«Периодическая система элементов Д. И. Менделеева, история её открытия и экспериментальное подтверждение» (стр. 11 из 12)
Механизм деления объяснили Л. Мейтнер и О. Фриш. Уже существовала так называемая капельная модель ядра: атомное ядро уподабливалось капле жидкости. Если капле придать достаточную энергию, возбудить её, то она может разделиться на более мелкие капли. Так же и ядро, приведённое нейтроном в возбуждённое состояние, способно распасться, разделиться на более мелкие части – ядра атомов более лёгких элементов.
В 1940 г. советские учёные Г. Н. Флеров и К. А. Петржак доказали, что деление урана может происходить самопроизвольно. Так был открыт новый вид радиоактивных превращений, встречающихся в природе, спонтанное деление урана. Это было исключительно важное открытие.
Однако, неправильно объявлять ошибочными исследования по трансуранам в 30-х гг.
Два основных природных изотопа имеет уран: уран-238 (существенно преобладающий) и уран-235. Второй главным образом и делится под действием медленных нейтронов, тогда как первый, поглощая нейтрон, лишь превращается в более тяжёлый изотоп – уран-239, причём это поглощение тем интенсивнее, чем быстрее бомбардирующие нейтроны. Поэтому в первых попытках синтеза трансуранов эффект замедления нейтронов привёл к тому, что при «обстреле» мишени из природного урана, содержащей
и 
, превалировал процесс деления.Но уран-238, поглотивший нейтрон, должен был непременно дать начало цепочке образования трансурановых элементов. Требовалось найти надёжный способ поймать атомы элемента 93 в сложнейшей мешанине осколков деления. Сравнительно меньшие по массе, эти осколки в процессе бомбардировки урана должны были отлетать на большие расстояния (иметь большую длину пробега), нежели весьма массивные атомы элемента 93.
Эти рассуждения положил в основу своих экспериментов американский физик Э. Макмиллан, работавший в Калифорнийском университете. Весной 1939 г. он стал тщательно исследовать распределение осколков деления урана по длине пробегов. Ему удалось отделить маленькую порцию осколков с незначительной длиной пробега. Именно в этой порции он обнаружил следы радиоактивного вещества с периодом полураспада 2,3 дня и высокой интенсивностью излучения. Такой активности не наблюдалось в других фракциях осколков. Макмиллану удалось показать, что это вещество Х является продуктом распада изотопа уран-239:
.К работе подключился химик Ф. Эйблсон. Оказалось, что радиоактивное вещество с периодом полураспада 2,3 дня химически может быть отделено от урана и тория и не имеет ничего общего с рением. Так рухнуло предположение, что элемент 93 должен быть экарением.
Об успешном синтезе нептуния (новый элемент был назван в честь планеты Солнечной системы) объявил американский журнал «Физическое обозрение» вначале 1940 г. так началась эпоха синтеза трансурановых элементов, который оказался весьма важным для дальнейшего развития менделеевского учения о периодичности.
Рис. 17. Схема синтеза элемента № 93 – нептуния.
Даже периоды самых долгоживущих изотопов трансурановых элементов, как правило, значительно уступают возрасту Земли, а потому их существование в природе в настоящее время практически исключено. Таким образом, ясна причина обрыва естественного ряда химических элементов на уране – элементе 92.
За нептунием последовал плутоний. Он был синтезирован по ядерной реакции:
зимой 1940 – 1941 гг. американским учёным Г. Сиборгом с сотрудниками (в лаборатории Г. Сиборга впоследствии было синтезировано ещё несколько новых трансурановых элементов). Но самым важным изотопом плутония оказался
с периодом полураспада 24 360 лет. Помимо того, плутоний-239 под действием медленных нейтронов делится гораздо интенсивнее, чем | уран-235, а потому является превосходным ядерным горючим. Этот изотоп был использован и при создании ядерного оружия, в связи с чем химические и физические свойства плутония получили весьма тщательно, и нет ничего удивительного, что элемент 94 ныне считается одним из наиболее изученных среди всех химических элементов. Позднее, уже в 50-х гг., ничтожные количества нептуния и плутония удалось обнаружить в природе. Они образуются как продукты воздействия природных нейтронов на уран. |
Рис. 18. Схема синтеза элемента № 94 – плутония.
В 40-х гг. было синтезировано ещё три элемента тяжелее урана: америций (в честь Америки), кюрий (в честь М. и П. Кюри) и берклий (в честь г. Беркли в Калифорнии). Мишенью в ядерных реакторах служил плутоний-239, бомбардируемый нейтронами и a-частицами, и америций (его облучение привело к синтезу берклия):
.50-е гг. начались с синтеза калифорния (№ 98). Его удалось получить тогда, когда был накоплен в значительных количествах долгоживущий изотоп кюрий-242 и из него изготовили мишень. Ядерная реакция:
привела к синтезу нового элемента 98.Чтобы двигаться к элементам 99 и 100, следовало позаботиться о накоплении весовых количеств берклия и калифорния. Обстрел изготовленных из них мишеней a-частицами давал основания синтезировать новые элементы. Но слишком малы были периоды полураспада (часы и минуты) синтезированных изотопов элементов 97 и 98, и это оказывалось препятствием для накопления их в необходимых количествах. Предполагался и другой путь: длительное облучение плутония интенсивным потоком нейтронов. Но пришлось бы ждать результаты долгие годы (чтобы получить один из изотопов берклия в чистом виде, плутониевую мишень облучали целых 6 лет!). существенно сократить время синтеза можно было лишь одним-единственным способом: резко увеличить мощность нейтронного пучка. В лабораториях такое оказывалось невозможным.
На помощь пришел термоядерный взрыв. 1 ноября 1952 г. американцы провели взрыв термоядерного устройства на атолле Эниветок в Тихом океане. На месте взрыва собрали несколько сотен килограммов почвы, исследовали образцы. В результате удалось обнаружить изотопы элементов 99 и 100, названных соответственно эйнштейнием (в честь А. Эйнштейна) и фермием (в честь Э. Ферми).
Образующийся при взрыве поток нейтронов оказался очень мощным, что ядра урана-238 сумели поглотить за очень короткий промежуток времени большое число нейтронов. Эти сверхтяжёлые изотопы урана в результате цепочек последовательных
-распадов превратились в изотопы эйнштейния и фермия (рисунок 19).  |
Рис. 19. Схема синтеза элементов № 99 – эйнштейния и № 100 – фермия.
Менделеевием назван химический элемент № 101, синтезированный американскими физиками во главе с Г. Сиборгом в 1955 г. Авторы синтеза назвали новый элемент «в честь признания заслуг великого русского химика, который первым использовал для предсказания свойств неоткрытых химических элементов периодическую систему». Учёным удалось накопить достаточное количество эйнштейния, чтобы приготовить из него мишень (количество эйнштейния измерялось миллиардом атомов); облучая её a-частицами, можно было рассчитать на синтез ядер элемента 101(рисунок 20):
Рис. 20. Схема синтеза элемента № 101 – менделеевия.
Период полураспада полученного изотопа
оказался значительно большим , чем предполагали теоретики. И хотя в результате синтеза были получены считанные атомы менделеевия, оказалось возиожным изучить их химические свойства теми же методами, которые использовались для предшествующих трансуранов.Заключение. Значение периодического закона.
Достойную оценку периодическому закону дал Уильям Размай, который утверждал, что периодический закон является истинным компасом для исследователей.
высокую оценку Фридриха Энгельса, который, оценивая периодический закон, отметил, что учёный хоть бессознательно применил гегелевский закон о переходе количества в качество, он все же совершил научный подвиг».