Оглавление 265 266 267 268 269 — — — 270 

Заурановые элементы. Применение нейтронов для бомбардировки атомных ядер не только привело к получению радиоактивных изотопов ряда известных элементов, но и позволило разрешить давно интересовавший ученых вопрос о возможности существования заурановых элементов или трансуранов, т. е. элементов с порядковыми номерами, большими 92.

Первый заурановый элемент был открыт в 1940 г. при изучении действия нейтронов на уран. Оказалось, что нейтроны, обладающие энергией 25 электрон-вольт, легко поглощаются ядрами U238, причем образуется очень неустойчивый β-радиоактивный изотоп урана U239 с периодом полураспада 23 мин. Испуская β-частицы, U239 превращается в новый элемент с порядковым номером 93. Этот элемент по аналогии с планетой Нептун, следующей в солнечной системе за планетой. Уран, был назван нептунием (Np).

Образование нептуния можно изобразить следующими уравнениями:

92U238 + 0n1 = 92U239 92U239 = 93Np239 + е

(23 мин.)

Впоследствии было установлено, что Np239 тоже радиоактивен. Подвергаясь β-распаду, он превращается в элемент с порядковым номером 94, которому присвоено название плутоний (Рu):

93Np239 = 84Pu239 + e

(2,3 дня)

Таким образом, в результате облучения урана нейтронами были получены два заурановых элемента — нептуний и плутоний.

Плутоний Рu239 является довольно устойчивым элементом: его период полураспада около 24 000 лет. Выбрасывая α-частицы, он очень медленно превращается в изотоп урана U235.

Другой изотоп плутония — Рu238 был получен еще раньше путем бомбардировки урана дейтронами (ядрами тяжелого водорода) в циклотроне . При этом в качестве промежуточного продукта образуется неустойчивый изотоп нептуния — Np238. Процесс протекает по следующим уравнениям:

92U238 = 93Np238 + 20n1

93Np238 = 94Pu238 + e

(2 дня)

Плутоний Рu238 подвергается α-распаду с периодом полураспада около 50 лет.

В 1942 г. был получен еще один изотоп нептуния — Np237, заслуживающий особенного внимания, так как он является α-излу-чателем с очень большим периодом полураспада — 2,25• 106 лет. На этом изотопе, ввиду его устойчивости, очень удобно было изучить химические свойства нептуния.

В 1944 г. были открыты два новых заурановых элемента, порядковые номера которых 95 и 96. Они получили названия: америций (Am) и кюрий (Cm). Первый из них — америций образуется при бомбардировке U238 в циклотроне летящими с огромной скоростью ядрами гелия. Реакция протекает в две стадии:

92U238 + 2He4 = 94Pu241+ 0n1 94Pu241 = 95Am241 + e

При такой же бомбардировке плутония (Рu239) получается кюрий:

94Pu239 + 2He4 = 96Cm242 + 0n1

В 1950 г. путем бомбардировки америция Am241 и кюрия Cm242 α-частицами с энергией 35 Мэв были получены элементы с зарядами ядер 97 и 98. Эти элементы названы берклием (Вк) и калифорнием (Cf) в честь города и штата, где они были синтезированы.

Оба элемента получены в весьма малых количествах (общее количество полученного калифорния не превышало 10 000 атомов), но тем не менее их удалось выделить и изучить их радиоактивные и химические свойства. Химическое выделение новых элементов проводилось хроматографическим методом на специальных синтетических смолах.

В 1954 г. были опубликованы сведения о получении в циклотронах и ядерньих реакторах еще двух новых элементов, следующих в таблице Менделеева за калифорнием, с зарядами ядер, равными 99 и 100.

За год, прошедший с момента опубликования достоверных сведений об открытии этих элементов, было синтезировано 5 изотопов элемента № 99 и 4 изотопа элемента № 100. Более легкие из этих изотопов получены бомбардировкой атомов урана в циклотроне шестизарядными ионами азота с энергией более 100 Мэв и кислорода с энергией 180 Мэв. Остальные изотопы получены при длительном облучении плутония в ядерных реакторах медленными нейтронами. Новые элементы получили название эйнштейний (Es) и фермий (Fm) в память выдающихся ученьих А. Эйнштейна и Э. Ферми. Массовые числа этих элементов соответственно равны 254 и 253.

Синтез каждого нового элемента оказывался, как правило, все более сложным делом; выдающимся достижением человеческого разума и современной экспериментальной техники явилось открытие нового элемента № 101, названного в честь великого русского химика менделевием (Md).

Менделевий был получен (США, 1955 г.) бомбардировкой одного из изотопов эйнштейния Es253 α-частицами с энергией около 40 Мэв. Всего было получено 17 атомов менделевия, однако Г. Сиборгу и его сотрудникам, синтезировавшим новый элемент, этого количества хватило для установления радиоактивных и химических свойств менделевия.

В настоящее время химические свойства первых заурановых элементов, особенно плутония, изучены очень подробно.

Известно, что нептуний и плутоний в химическом отношении сходны с ураном. Оба элемента, как и уран, проявляют валентность 3, 4, 5 и 6, но устойчивость соединений высшей валентности падает в направлении от урана к плутонию; поэтому для перевода нептуния, и особенно плутония, из низшей ступени окисления в высшую требуется более сильное окислительное воздействие, чем для аналогичного перевода урана. Падение устойчивости соединений высших ступеней окисления имеет место и у следующих за плутонием элементов — америция и кюрия, для которых характерной становится валентность 3, причем кюрий в соединениях, повидимому, может быть только трехвалентным.

Особенности химического поведения первых заурановых элементов, отсутствие предполагавшегося вначале сходства между ними и вышестоящими в периодической системе элементами шестого периода — рением, осмием и т. д. привели к предположению, что в атомах этих элементов, так же как и в атомах лантанидов, идет заполнение электронами не предпоследнего электронного слоя, а глубже лежащего, третьего снаружи слоя. Такое заполнение начинается уже после тория (№ 90). Таким образом, за актинием (№ 89) следует ряд элементов, которые по аналогии с лантанидами могут быть названы актинидами.

Получение остальных заурановых элементов и исследование их химических свойств показало, что такое предположение является правильным и что в химическом отношении элементы, следующие за актинием, подобны лантанидам. Это заставило изменить существовавшее ранее распределение элементов седьмого периода по группам периодической системы. В этом периоде остались заполненными только первые три клетки, актиниды же были помещены, подобно лантанидам, вне общей таблицы.

268 269 270

Вы читаете, статья на тему Заурановые элементы