Unsur tiruan - bahagian 1

Hampir dua tahun lalu, Kesatuan Antarabangsa Kimia Tulen dan Gunaan, sebuah organisasi ahli kimia dari seluruh dunia, mengumumkan nama empat unsur baharu. Oleh itu, bab dalam sejarah kimia telah berakhir - tempoh ketujuh jadual berkala akhirnya telah selesai, dan sejak itu terdapat secara rasmi 118 unsur kimia.

Bagaimanapun, keputusan IUPAC (

Jangka hayat

Untuk menganggarkan jangka hayat unsur radioaktif, ahli fizik menggunakan konsep separuh hayat. Inilah masa sehingga separuh daripada jumlah asal unsur kekal. Walau bagaimanapun, selepas satu saat daripada jumlah masa yang sama, keseluruhan elemen tidak akan hilang, tetapi hanya separuh daripada separuh atau suku daripada jumlah asal akan kekal. Dan lain-lain. Secara teorinya, walaupun selepas tempoh masa yang tidak terhingga, beberapa pecahan daripada jumlah asal akan kekal, tetapi dalam praktiknya diandaikan bahawa selepas sepuluh tempoh hampir tiada bahan radioaktif yang tinggal.

Wayar elektrik, cincin dan aluminium pastinya boleh membuktikan kewujudan tembaga, emas dan aluminium. Seperti yang anda tahu dari sekolah, udara mengandungi nitrogen dan oksigen. Unsur reaktif seperti natrium dan klorin membentuk garam meja. Kami juga mempunyai unsur-unsur ini, dan imaginasi kami menunjukkan bahawa di suatu tempat di rak makmal kimia terdapat sampelnya. Jika konsep makmal diperluaskan ke tempat-tempat di mana unsur-unsur yang sangat radioaktif juga disimpan, maka ternyata yang terakhir yang sedia ada adalah. Einstein, dengan nombor siri 99. Dalam bahasa sehari-hari, kewujudan harus difahami sebagai kehadiran unsur atau sebatiannya dalam kuantiti yang ketara. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk mempunyai sekurang-kurangnya sepersejuta gram, jika tidak, kristal terkecil sebatian kimia tidak akan terbentuk (dalam kes unsur 100 - tegas - maklumat mengenai penerimaan kuantiti yang diperlukan tidak disahkan sepenuhnya).

The Curies menunjukkan sinaran radium (lukisan oleh André Castaigne, 1903).

Dia terpaksa menghadapi masalah ini pada awal abad yang lalu. Sinaran radium dan polonium tidak mencukupi untuk ahli kimia pada masa itu untuk mengenali kewujudan unsur-unsur ini - hanya pengasingan sebahagian kecil daripada gram sebatian mereka meyakinkan mereka yang ragu-ragu. Tetapi janganlah kita mengkritik golongan tradisionalis. Pendekatan ini sangat praktikal: terdapat sedikit yang boleh dilakukan di makmal biasa dengan sejumlah kecil bahan yang tidak dapat dilihat.

Sebab "ketidakwujudan" adalah, sudah tentu, jangka hayat beberapa unsur - terlalu singkat untuk bertahan sehingga kini selepas pembentukan Bumi daripada debu kosmik. Letupan supernova menghasilkan unsur yang paling berat sekalipun, yang kemudiannya hilang dalam tahun cahaya bintang meletup. Di bawah keadaan yang menggalakkan, serbuk bergabung menjadi gugusan yang lebih besar, dan menjadi planet. Walau bagaimanapun, 4,5 bilion tahun pastinya terlalu lama untuk unsur-unsur tertentu kekal di dunia kita dalam kuantiti yang ketara (semakin berat, semakin kurang dan semakin pendek nyawa). Oleh itu, untuk menundukkan mereka kepada penyelidikan, adalah perlu untuk mencipta unsur-unsur jirim yang hilang. Bukan untuk membuka, kerana mereka tidak wujud, tersembunyi dari "kaca dan mata" saintis, tetapi hanya untuk menghasilkan.

Malah unsur paling berat terbentuk dalam letupan supernova. Imej Hubble menunjukkan Nebula Ketam dalam buruj Taurus, peninggalan supernova 1054.

Rambut dan patung mama franço?

