Эйнштейний

Эйнштейний,  ₉₉ Es

Эйнштейний
Произношение	/ Aɪ н сек т aɪ п я ə м / ( eyen- ХЛЕВА -nee-əm )
Внешность	серебристый; светится синим в темноте
Массовое число	[252]
Эйнштейний в периодической таблице
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон Ho ↑ Es ↓ (Вверх) калифорний ← эйнштейний → фермий
Атомный номер ( Z )	99
Группа	группа н / д
Период	период 7
Блокировать	f-блок
Электронная конфигурация	[ Rn ] 5f 11 7s 2
Электронов на оболочку	2, 8, 18, 32, 29, 8, 2
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	1133  К (860 ° С, 1580 ° F)
Точка кипения	1269 К (996 ° C, 1825 ° F) (оценка)
Плотность (около  rt )	8,84 г / см 3
Атомные свойства
Состояния окисления	+2, +3 , +4
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 1,3
Энергии ионизации	1-я: 619 кДж / моль
Спектральные линии эйнштейния
Прочие свойства
Естественное явление	синтетический
Кристальная структура	гранецентрированной кубической (ГЦК)
Магнитный заказ	парамагнитный
Количество CAS	7429-92-7
История
Именование	после Альберта Эйнштейна
Открытие	Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (1952)
Основные изотопы эйнштейния
Изотоп Избыток Период полураспада ( t 1/2 ) Режим распада Товар 252 Es син 471,7 г α 248 Bk ε 252 КФ β - 252 Фм 253 Es син 20,47 г SF - α 249 Bk 254 Es син 275,7 г ε 254 Кф β - 254 Фм α 250 Бк 255 Es син 39,8 г β - 255 футов α 251 Bk SF -
Категория: Эйнштейний Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Эйнштейний - синтетический элемент с символом Es и атомным номером 99. Эйнштейний является членом серии актинидов и седьмым трансурановым элементом . Он назван в честь Альберта Эйнштейна .

Эйнштейний был обнаружен как компонент обломков первой водородной бомбы, взорвавшейся в 1952 году. Его самый распространенный изотоп эйнштейний-253 (период полураспада 20,47 дня) производится искусственно в результате распада калифорния -253 в нескольких специализированных ядерных реакторах большой мощностис общим доходом порядка одного миллиграмма в год. За реактором синтеза следует сложный процесс отделения эйнштейния-253 от других актинидов и продуктов их распада. Другие изотопы синтезируются в различных лабораториях, но в гораздо меньших количествах, путем бомбардировки тяжелых актинидных элементов легкими ионами. Из-за небольшого количества продуцируемого эйнштейния и короткого периода полураспада его наиболее легко производимого изотопа в настоящее время практически нет его практического применения за пределами фундаментальных научных исследований. В частности, эйнштейний был впервые использован для синтеза 17 атомов нового элемента - менделевия в 1955 году.

Эйнштейний - мягкий серебристый парамагнитный металл . Его химический состав типичен для поздних актинидов с преобладанием степени окисления +3 ; степень окисления +2 также доступна, особенно в твердых телах. Высокая радиоактивность эйнштейния-253 вызывает видимое свечение и быстро повреждает его кристаллическую металлическую решетку с выделением тепла около 1000 Вт на грамм. Сложность изучения его свойств связана с распадом эйнштейния-253 на берклий.-249, а затем калифорний-249 со скоростью около 3% в день. Изотоп эйнштейния с самым длинным периодом полураспада, эйнштейний-252 (период полураспада 471,7 дня), был бы более подходящим для исследования физических свойств, но оказалось, что его гораздо труднее производить, и он доступен только в незначительных количествах, а не оптом. ^[1] Эйнштейний - элемент с наивысшим атомным номером, который наблюдался в макроскопических количествах в чистом виде, и это был обычный короткоживущий изотоп эйнштейний-253. ^[2]

Как и все синтетические трансурановые элементы, изотопы эйнштейния очень радиоактивны и считаются очень опасными для здоровья при приеме внутрь. ^[3]

История [ править ]

Эйнштейний был впервые обнаружен в декабре 1952 года Альбертом Гиорсо и его сотрудниками из Калифорнийского университета в Беркли в сотрудничестве с Аргоннской и Лос-Аламосской национальными лабораториями в результате ядерного испытания Айви Майка . Испытание было проведено 1 ноября 1952 года на атолле Эниветак в Тихом океане и стало первым успешным испытанием водородной бомбы . ^[4] Первоначальное исследование обломков взрыва показало образование нового изотопа плутония ,²⁴⁴
₉₄Пу
, Которые могли бы формироваться только за счет поглощения шести нейтронов на уран-238 ядра следуют два бета - распадов .

