В июне 1934 г. на страницах немецкого химического журнала появилось сообщение чешского инженера Одолена Коблика. Он являлся руководителем исследовательской лаборатории при Иоахимсталевских шахтах (Чехословакия), которые в начале XX в. поставляли супругам Кюри руду для получения радия. В сообщении говорилось о том, что в промывных водах урано-радиевого завода О. Кобликом обнаружен новый элемент. Место этого элемента в периодической системе Менделеева должно было находиться за ураном.
В честь своей родины Коблик назвал новый элемент богемием. Чехия - западная часть бывшей Чехословакии - раньше называлась Богемией. Предприняв более тщательное исследование, Коблик обнаружил, что выделенный им элемент весьма сходен с вольфрамом. Будучи справедливым и честным ученым, Коблик посчитал своим долгом немедленно сообщить в редакцию журнала о своей ошибке и тем самым взял свое сообщение обратно. Заметка о допущенной ошибке от имени редакции была опубликована в том же 1934 г.
В 30-40-х годах XX в. во многих лабораториях мира проводились широкие исследования результатов бомбардировки ядер устойчивых атомов нейтронами. В результате обстрела урана был получен один из новых элементов, занявших следующее за ураном место 93 с массовым числом 239. Элемент 93 был впервые выделен американскими учеными Э. Макмилланом и Ф. Абельсоном в 1940 г. и получил название нептуния.
Чтобы объяснить происхождение этого названия, необходимо сделать хотя бы весьма краткий экскурс в область истории астрономии.
До 1846 г. астрономам было известно в солнечной системе 7 планет. 1846 год ознаменовался в астрономии открытием новой, восьмой планеты, названной Нептуном. Седьмая из них, считая от Солнца, называлась Ураном. Последним же в периодической системе Менделеева был к 1940 г. элемент уран. Вот почему, когда был открыт новый заурановый элемент, его по аналогии назвали нептунием. Древние римляне Нептуном именовали таинственного бога моря. Моряки с древних времен, пересекая экватор, приносили Нептуну жертву, чтобы он "сохранил" их от бурь и непогоды, принес удачу в плавании. Потеряв религиозное содержание, праздник перехода экватора в настоящее время приобрел характер веселой инсценировки, в которой имеет место шуточный "обряд посвящения" членов экипажа, впервые пересекающих на корабле экватор. Красочное описание праздника Нептуна встречается во многих произведениях художественной литературы.
Однако вернемся к планете Нептун. Как известно, французский астроном Леверье и независимо от него английский астроном Адамc при наблюдении за планетой Уран заметили некоторые отклонения в ее движении. С помощью математических вычислений они не только установили существование никому не известной планеты, следующей за Ураном, которая своим притяжением вызывает "возмущения" Урана, но и указали место, где ее следует искать. Вскоре эта планета была обнаружена. Элемент гелий открыли на Солнце, а затем нашли на Земле. Планету Нептун "нашли" на Земле, а затем открыли на небе.
Нептуний - пластичный, серебристый металл, с температурой плавления 640°С и плотностью 19,5. По этим величинам трудно судить о тех необычайных трудностях, которые пришлось преодолеть ученым для того, чтобы получить эти цифры. Начнем с того, что измеримые количества нептуния, полученные впервые, составляли гаммы (миллионные доли грамма). Для взвешивания таких количеств веществ потребовалось создать весы исключительной точности. С их помощью можно было измерять количество вещества в одну стомиллионную долю грамма. Плотность нептуния определяли, имея всего 40 гамм (не грамм!) металла, который помещали в трубочку с диаметром отверстия в три десятых миллиметра.
Получение нептуния весьма сложно. Исходным материалом является хлористая или фтористая соль нептуния. При восстановлении этих солей парами бария при температуре 1300°С в тигле, изготовленном из окиси бериллия, получается чистый нептуний. Нагрев осуществляется танталовой проволочкой, электрический ток подводят к ней через вольфрамовые контакты.