Sangat sedikit. Dianggarkan bahawa tidak lebih daripada 50 gram franc terletak di kerak bumi pada satu-satu masa. Astatine lebih kurang - kira-kira satu gram! Dalam kedua-dua kes, sebabnya adalah dalam jangka hayat isotop semula jadi yang sangat singkat, dan di samping itu, dalam cara pembentukan yang tidak cekap - ia terbentuk dalam cawangan sampingan siri radioaktif dengan kebarangkalian rendah transformasi mereka sendiri. Tidak menghairankan, setakat ini tiada siapa yang memilih bahagian yang boleh dilihat dari unsur-unsur ini, dan nampaknya tidak begitu dalam masa terdekat.

Pembahagiannya tidak begitu jelas seperti yang kelihatan pada pandangan pertama. Kami cukup mahir dalam mengklasifikasikan dalam kes barangan buatan tangan seperti bolt atau nat. Namun, apabila kita memasuki kawasan alam yang sempadannya tidak tajam, masalah timbul dalam bentuk objek yang boleh dikaitkan dengan kumpulan yang berbeza.

Ia sama dengan unsur-unsur. Uranium ialah unsur yang paling berat, sepanjang hayatnya membenarkannya bertahan hingga ke hari ini (separuh hayat adalah setanding dengan usia planet kita, jadi kita masih mempunyai kira-kira separuh daripada uranium yang merupakan sebahagian daripada Bumi muda). Unsur-unsur yang lebih besar daripada yang dicipta oleh manusia (lebih lanjut mengenai ini kemudian dalam siri), tetapi beberapa daripada mereka kemudiannya ditemui sebagai hasil sampingan transformasi yang disebabkan oleh pereputan nukleus uranium.

Penipuan dari lombong Czech di Sudetes. Bijih uranium adalah sumber banyak unsur radioaktif.

Keadaan yang sama timbul dengan unsur-unsur yang tidak stabil dengan berat kurang daripada uranium. Sesetengah daripada mereka mempunyai jangka hayat yang sangat singkat (untuk Perancis ia hanya 20 minit dan selama astatu paling banyak saat, walaupun isotop unsur ini yang diperoleh secara buatan mempunyai separuh hayat lapan jam), dan kewujudan mereka dalam alam semula jadi hanya akibat daripada bekalan berterusan nukleus uranium dan torium yang mereput (lihat: siri radioaktif). Dua unsur yang terletak di tengah-tengah jadual berkala - TechNet i trafik - walaupun beberapa dekad usaha oleh ahli kimia, mereka tidak dijumpai di alam semula jadi. Hanya selepas ia diperolehi, ia menjadi jelas bahawa ia adalah hasil pembelahan spontan nukleus uranium yang sangat jarang berlaku dan dikenal pasti dalam kuantiti yang sangat kecil dalam bijih logam ini. 

Selain itu, beberapa unsur buatan manusia lebih difahami daripada unsur yang telah lama bertapak dan tertanam. Dalam sesetengah kes, pengeluaran bahan tiruan melebihi bekalan seluruh dunia bahan mudah yang dianggap semula jadi (lihat: Berapa banyak franc dan astatin yang kita ada?)! Sebabnya, tentu saja, adalah penggunaan: kira-kira 20 tan plutonium radioaktif digunakan setiap tahun, sementara hampir tiada siapa yang memerlukan strontium logam dan pengeluarannya mencapai kilogram. Tambah ini fakta pencemaran permukaan bumi dengan produk loji kuasa nuklear dan letupan nuklear (kebanyakannya nukleus lebih ringan daripada uranium) dan yang termonuklear (dalam kes ini mereka juga lebih berat daripada uranium), dan kita akan mempunyai gambaran lengkap tentang kesukaran menjalankan pembelahan yang kelihatan mudah: unsur semula jadi atau buatan? 

Ujian senjata nuklear "memperkaya" alam sekitar dengan banyak unsur radioaktif.

Pencapaian terbesar kimia pada abad ke-150 adalah pembinaan (tahun depan, kerja Mendeleev "bertukar" berusia XNUMX tahun!). Kejeniusan penciptanya didedahkan, antara lain, dalam fakta meninggalkan kekosongan untuk unsur-unsur yang belum ditemui dan meramalkan hartanya. Apabila jurang dalam jadual telah diisi (beberapa ramalan tidak menjadi kenyataan), persoalan timbul: berapa banyak unsur yang sebenarnya wujud?

Henry Moseley (1887-1915) dan imej spektrum sinar-X bagi beberapa unsur.