${\ displaystyle {\ ce {^ {238} _ {92} U -> [{\ ce {+6 (n, \ gamma)}}] [- 2 \ \ beta ^ {-}] {} _ {94 } ^ {244} Пу}}}$

В то время считалось, что многократное поглощение нейтронов является чрезвычайно редким процессом, но идентификация ²⁴⁴
₉₄Пу
указывает на то, что ядрами урана могло быть захвачено еще больше нейтронов, что привело к образованию новых элементов тяжелее калифорния . ^[4]

Гиорсо и его коллеги проанализировали фильтровальную бумагу, пролетевшую через облако взрыва на самолетах (та же методика отбора проб, которая использовалась для обнаружения ²⁴⁴
₉₄Пу
). ^[5] Позднее из коралловых обломков атолла были выделены большие количества радиоактивного материала, которые были доставлены в США. ^[4] Разделение предполагаемых новых элементов проводилось в присутствии буферного раствора лимонной кислоты / аммония в слабо кислая среда ( pH ≈ 3,5) с использованием ионного обмена при повышенных температурах; в итоге было извлечено менее 200 атомов эйнштейния. ^[6] Тем не менее, элемент 99 (эйнштейний), а именно его изотоп ²⁵³ Es, может быть обнаружен по его характерному альфа-распаду с высокой энергией при 6,6 МэВ. ^[4] Это было произведенозахват 15 нейтронов на уран-238 ядер с последующим семь бета-распадов и имел период полураспада 20,5 дней. Такое многократное поглощение нейтронов стало возможным благодаря высокой плотности потока нейтронов во время детонации, так что у вновь образовавшихся тяжелых изотопов было достаточно нейтронов для поглощения, прежде чем они могли распадаться на более легкие элементы. Изначально захват нейтрона увеличивал массовое число без изменения атомного номера нуклида, а сопутствующие бета-распады привели к постепенному увеличению атомного номера: ^[4]

${\displaystyle {\ce {^{238}_{92}U ->[{\ce {+15n}}][6 \beta^-] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-] ^{253}_{99}Es}}}$

Однако около ²³⁸ атомов U могут поглотить два дополнительных нейтрона (всего 17), что приведет к ²⁵⁵ Es, а также к изотопу ²⁵⁵ Fm другого нового элемента, фермия . ^[7] Открытие новых элементов и связанные с ними новые данные о множественном захвате нейтронов изначально держались в секрете по приказу вооруженных сил США до 1955 года из-за напряженности в период холодной войны и конкуренции с Советским Союзом в ядерных технологиях. ^{[4] [8] [9]} Однако быстрый захват такого количества нейтронов обеспечил бы необходимое прямое экспериментальное подтверждение так называемого r-процесса.многократное поглощение нейтронов, необходимое для объяснения космического нуклеосинтеза (производства) некоторых тяжелых химических элементов (тяжелее никеля) при взрывах сверхновых до бета-распада . Такой процесс необходим для объяснения существования многих стабильных элементов во Вселенной. ^[10]

Между тем, изотопы элемента 99 (а также нового элемента 100, фермия ) были произведены в лабораториях Беркли и Аргонна в ядерной реакции между азотом- 14 и ураном-238 ^[11], а затем путем интенсивного нейтронного облучения плутония. или калифорний :

${\displaystyle {\ce {^{252}_{98}Cf ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-][17.81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{254}_{99}Es ->[\beta^-] ^{254}_{100}Fm}}}$

Эти результаты были опубликованы в нескольких статьях в 1954 году с оговоркой о том, что это не первые исследования, проведенные на элементах. ^{[12] [13] [14] [15] [16]} Команда Беркли также сообщила о некоторых результатах по химическим свойствам эйнштейния и фермия. ^{[17] [18]} Результаты Айви Майк были рассекречены и опубликованы в 1955 году. ^[8]

