Искусственные элементы в пределах периодической системы.

4 места в периодической системе долго оставались пустыми: клетки с № 43, 61, 85 и 87.

Эти 4 элемента были неуловимы. Усилия учёных, направленные на их поиски в природе, оставались безуспешными. С помощью периодического закона давно были заполнены все остальные места в таблице Менделеева – от водорода до урана.

Не один раз в научных журналах появлялись сообщения об открытии этих четырёх элементов. Но все эти открытия не подтверждались: каждый раз точная проверка показывала, что допущена ошибка и случайные ничтожные примеси были приняты за новый элемент.

Долгие и трудные поиски привели наконец к открытию в природе одного из неуловимых элементов. Оказалось, что экацезий № 87, возникает в цепочке распада природного радиоактивного изотопа урана-235. это короткоживущий радиоактивный элемент.

Рис. 13. Схема образования элемента № 87 – франция. Некоторые радиоактивные изотопы могут распадаться двумя путями, напр., посредством и a- и b-распада. Такое явление называется радиоакционной вилкой. Все природные радиоакционные семейства содержат вилки.

Элемент 87 заслуживает того, чтобы о нём рассказать подробнее. Теперь в энциклопедиях по химии читаем: франций (порядковый номер 87) открыт в 1939 г. французской учёной Маргаритой Перей.

Как Перей всё же удалось поймать неуловимый элемент? В 1914 г. три австрийских радиохимика – С. Мейер, В. Гесс и Ф. Панет – занялись изучением радиоактивного распада изотопа актиния с массовым числом 227. Было известно, что он входит в семейство актиноурана и испускает b-частицы; следовательно, продукт его распада торий. Однако у учёных мелькали смутные подозрения, что актиний-227 в редких случаях испускает и a-частицы. Иными словами, здесь наблюдается один из примеров радиоактивной вилки. В ходе такого превращения должен образовываться изотоп элемента 87. Мейер и его коллеги действительно наблюдали a-частицы. Требовались дальнейшие исследования, но они были прерваны первой мировой войной.

Маргарита Перей шла по тому же пути. Но в её распоряжении были более чувствительные приборы, новые, усовершенствованные методы анализа. поэтому ей и сопутствовал успех.

Франций относят к числу искусственно синтезированных элементов. Но всё-таки сначала элемент был обнаружен в природе. Это изотоп франций-223. Его период полураспада составляет всего 22 минуты. Становится понятным, почему франция так мало на Земле. Во-первых, из-за своей недолговечности он не успевает концентрироваться в сколь либо заметных количествах, во-вторых, сам процесс его образования отличается невысокой вероятностью: всего 1,2% ядер актиния-227 распадается с испусканием a-частиц.

В связи с этим франций выгоднее приготовлять искусственным путём. Уже получено 20 изотопов франция, и самый долгоживущий из них - франций-223. работая с совершенно малыми количествами солей франция, химики сумели доказать, что по своим свойствам он чрезвычайно похож на цезий.

Изучая свойства атомных ядер, физики пришли к выводу: у элементов с атомными номерами 43, 61, 85 и 87 не могут существовать стабильные изотопы. Они могут быть только радиоактивными, с короткими периодами полураспада и должны быстро исчезать. Поэтому все эти элементы были созданы человеком искусственно. Пути для создания новых элементов были указаны периодическим законом. Элемент 43 был первым искусственно созданным.

В ядре элемента 43 должно быть 43 положительных заряда, и вокруг ядра должны вращаться 43 электрона. У пустого места для элемента 43, находящегося в середине пятого периода, в четвёртом периоде стоит марганец, а в шестом – рений. Поэтому химические свойства элемента 43 должны быть похожи на свойства марганца и рения. Слева от клетки 43 находится молибден №42, справа – рутений №44. Следовательно, чтобы создать элемент 43, необходимо увеличить число зарядов в ядре атома, имеющего 42 заряда, ещё на один элементарный заряд. Поэтому для синтеза нового элемента 43 нужно взять в качестве исходного сырья молибден. Одним положительным зарядом обладает самый лёгкий элемент – водород. Итак, можно ожидать, что элемент 43 может быть получен в результате ядерной реакции между молибденом и протоном.

Рис. 14. Схема синтеза элемента № 43 – технеция.

Свойства элемента 43 должны быть сходными с химическими свойствами марганца и рения, и, для того чтобы обнаружить и доказать образование этого элемента, нужно воспользоваться химическими реакциями, аналогичными тем, с помощью которых химики определяют присутствие малых количеств марганца и рения.

Вот каким образом периодическая система даёт возможность наметить путь для создания искусственных элементов.

Точно таким же путём и был создан в 1937 г. первый искусственный химический элемент. Он получил знаменательное имя технеций – первый элемент, изготовленный техническим, искусственным путём. Вот как был осуществлён синтез технеция. Пластинка молибдена подверглась интенсивной бомбардировке ядрами тяжёлого изотопа водорода – дейтерия, которые были разогнаны в циклотроне до огромной скорости.

Ядра тяжёлого водорода, получившие очень большую энергию, проникли в ядра молибдена. После облучения в циклотроне пластика молибдена была растворена в кислоте. Из раствора было выделено с помощью тех же реакций, которые необходимы для аналитического определения марганца (аналог элемента 43), ничтожное количество нового радиоактивного вещества. Это и был новый элемент – технеций. Они точно соответствуют положению элемента в менделеевской таблице.

Теперь технеций стал вполне доступным: он образуется в довольно больших количествах в атомных реакторах. Технеций хорошо изучен, уже практически используется.

Метод, каким был создан элемент 61, очень похож на метод, которым получают технеций. Элемент 61 был выделен лишь в 1945 г. из осколочных элементов, образующихся в ядерном реакторе в результате деления урана.

Рис. 15. Схема синтеза элемента № 61 – прометия.

Элемент получил символическое имя «прометий». Это название дано ему не с проста. Оно символизирует драматический путь похищения наукой у природы энергии ядерного деления и овладения этой энергией (по преданию титан Прометей похитил с неба огонь и передал его людям; за это был прикован к скале и громадный орёл ежедневно терзал его), но и предостерегает людей от страшной военной опасности.

Прометий теперь получают в немалых количествах: его используют в атомных батарейках – источниках постоянного тока, способных действовать без перерыва много лет.

Аналогичным путём был синтезирован и самый тяжёлый галоген – экайод – элемент 85. Он впервые был получен бомбардировкой висмута (№ 83) ядрами гелия (№ 2), ускоренными в циклотроне до больших энергий. Новый элемент назван астатом (неустойчивый). Он радиоактивен, быстро исчезает. Его химические свойства также оказались точно соответствующими периодическому закону. Он похож на йод.

Рис. 16. Схема синтеза элемента № 85 – астата.