атом:

Азотният атом има два несдвоени електрона и образува две връзки с втория кислороден атом:

H O N O

Имайте азотен атом, все още има електронна двойка 2s орбитали.

V третия кислороден атом, възниква сдвояване на електрони и се образува свободна орбитала:

Двойка електрони от азотния атом се прехвърлят към освободената орбитала на кислородния атом и се образува донорно-акцепторна връзка:

Въпрос No13

Защо според съвременните концепции концепцията за валентност е неприложима към йонните съединения?

Валентността е равна на броя на връзките, образувани от атома, и зависи от броя на електроните на външното електронно ниво. Йонните съединения са съставени от положително и отрицателно заредени йони, които се държат заедно от силите на електрическо привличане. В йонните съединения броят на връзките между йоните зависи

сита от сградата кристална решетка, може да бъде различен и не е свързан с броя на електроните на външно електронно ниво.

Въпрос номер 14

Какви закономерности се наблюдават при промяната на атомните радиуси в периоди отляво надясно и при прехода от един период към друг?

В периоди атомните радиуси намаляват отляво надясно. Това се дължи на факта, че зарядът на ядрото се увеличава и електроните са по-силно привлечени от ядрото, електронната обвивка сякаш се свива. В групи радиусите на атомите се увеличават отгоре надолу, тъй като броят на електронните обвивки се увеличава.

Въпрос номер 15

Спомнете си формулировката на периодичния закон, дадена от D.I. Менделеев и съвременната формулировка на този закон. На конкретни примерипотвърждават, че не само свойствата на химичните елементи се променят периодично, но и формите и свойствата на техните съединения.

Формулировката на периодичния закон, дадена от Д.И. Менделеев каза: свойствата на химичните елементи периодично зависят от атомните маси на тези елементи. Съвременната формулировка казва: свойствата на химичните елементи периодично зависят от заряда на ядрото на тези елементи. Свойствата на съединенията на химичните елементи също се променят периодично. Например, оксидите на всички метали от основната подгрупа на група I (Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O) проявяват основни свойства, а оксидите на всички елементи от основната подгрупа от група IV (CO2, SiO2 , GeO2 SnO2, PbO2) проявяват киселинни свойства ...

ν (SO2) =

M (SO2)

Защото При реакцията се получават SO2 и H2O, тогава в изходното вещество могат да се съдържат само S, H и O. Тогава изходното вещество може да бъде схематично представено с формулата Sх Well Oz. Тогава ще бъде написано уравнението на реакцията

		х + у

0,02 mol вода съдържа 0,02 2 = 0,04 mol водородни атоми. 0,02 mol серен оксид съдържа 0,02 mol водородни атоми. Нека изчислим масата на водорода и сярата в веществото:

m (H) = n (H) M (H) = 0,04 mol 1 g / mol = 0,04 g.

m (S) = n (S) M (S) = 0,02 mol 32 g / mol = 0,64 g.

Масата на сярата и водорода е 0,64 + 0,04 = 0,68 g, тоест тя е равна на масата на веществото, което означава, че веществото не съдържа други елементи, освен сяра и водород. 0,04 mol водород представляват 0,02 mol сяра, тоест за 2 водородни атома има 1 серен атом, най-простата формула на веществото H2S е сероводород.

Отговор: сероводород H2S.

Проблем номер 2

През разтвор, съдържащ 10 g натриев хидроксид, преминаха 20 g сероводород. Каква сол се е образувала в този случай? Определете неговата маса и количество.

Възможно е образуването на две соли - натриев сулфид според уравнение (1) и натриев хидросулфид според уравнение (2).

2NaOH + H2S = Na2S + 2H2O
NaOH + H38 = NaHS + H2O

Нека изчислим моларните маси на натриев хидроксид и сероводород:

М (NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 g / mol

M (H2S) = 1 2 + 32 = 34 g / mol

Нека изчислим количеството вещество на натриев хидроксид и сероводород:

v (NaOH) =

ν (H2S) =	m (H2 S)
	M (H2 S)

Съгласно уравнение (2) 1 mol натриев хидроксид реагира с 1 mol сероводород, което означава, че 0,59 mol натриев хидроксид са необходими за реакцията с 0,59 mol сероводород, а според условието е само 0,25 mol взета. Следователно, сероводородът се приема в излишък и се образува натриев хидросулфид, изчислението се извършва с помощта на натриев хидроксид. От 1 mol натриев хидроксид, съгласно уравнението, се образува 1 mol натриев хидросулфид, следователно от 0,25 mol натриев хидроксид се получава 0,25 mol натриев хидросулфид.

Нека изчислим молната маса на натриевия хидросулфид:

М (NaHS) = 23 + 1 + 32 = 56 g / mol

Изчисляваме масата на натриевия хидросулфид:

m (NaHS) = ν (NaHS) M (NaHS) = 0,25 mol 56 g / mol = 14 g.

Отговор: Получавате 0,25 mol (14 g) натриев хидросулфид.

Проблем номер 3

Колко алуминиев оксид в грамове може да се получи от 100 g кристален хидрат на алуминиев хлорид AlCl3 6H2O?