Нептуний, как теперь установлено, имеет много радиоактивных изотопов. Самым "долгоживущим" из них является изотоп с массовым числом 237, полученный в 1942 г. Период полураспада у этого изотопа составляет более двух миллионов лет. Остальные изотопы "живут" считанные дни, часы и минуты.
Нептуний образуется в атомных реакторах из урана и является промежуточным продуктом в процессе накопления плутония.
Нептуний — химический элемент с атомным номером 93 в периодической системе; обозначается символом Np, относится к семейству актиноидов.
История
Нептуний был впервые получен Э. М. Макмилланом и Ф. Х. Абельсоном в 1940 году.
Реакция синтеза: 2387U(n,γ)239U(β-)239Np.
Название нептуния образовано от названия планеты Нептун.
Получение
Нептуний получают восстановлением фторида нептуния парами бария при 1600 К: NpF4 + 2Ba = Np + 2BaF2.
Свойства
Элементарный нептуний — ковкий, сравнительно мягкий металл с серебристым блеском.
В соединениях имеет степени окисления от +2 до +7. В растворах нептуний образует ионы Np3+, Np4+, NpO2+, NpO22+ и NpO53-.
Ионы нептуния склонны к гидролизу и комплексообразованию.
Применение
Используется для получения плутония.
Источник: Википедия
| 94. Плутоний-Plutonium (Pu) |
В 1930 г. американский астроном Персиваль Ловелл, автор фантастических очерков о жизни на Марсе, обнаружил некоторую неправильность в движении планеты Уран, но не ту, которую значительно раньше него отмечал Леверье. На основе своих наблюдений Ловелл пришел к заключению, что за Нептуном в солнечной системе должна быть еще одна, девятая планета, отстоящая от Солнца в сорок раз дальше, чем Земля. Эта планета действительно была обнаружена и названа Плутоном. По имени этой планеты, расположенной в солнечной системе за Нептуном, был назван плутонием элемент 94, искусственно полученный в 1941 г. из ядер атомов урана группой американских ученых во главе с Г. Сиборгом. Замечательно, что плутоний был найден в природе после того, как он был получен искусственно.
Плутоний обычно содержится в урановых рудах в качестве естественной примеси к урану как продукт радиоактивного превращения урана. Считают, что плутоний образуется в урановых рудах в результате захвата нейтронов ядрами урана. Однако плутоний образуется в таких количествах, что о добыче плутония из руд не может быть и речи.
Плутония в уране всего одна миллиардная доля процента по весу, т. е. один атом плутония приходится на 140 млрд. атомов урана. В урановой руде Конго (Африка) один грамм плутония приходится на 4 млн. т урана.
По своим свойствам и внешнему виду плутоний представляет блестящий металл с температурой плавления 640°С и плотностью от 15,4 до 19,0. Эта неопределенность плотности объясняется наличием нескольких разновидностей плутония.
Одна из этих разновидностей обладает интересным свойством. При нагревании она не расширяется, как это бывает обычно у металлов, а сжимается. Элемент плутоний имеет тринадцать изотопов с массовыми числами от 232 до 244. Практическое применение находит пока плутоний-239, у которого период полураспада равен 24 000 лет.
Из всех заурановых элементов применяется только плутоний, поэтому его химические свойства изучены лучше, чем многих "старых" элементов. В технологии плутония применен удивительный масштаб перехода от лабораторных опытов к заводскому процессу - от миллионных долей грамма в лаборатории сразу к килограммам - на заводе.
Плутоний образуется в атомных реакторах при расщеплении урана.
В античной мифологии Плутон играл роль бога подземного мира, владыки царства теней усопших.
Плуто́ний (обозначается символом Pu; атомное число 94) — тяжёлый хрупкий радиоактивный металл серебристо-белого цвета. В периодической таблице располагается в семействе актиноидов.
Для элемента характерны существенно отличающиеся от остальных элементов структурные и физико-химические свойства. Плутоний имеет семь аллотропных модификаций при определённых температурах и диапазонах давления: α, β, γ, δ, δ', ε и ζ. Может принимать степени окисления от +2 до +7, основными считаются +4, +5, +6. Плотность варьируется от 19,8 (α-Pu) до 15,9 г/см³ (δ-Pu).
