Нобелий химический элемент

Нобелий (No) — это синтетический, высокорадиоактивный трансурановый химический элемент с атомным номером 102.

Он относится к группе актинидов и назван в честь Альфреда Нобеля. Не встречается в природе, производится искусственно в очень малых количествах для научных исследований.

Может быть получен бомбардировкой более легких элементов тяжелыми ионами в специальных ускорителях.

Не какого практического применения нет из радиации и больших затрать для его получения.

Что такое нобелий

[Nobelium; по имени швед, инженера А. Нобеля (A. Nobel), основателя фонда международных (нобелевских) премий], No — искусственно полученный радиоактивный хим. элемент.

Атомный номер 102; относится к актиноидам.

Название предложено группой амер., англ. и швед, ученых, сообщивших (1957) о синтезе изотопа 102-го элемента с массовым числом 253 или 251 и периодом полураспада около 10 сек.

Проверка амер. учеными (А. Гиорсо и др.) в Беркли (США) и советскими физиками (Г. Н. Флеровым и др.) в Дубне (СССР) показала ошибочность этого сообщения.

Правильные данные о 102-ом элементе и его хим. св-вах были получены (1963-66) в Дубне Г. Н. Флеровым и его сотрудниками, к-рые предложили для 102-го элемента название «Жолиотий» (по имени франц. ученого Ф. Жолио-Кюри).

Физические свойства

Большинство его физических свойств основаны на теоретических предсказаниях и экстраполяции из поведения других актинидов.

Агрегатное состояние: Предполагается, что это твердый металл при комнатной температуре.

Внешний вид: Ожидается, что будет серебристо-белым или серым металлом с металлическим блеском, как и другие актиниды.

Плотность: Расчетная плотность составляет около 9,9 г/см³. (Значения могут варьироваться в разных источниках, например, 9.9(4) g/cm³).

Температура плавления: Предсказана около 800-827 °C (или 1100 K).

Температура кипения: Неизвестна (предположительно).

Радиоактивность: Все известные изотопы нобелия очень радиоактивны и имеют короткие периоды полураспада. Самый стабильный изотоп, ²⁵⁹No, имеет период полураспада около 58 минут.

Более короткоживущие изотопы, такие как ²⁵⁵No (период полураспада 3,1 минуты), чаще используются в химических исследованиях, так как их легче производить в достаточном количестве.

Кристаллическая структура: Предполагается, что имеет гранецентрированную кубическую (face-centered cubic, FCC) структуру.

Металлические свойства: Как актинид, предположительно, является типичным металлом с соответствующей электропроводностью, но прямое измерение этих свойств невозможно.

Интересный факт: связан с историей его открытия и последующими спорами о том, кто же его на самом деле открыл.

1957 год, Швеция (Нобелевский институт).
1966 год, СССР (Объединенный институт ядерных исследований в Дубне).
1966 год, США (Калифорнийский университет в Беркли).

Химические свойства

По химическим свойствам нобелий близок к фермию и калифорнию.

Хлорид нобелий мало летуч, в водных растворах наиболее стойкая степень окисления +2, действием сильных окислителей можно получить No³⁺ но не выше.

✅ Степени окисления:

+2 (наиболее устойчивая): Это наиболее характерная и уникальная особенность нобелия среди актинидов.

В отличие от большинства других актинидов, для которых степень окисления +3 является доминирующей, для нобелия в водных растворах степень окисления +2 более стабильна.

Это обусловлено стабильностью полностью заполненной 5f-оболочки (5f¹⁴) в ионе No²⁺
(после потери двух 7s электронов).

+3 (также существует, но менее устойчива): Нобелий также может проявлять степень окисления +3, что соответствует типичному поведению актинидов.

Однако ионы No³⁺ являются сильными окислителями и легко восстанавливаются до No²⁺.

✅ Электронная конфигурация No:

Предполагаемая электронная конфигурация внешних оболочек: [Rn]5f¹⁴7s². Такая конфигурация хорошо объясняет стабильность степени окисления +2.

✅ Реактивность:

Как металл, нобелий предположительно является реакционноспособным, хотя его реакции с воздухом, водой, галогенами, кислотами и щелочами напрямую не изучались из-за его исключительной радиоактивности и дефицита.

Его химическое поведение в водном растворе сравнивают с поведением иттербия (Yb), который является гомологом нобелия среди лантанидов и также проявляет устойчивую степень окисления +2.

Предполагается, что нобелий реагирует с кислородом (образуя оксиды, вероятно NoO или No₂O₃).

Химики в Дубне (Россия) установили, что нобелий образует нелетучий хлорид, а американские химики подтвердили устойчивость степени окисления +2 в водных растворах.