В открытии элементов 99 и 100 американские команды соревновались с группой из Нобелевского института физики , Стокгольм , Швеция . В конце 1953 - начале 1954 года шведской группе удалось синтезировать легкие изотопы элемента 100, в частности ²⁵⁰ Fm, путем бомбардировки урана ядрами кислорода. Эти результаты были также опубликованы в 1954 году. ^[19] Тем не менее, приоритет команды Беркли был общепризнанным, поскольку ее публикации предшествовали шведской статье, и они были основаны на ранее нераскрытых результатах термоядерного взрыва 1952 года; таким образом, команде Беркли была предоставлена ​​привилегия назвать новые элементы. Поскольку усилие, которое привело к созданиюАйви Майк получил кодовое название Project PANDA, ^[20] элемент 99 был в шутку назван «Pandamonium» ^[21], но официальные названия, предложенные группой Беркли, произошли от двух выдающихся ученых, Альберта Эйнштейна и Энрико Ферми : «Мы предлагаем название для элемент с атомным номером 99, эйнштейний (символ E) после Альберта Эйнштейна и для названия элемента с атомным номером 100, фермий (символ Fm), после Энрико Ферми ". ^[8] И Эйнштейн, и Ферми умерли между моментом, когда имена были первоначально предложены, и когда они были объявлены. Об открытии этих новых элементов объявил Альберт Гиорсо.на первой Женевской атомной конференции, состоявшейся 8–20 августа 1955 г. ^[4] Символ эйнштейния сначала был обозначен как «E», а позже ИЮПАК изменил его на «Es». ^{[22] [23]}

Характеристики [ править ]

Физический [ править ]

Эйнштейний - синтетический серебристо-белый радиоактивный металл. В периодической таблице он расположен справа от актинида калифорния , слева от актинида фермия и ниже лантаноида гольмия, с которым он имеет много общего по физическим и химическим свойствам. Его плотность 8,84 г / см ³ ниже, чем у калифорния (15,1 г / см ³ ), и почти такая же, как у гольмия (8,79 г / см ³ ), несмотря на то, что атомарный эйнштейний намного тяжелее гольмия. Температура плавления эйнштейния (860 ° C) также относительно низкая - ниже калифорния (900 ° C), фермия (1527 ° C) и гольмия (1461 ° C).^{[3] [25]} Эйнштейний - мягкий металл с объемным модулем упругости всего 15 ГПа, что является одним из самых низких значений среди нещелочных металлов . ^[26]

В отличие от более легких актинидов калифорний , берклий , кюрий и америций, которые кристаллизуются в двойной гексагональной структуре в условиях окружающей среды, считается, что эйнштейний имеет гранецентрированную кубическую ( ГЦК ) симметрию с пространственной группой Fm 3 m и постоянной решетки a = 575 часов вечера. Однако имеется сообщение о гексагональном металлическом эйнштейнии при комнатной температуре с a = 398 пм и c = 650 пм, который превращался в ГЦК фазу при нагревании до 300 ° C. ^[27]

Самоповреждения, вызванные радиоактивностью эйнштейния, настолько сильны, что он быстро разрушает кристаллическую решетку ^[28], а выделение энергии во время этого процесса, 1000 Вт на грамм ²⁵³ Es, вызывает видимое свечение. ^[2] Эти процессы могут способствовать относительно низкой плотности и температуре плавления эйнштейния. ^[29] Кроме того, из-за небольшого размера доступных образцов, точка плавления эйнштейния часто определялась путем наблюдения за нагреванием образца в электронном микроскопе. ^[30] Таким образом, поверхностные эффекты в небольших образцах могут снизить значение точки плавления.

Металл трехвалентен и обладает заметно высокой летучестью. ^[31] Чтобы уменьшить повреждение от собственного излучения, большинство измерений твердого эйнштейния и его соединений проводят сразу после термического отжига. ^[32] Кроме того, некоторые соединения изучаются в атмосфере газа-восстановителя, например H ₂ O + HCl для EsOCl, так что образец частично разрастается во время его разложения. ^[33]

Помимо саморазрушения твердого эйнштейния и его соединений, к другим сложностям, присущим изучению этого элемента, относятся его дефицит (наиболее распространенный изотоп ²⁵³ Es доступен только один или два раза в год в субмиллиграммовых количествах) и самозагрязнение из-за быстрого превращение эйнштейния в берклий, а затем в калифорний со скоростью около 3,3% в день: ^{[34] [35] [36]}

${\displaystyle {\ce {^{253}_{99}Es ->[\alpha][20 {\ce {d}}] ^{249}_{97}Bk ->[\beta^-][314 {\ce {d}}] ^{249}_{98}Cf}}}$

Таким образом, большинство образцов эйнштейния загрязнены, и их внутренние свойства часто выводятся путем экстраполяции экспериментальных данных, накопленных с течением времени. Другие экспериментальные методы, позволяющие обойти проблему загрязнения, включают избирательное оптическое возбуждение ионов эйнштейния перестраиваемым лазером, например, при изучении его люминесцентных свойств. ^[37]