Стабильных изотопов не имеет. «Природными» изотопами плутония считаются самый долгоживущий изотоп из всех трансурановых элементов 244Pu и 239Pu. В природе находится преимущественно в виде диоксида (PuO2), который в воде еще менее растворим, чем песок (кварц). Нахождение элемента в природе настолько мало, что его добыча нецелесообразна.
Широко используется в производстве ядерного оружия (т. н. «оружейный плутоний»), ядерного топлива для атомных реакторов гражданского и исследовательского назначения и в качестве источника энергии для космических аппаратов.
Второй после нептуния (ошибочно «получен» в 1934 году группой Э. Ферми; первый изотоп 239Np синтезирован и идентифицирован в мае 1940 года Э. Макмилланом и Ф. Абельсоном) искусственный элемент, полученный в микрограммовых количествах в конце 1940 г. в виде изотопа 238Pu. Первый искусственный химический элемент, производство которого началось в промышленных масштабах. В первой ядерной бомбе в мире, созданной и испытанной в 1945 году в США, использовался плутониевый заряд. Того же типа была и первая бомба, испытанная СССР в 1949 году. Соответственно США, а затем и СССР были первыми странами, освоившими его получение.
Производство плутония очень затратное. Один грамм плутония-238 стоил 1000 долларов США (примерно до 1971 года), в наше время ~4000, а один килограмм — миллион. Для получения плутония применяется как обогащенный, так и природный уран. Общее количество плутония, хранящегося в мире во всевозможных формах, оценивалось в 2003 г. в 1239 т.
Источник: Википедия
| 95. Америций-Americium (Am) |
Элемент с порядковым номером 95 был получен из урана Г. Сиборгом в 1944 г.
Чтобы получить этот элемент, для бомбардировки ядер атомов урана понадобились более "тяжелые снаряды". Такими "снарядами" явились на сей раз не протоны, а альфа-частицы.
Вначале элемент 95 был получен в таких малых количествах, что потребовалась большая изобретательность для исследование его химических свойств.
В атомных реакторах, которые вступили в строй после 1944 г. ("год рождения" элемента 95), были по лучены различные изотопы этого элемента. Пуск атомных реакторов открыл более широкие возможности для исследователей, облегчил их задачу, дав в руки химиков весомые количества плутония.
Элемент 95 очень схож с лантаноидами. В чистом виде - это серебристо-белый, ковкий металл с плотностью 11,7. Он был назван Г. Сиборгом америцием. Такое название было дано с учетом положения элемента 95 в "ряду актиноидов" периодической системы Менделеева. Элемент 95 закономерно был помещен под схожим с ним элементом 63 в "ряду лантаноидов". Элемент с номером 63 - европий - получил свое название в честь Европы, по аналогии с ним элементу с номером 95 было присвоено в честь Америки название америций.
Америций (лат. Americium (Am)) — 95-й элемент таблицы Менделеева, четвёртый синтезированный трансплутониевый элемент.
История
Элемент был получен искусственно в 1944 году в Металлургической лаборатории Чикагского университета Гленном Сиборгом с сотрудниками.
Внешняя электронная оболочка нового элемента (5f) оказалась аналогичной европию (4f). Поэтому элемент назвали в честь Америки, как европий — в честь Европы.
Получение
241Am сейчас получают в промышленном количестве при распаде 241Pu: Pu-241 -> (13.2 года, бета частица) -> Am-241.
Последовательность получения 241Am
241Pu образуется во всех ядерных реакторах при захвате нейтрона 238U.