✅ Комплексообразование:

Ионы нобелия способны образовывать комплексные соединения в растворах. Его поведение в комплексообразовании сопоставимо с другими актинидами и лантанидами, которые проявляют те же степени окисления.

Изотопы элемента

Известны девять изотопов нобелий с массовыми числами 251—259 и периодами полураспада соответственно 0,8 ± ± 0,3; 4,5 ± 1,5; 95 ± 10; 65 ± 15; 180 ± 20; 3,7 ± 0,5; 23 ± 2; 0,0012 сек (спонтанное деление) и 1,5 ± ± 0,5 ч.

Наиболее долгоживущий изотоп получен (1970) в Ок-Ридже (США) при облучении изотопа ²⁴⁸Сm ускоренными ионами тяжелого 180.

Другие изотопы (с массовыми числами от ²⁵¹No до ²⁵⁸No) образуются в микроколичествах (сотни атомов) при облучении урана, плутония, америция и кюрия ускоренными ионами углерода, азота, кислорода и неона.

Получение

Основной метод получения нобелия — это бомбардировка более легких элементов тяжелыми ионами в ускорителях частиц (циклотронах).

✅ Например:

Мишень: В качестве мишени обычно используются изотопы трансурановых элементов, расположенных ниже нобелия в Периодической таблице, чаще всего изотопы кюрия (Cm) или калифорния (Cf).

Эти мишени должны быть очень чистыми и очень тонкими.

Снаряды (ускоренные ионы): Мишень бомбардируется высокоэнергетическими ядрами более легких элементов (так называемыми «снарядами»), которые ускоряются в циклотроне или линейном ускорителе.

Часто используются ионы углерода (C) или неона (Ne), а иногда ионы кислорода (O) или азота (N).

Ядерная реакция (слияние ядер): При столкновении и слиянии ядра мишени и ядра снаряда образуется составное ядро, которое затем испускает несколько нейтронов (обычно 3-5), чтобы стабилизироваться и образовать ядро нобелия.

✅ Исторические примеры реакций:

+4n (одна из реакций, использованных для получения нобелия в Беркли)

²⁴⁹Cf + ¹²C → ²⁵⁷No

+4n (реакция, проведенная в Дубне)

²⁴⁴Cm + ¹²C → ²⁵²No

+4n (получение более тяжелых изотопов нобелия)

²⁴⁸Cm + ¹⁸O → ²⁶²No

✅ Разделение и идентификация:

После реакции образовавшиеся атомы нобелия (которые производятся в крайне малых количествах, часто всего по несколько атомов за раз) должны быть отделены от мишени, пучка снарядов и других продуктов реакции.

Это делается с помощью быстрых радиохимических или физических методов (например, газофазная хроматография, разделение по массе или химическая экстракция).

Их идентификация происходит по характерным энергиям альфа-распада и периодам полураспада, а также по продуктам распада.

✅ Сложности получения:

Крайне малые количества: Нобелий всегда получают в атомарных количествах, что делает его одним из самых редких и дорогих веществ для исследования.

Короткие периоды полураспада: Даже самые стабильные изотопы нобелия имеют периоды полураспада в минутах или часах, что означает, что у исследователей очень мало времени для изучения его свойств.

Интенсивная радиоактивность: Высокая радиоактивность требует строгих мер безопасности и использования дистанционного управления.

Применение

Не имеет никаких практических или коммерческих применений.

Его использование строго ограничено фундаментальными научными исследованиями, где он служит:

✅ Инструментом для изучения свойств трансактинидных и сверхтяжелых элементов: Нобелий находится в самом конце ряда актинидов, на границе с трансактинидными элементами.

Его изучение позволяет ученым понять, как химические и физические свойства изменяются с увеличением атомного номера, проверить теоретические модели строения атомов и предсказать поведение еще более тяжелых элементов.

В частности, изучение его уникальной устойчивости степени окисления +2 имеет большое значение для понимания релятивистских эффектов в тяжелых элементах.

✅ Мишенью для синтеза новых, более тяжелых элементов: Некоторые изотопы нобелия могут потенциально использоваться в качестве мишеней в ускорителях частиц для создания еще более тяжелых, пока неизвестных или малоизученных химических элементов.

Литература

Флеров Г. Н. Синтез и исследование свойств элемента 102. «Атомная энергия»

Часто задаваемые вопросы

Сколько стоит нобелий?

Оценочная стоимость одного грамма этого элемента примерно триллионы или квадриллионы долларов.

Потому, что очень большие затраты на оборудование, энергетические и человеческие ресурсы, а также строительство специального ядерного реактора.

Чем опасен?

Быстро распадается, испуская альфа-частицы, а в некоторых случаях также гамма-лучи и бета-частицы.

Испуская радиоактивность которая плохо влияет на человека в целом, может образоваться рак, ДНК мутация.