Jawapannya diberikan oleh seorang ahli fizik Inggeris yang muda, di bawah 26 tahun Henry Mosley, pada tahun 1913. Semasa latihan di makmal penemu nukleus atom, Ernest Rutherfordmengkaji pelepasan sinar-X atom teruja. Dia berjaya menyambungkan panjang gelombang sinar-X yang dipancarkan dengan cas nukleus atom, dan yang ini berbeza untuk setiap unsur, membentuk ciri yang menentukan secara unik. Walau bagaimanapun, Perang Besar tidak lama kemudian meletus, Moseley telah digerakkan dan jatuh di Gallipoli dua tahun kemudian. Kajian telah menunjukkan bahawa yang paling berat diketahui - uranium - mempunyai 92 proton dalam nukleus, yang bermaksud bilangan unsur yang sama (sekurang-kurangnya pada masa itu). Ia juga bermakna bahawa tujuh unsur telah hilang dari jadual berkala pada kedudukan 43, 61, 72, 75, 85, 87 dan 91. Ahli kimia dan ahli fizik meneruskan pemburuan saintifik, lebih mudah kerana mereka tahu di mana dan apa yang perlu dicari. - lokasi unsur yang tidak diketahui dalam jadual berkala memungkinkan untuk menentukan sifatnya dan lokasi yang dimaksudkan.

Barisan uranium dan radium radioaktif (nombor atom di bahagian bawah, nombor jisim isotop di sebelah kiri).

siri radioaktif - dua isotop uranium dan satu daripada torium dengan pereputan jangka hayat yang panjang dengan pembentukan juga nukleus radioaktif. Ini seterusnya mengalami pereputan lebih lanjut, dan seterusnya.Selepas sedozen atau lebih perubahan, isotop kekal plumbum akhirnya terbentuk. Urutan isotop, satu daripadanya timbul daripada yang lain, ialah siri radioaktif. Selepas menerima Neptune, ternyata salah satu isotopnya juga memulakan siri itu. Walau bagaimanapun, jangka hayat ahlinya yang agak singkat bermakna bilangan ini sudah lapuk, dan satu-satunya baki daripadanya ialah kehadiran yang terakhir dalam siri - bismut.

Pada tahun 1923 ia ditemui harrow (No. 72), dan dua tahun kemudian - Ren (No. 75). Penemu yang kedua menghadapi masalah yang sama seperti rakan senegara kita beberapa tahun sebelumnya. Dan mereka juga terpaksa memproses sejumlah besar bijih untuk mendapatkan sampel sebatian unsur baru yang boleh dilihat. Mereka menggunakan kaedah Moseley untuk pengecaman. Mereka juga melihat frekuensi dalam spektrum yang menunjuk kepada unsur lain dari kumpulan yang sama, nombor 43, tetapi pemerhatian mereka tidak disahkan. Technet, kerana kita bercakap tentang dia, unsur pertama diperoleh secara buatan (Latin = buatan), pada tahun 1937, akibat pengeboman molibdenum (No. 42) dengan nukleus isotop hidrogen (No. 1). Unsur ini adalah radioaktif, walaupun hayatnya yang panjang membolehkan ia digunakan. Kemudian ternyata bahawa teknetium berlaku di alam semula jadi akibat daripada pereputan spontan nukleus uranium.

Penandaan sumber sinaran. Adalah lebih baik untuk tidak mendekati bekas dengan tanda ini!

Semasa penyelidikan, tatasusunan radioaktif semula jadi ditemui protaktin (No. 91) i Perancis (No. 87). Walau bagaimanapun, unsur 85 mula-mula diperoleh secara buatan dengan mengebom sasaran bismut (No. 83) dengan zarah alfa (nukleus helium yang mengandungi dua proton dan dua neutron). Oleh kerana separuh hayatnya yang sangat singkat, unsur baharu itu dinamakan musim panas (gr. = berubah-ubah). Pengetahuan tentang sifat kimianya memungkinkan beberapa tahun kemudian untuk mengesan astatin dalam uranium dan bijih torium, di mana ia muncul sebagai salah satu produk pereputan mereka.

Yang terakhir yang hilang trafikdengan 61 proton dalam nukleus - dikenal pasti pada tahun 1945 semasa kajian sisa bahan api uranium terpakai dalam reaktor. Nama unsur itu berasal dari Prometheus mitos, yang, seperti api Olimpik pada masa lalu, membawa sumber tenaga baru kepada manusia. Unsur ini juga terdapat dalam jumlah surih dalam bijih uranium.