1. 238U + n => 239U
2. 239U β распад => 239Np
3. 239Np β распад => 239Pu
4. 239Pu + n => 240Pu
5. 240Pu + n => 241Pu
6. 241Pu β распад (13.2 года) => 241Am (Период полураспада 432.2 года)
Так как Pu-241 обычно присутствует в только что выработанном оружейном плутонии, Am-241 накапливается в веществе с распадом Pu-241. В связи с этим, он играет важную роль в старении плутониевого оружия. Свежеизготовленный оружейный плутоний содержит 0.5-1.0 % Pu-241, реакторный плутоний имеет от 5-15 % до 25 % Pu-241. Через несколько десятилетий почти весь Pu-241 распадется в Am-241. Энергетика альфа-распада Am-241 и относительно короткое время жизни создают высокую удельную радиоактивность и тепловой выход (106 Вт/кг, для примера у Pu-241 тепловой выход 3.4 Вт/кг). Большая часть альфа- и гамма-активности старого оружейного плутония обусловливается Am-241.
Физические свойства
Америций — металл серебристо-белого цвета, тягучий и ковкий. Светится в темноте за счёт собственного α-излучения. Больше всего он похож на металлы редкоземельного семейства. Имеет две аллотропные формы. В низкотемпературной форме обладает двойной плотно упакованной шестиугольной структурой, плотность 13.67, которая при 1074 °C преобразуется в гранецентрированную кубическую. Температура плавления — 1175 °C.
Источник: Википедия
При нагревании парового котла с топкой на твердом или жидком топливе в качестве отброса и даже вредного продукта образуется дым, с которым постоянно ведут борьбу.
При работе атомного "котла" одним из таких отходов является поток "нейтронного газа", представляющий большую опасность для обслуживающего персонала. Для предохранения людей от этого смертоносного потока вокруг реактора сооружают защитные бетонные стены толщиной в несколько метров. Такие стены поглощают нейтроны и другие излучения. В стенах оставляют несколько закрываемых каналов. Если в такой канал поместить какое-либо вещество, то оно подвергнется действию мощного потока нейтронов. Таким путем в 1944 г. Сиборг и получил элемент 96. Сначала получался один из изотопов америция, который в результате бета-распада превратился в новый элемент. В честь Марии и Пьера Кюри этот элемент был назван кюрием. Второй буквой в символе элемента стоит m (эм) от имени Мария - проявление глубокого уважения к женщине-ученому.
Позднее различные изотопы кюрия были получены путем "обстрела" плутония альфа-снарядами.
Исследование химических свойств кюрия весьма затрудняется сильной радиоактивностью.
Растворы солей кюрия, благодаря его радиоактивности, сильно нагреваются, вода разлагается на водород и кислород. Излучение настолько мощно, что растворы солей кюрия светятся в полной темноте с такой же силой, как и радий. Металлический кюрий обладает серебристым цветом. Его плотность равна 7.
Кюрий (лат. Curium (Cm)) — 96-й элемент таблицы Менделеева, синтезированный трансурановый элемент.
История
После завершения работ, связанных с плутонием, внимание исследователей Металлургической лаборатории было обращено на синтез и идентификацию новых трансурановых элементов. В этой работе участвовали Г. Сиборг, А. Гиорсо, Л. О. Морган и Р. А. Джеймс. На протяжении довольно длительного периода, синтезировать и идентифицировать элементы № 95 и № 96 не удавалось потому, что предполагалось, что они будут иметь сходство с плутонием и довольно легко окисляться до шестивалентного состояния. Но в 1944 году, когда было установлено, что эти элементы являются аналогами лантаноидов и входят в особую группу называемую актиноидами, открытие состоялось. Первым, в 1944 году, был открыт кюрий. Его получили при бомбардировке 239Pu α-частицами.
Разделение америция и кюрия было сопряжено с большими трудностями, так как химически они очень схожи. Трудность разделения отображена в первоначальных названиях элементов «пандемониум» и «делириум», что в переводе с латыни означает «ад» и «бред». Они были разделены методом ионного обмена с использованием ионообменной смолы дауэкс-50 и α-оксиизобутирата аммония в качестве элюента.
Кюрий был выделен Л. В. Вернером и И. Перлманом в 1947 году в виде гидроксида, полученного исходя из гидроксида америция, который подвергли облучению нейтронами.
Назван в честь Пьера и Марии Кюри.
Получение
Определенные изотопы кюрия производят в атомных реакторах. Путем последовательного захвата нейтронов ядрами элементов-мишени происходит накопление атомов кюрия. После накопления кюрия в достаточных количествах, его выделяют методами химической переработки, концентрируют и вырабатывают оксид кюрия.