Магнитные свойства были изучены для металлического эйнштейния, его оксида и фторида. Все три материала показали парамагнитное поведение Кюри – Вейсса от жидкого гелия до комнатной температуры. Эффективные магнитные моменты рассчитывались как10,4 ± 0,3  μ B для Es ₂ O ₃ и11,4 ± 0,3 μ _B для ФЭБ ₃ , которые являются наиболее высокими значениями среди актинидов, и соответствующие температур Кюри является 53 и 37 К. ^{[38] [39]}

Химическая [ править ]

Как и все актиниды, эйнштейний довольно реактивен. Его трехвалентная степень окисления наиболее стабильна в твердых веществах и водном растворе, где он дает бледно-розовый цвет. ^[40] Существование двухвалентного эйнштейния твердо установлено, особенно в твердой фазе; такое состояние +2 не наблюдается у многих других актинидов, включая протактиний , уран , нептуний , плутоний, кюрий и берклий. Соединения эйнштейния (II) могут быть получены, например, восстановлением эйнштейния (III ) хлоридом самария (II) . ^[41] Степень окисления +4 была постулирована на основе исследований пара и пока не определена. ^[42]

Изотопы [ править ]

Для эйнштейния известны девятнадцать изотопов и три ядерных изомера с массовыми числами от 240 до 257. Все они радиоактивны, а самый стабильный нуклид, ²⁵² Es, имеет период полураспада 471,7 дня. ^[43] Следующими наиболее стабильными изотопами являются ²⁵⁴ Es (период полураспада 275,7 дней), ^{[44] 255} Es (39,8 дней) и ²⁵³ Es (20,47 дней). Все остальные изотопы имеют период полураспада менее 40 часов, и большинство из них распадаются менее чем за 30 минут. Из трех ядерных изомеров наиболее стабильным является ^254m Es с периодом полураспада 39,3 часа. ^[45]

Ядерное деление [ править ]

Эйнштейний имеет высокую скорость деления ядер, что приводит к низкой критической массе для устойчивой цепной ядерной реакции . Эта масса составляет 9,89 кг для голой сферы изотопа ²⁵⁴ Es и может быть уменьшена до 2,9 кг, добавив стальной отражатель нейтронов толщиной 30 сантиметров , или даже до 2,26 кг с отражателем из воды толщиной 20 см. Однако даже эта малая критическая масса значительно превышает общее количество выделенного до сих пор эйнштейния, особенно редкого изотопа ²⁵⁴ Es. ^[46]

Естественное явление [ править ]

Из-за короткого периода полураспада всех изотопов эйнштейния любой первичный эйнштейний, то есть эйнштейний, который, возможно, мог присутствовать на Земле во время его образования, давно распался. Синтез эйнштейния из природных актинидов урана и тория в земной коре требует множественного захвата нейтронов, что крайне маловероятно. Следовательно, весь земной эйнштейний производится в научных лабораториях, в ядерных реакторах большой мощности или при испытаниях ядерного оружия и присутствует только в течение нескольких лет с момента синтеза. ^[6]

Трансурановые элементы от америция до фермия , включая эйнштейний, естественным образом встречались в естественном ядерном реакторе деления в Окло , но больше этого не происходит. ^[47]

Эйнштейний наблюдался в звезде Пшибыльского в 2008 году. ^[48]

Синтез и извлечение [ править ]

Эйнштейний производится в ничтожных количествах путем бомбардировки более легких актинидов нейтронами в специализированных ядерных реакторах с высокой плотностью потока . Основными источниками излучения в мире являются 85- мегаватный изотопный реактор с высоким потоком (HFIR) в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси, США ^[50] и петлевой реактор SM-2 в Научно-исследовательском институте атомных реакторов (НИИАР) в Димитровграде. , Россия , ^[51] , оба посвящены производству транскуриевых ( Z  > 96) элементов. Эти объекты имеют схожие уровни мощности и магнитного потока и, как ожидается, будут иметь сопоставимые производственные мощности для трансуриевых элементов ^[52].хотя объемы, произведенные в НИИАР, широко не сообщаются. В «типичной кампании обработки» в Oak Ridge, десятки грамм кюрия облучает для получения дециграмм количества калифорния , количества миллиграмма берклия ( ²⁴⁹ Ок) и эйнштейний и пикограммовых количества фермия . ^{[53] [54]}