Кюрий — металл крайне дорогой. В настоящий момент используется только в самых важных областях ядерных технологий. Тем не менее, в США и России существуют так называемые кюриевые программы, основной задачей которых являются:
- Максимальное увеличение количества кюрия в облученном топливе.
- Максимальное сокращение сроков наработки кюрия.
- Разработка рациональных технологий облучения топлива и разработка топливных композиций.
- Снижение цен на кюрий.
Это связано с тем, что спрос на кюрий в основных его областях использования многократно превышает предложение. Получение достаточных количеств кюрия способно решить проблему производства компактных космических реакторов, самолетов с ядерными двигателями и др.
Источник: Википедия
| 97. Беркелий -Berkelium (Bk) |
По названию американского города Беркли штата Калифорния (США), в котором находятся университет и Институт ядерной физики был назван искусственный элемента - беркелий.
Сравнительно большие количества этого элемента было получено путем длительного облучения плутония в атомных реакторах.
После открытия в 1950 г. беркелия детально изучались не только его химические свойства, но и пути синтетического получения этого элемента с применением "сверхтяжелых снарядов". Было установлено, что такими "сверхтяжелыми снарядами" могут служить ядра атомов углерода, азота и кислорода.
Искать в земной коре этот элемент бесполезно; если бы он был, то давным-давно "испарился", радиоактивно разложились, так как он имеет малый период полураспада.
Бе́рклий (Bk, лат. Berkelium) — искусственно полученный радиоактивный трансурановый химический элемент группы актиноидов таблицы Менделеева с атомным номером 97. Берклий не имеет стабильных изотопов, наиболее долгоживущий нуклид 247Bk имеет период полураспада 1380 лет.
История
Получен в 1949 г. учеными Национальной лаборатории им. Лоуренса в г. Беркли (Калифорния, США; тогдашнее название — Радиационная лаборатория) С. Томпсоном, Г. Сиборгом, А. Гиорсо при бомбардировке мишени из америция-241 ускоренными на 60-дюймовом циклотроне α-частицами.
97-й элемент был получен группой Сиборга вслед за элементами с номерами 94 (плутонием), 95 (америцием) и 96 (кюрием). Пятилетняя задержка после синтеза 96 элемента была связана с отсутствием материала для исходной мишени — изотопа америция 241Am. Для химической идентификации нового элемента использовали хорошо отработанный к тому времени метод ионообменной хроматографии.
Берклий является химическим аналогом тербия, получившего название от небольшого селения Иттербю в Швеции, рядом с которым был обнаружен минерал, содержащий среди прочих редкоземельных металлов и тербий. Поэтому было решено назвать 97-й элемент по названию города Беркли.
Получение
Изотопы берклия с массовыми числами до 248 получают из соответствующих изотопов америция или кюрия по реакции (α, n) или (α, p, n). 249Вк образуется в ядерном реакторе при облучении нейтронами 238U или 239Pu. 250Вк получают облучением 249Вк по реакции (γ, n).
Свойства
Физические
Простое вещество берклий — радиоактивный металл серебристо-белого цвета.
Химические
Установлено, что берклий очень реакционноспособен. В своих многочисленных соединениях он имеет степени окисления + 3 (преимущественно) и + 4. Существование четырехвалентного берклия позволяет отделять этот элемент от других актиноидов и лантаноидов (продуктов деления), которые либо не имеют такой валентной формы, либо труднее в нее переводятся.
Взаимодействует с кислородом (оксид и диоксид), галогенами и серой. Известны двойные соли и металлоорганические соединения берклия. Образует комплексные соединения с минеральными и органическими кислотами. Наиболее устойчивы соединения берклия в растворе при степени окисления +3. При рН, близких к щелочной среде, Bk3+ образует нерастворимый основной гидроксид. Оксиды, фториды, фосфаты и карбонаты берклия нерастворимы в воде. В четырехвалентном состоянии берклий является сильным окислителем.
Источник: Википедия
|