Первый микроскопический образец образца ²⁵³ Es весом около 10 нанограмм был приготовлен в 1961 году в HFIR. Для оценки его веса были разработаны специальные магнитные весы. ^{[3] [55]} Позднее производились более крупные партии, начиная с нескольких килограммов плутония с выходом эйнштейния (в основном ²⁵³ Es) 0,48 миллиграмма в 1967–1970 годах, 3,2 миллиграмма в 1971–1973 годах, с последующим стабильным производством около 3 миллиграммов в год. год между 1974 и 1978 гг. ^{[56] Однако} эти количества относятся к целому количеству в мишени сразу после облучения. Последующие процедуры разделения уменьшили количество изотопно чистого эйнштейния примерно в десять раз. ^[52]

Лабораторный синтез [ править ]

Облучение плутония интенсивными нейтронами приводит к образованию четырех основных изотопов эйнштейния: ²⁵³ Es (α-излучатель с периодом полураспада 20,47 суток и периодом полураспада спонтанного деления 7 × 10 ⁵ лет); ^{254 m} Es (β-излучатель с периодом полураспада 39,3 часа), ²⁵⁴ Es (α-излучатель с периодом полураспада около 276 дней) и ²⁵⁵ Es (β-излучатель с периодом полураспада 39,8 суток). ^{[57] [45]} Альтернативный путь включает бомбардировку урана-238 высокоинтенсивными пучками ионов азота или кислорода. ^[58]

Эйнштейний-247 (период полураспада 4,55 минут) был получен путем облучения америция-241 углеродом или урана-238 ионами азота. ^[59] Последняя реакция была впервые реализована в 1967 году в Дубне, Россия, и задействованные ученые были награждены премией Ленинского комсомола . ^[60]

Изотоп ²⁴⁸ Es был получен облучением ²⁴⁹ Cf ионами дейтерия . Он в основном распадается с испусканием электронов до ²⁴⁸ Cf с периодом полураспада25 ± 5 минут, но также высвобождает α-частицы с энергией 6,87 МэВ с отношением электронов к α-частицам около 400. ^[61]

${\displaystyle {\ce {^{249}_{98}Cf + ^{2}_{1}D -> ^{248}_{99}Es + 3^{1}_{0}n}}\quad \left({\ce {^{248}_{99}Es ->[\epsilon][27 {\ce {min}}] ^{248}_{98}Cf}}\right)}$

Более тяжелые изотопы ²⁴⁹ Es, ²⁵⁰ Es, ²⁵¹ Es и ²⁵² Es были получены бомбардировкой ²⁴⁹ Bk α-частицами. В этом процессе высвобождаются от одного до четырех нейтронов, что делает возможным образование четырех разных изотопов в одной реакции. ^[62]

${\displaystyle {\ce {^{249}_{97}Bk ->[+\alpha] ^{249,250,251,252}_{99}Es}}}$

Эйнштейний-253 был получен путем облучения мишени из ²⁵² Cf 0,1–0,2 миллиграмма потоком тепловых нейтронов (2–5) × 10 ¹⁴ нейтронов · см ⁻² · с ^{−1 в} течение 500–900 часов: ^[63]

${\displaystyle {\ce {^{252}_{98}Cf ->[{\ce {(n,\gamma)}}] ^{253}_{98}Cf ->[\beta^-][17.81 {\ce {d}}] ^{253}_{99}Es}}}$

В 2020 году ученые из Окриджской национальной лаборатории смогли создать 233 нанограмма ²⁵⁴ Es, что стало новым мировым рекордом. Это позволило впервые изучить некоторые химические свойства элемента. ^[64]

Синтез при ядерных взрывах [ править ]

Анализ обломков ядерных испытаний « Айви Майк» мощностью 10 мегатонн был частью долгосрочного проекта. Одна из целей которого заключалась в изучении эффективности производства трансурановых элементов при ядерных взрывах большой мощности. Мотивацией для этих экспериментов было то, что синтез таких элементов из урана требует многократного захвата нейтронов. Вероятность таких событий увеличивается с потоком нейтронов , и ядерные взрывы являются наиболее мощными искусственными источниками нейтронов, обеспечивая плотности порядка 10 ²³ нейтронов / см ² в течение микросекунды, или около 10 ²⁹ нейтронов / (см ² · с. ). Для сравнения, поток реактора HFIR составляет 5 × 10¹⁵ нейтронов / (см ² · с). Специальная лаборатория была создана прямо на атолле Эниветок для предварительного анализа мусора, поскольку некоторые изотопы могли распасться к тому времени, когда образцы мусора достигли материковой части США. Лаборатория как можно скорее получила образцы для анализа с самолетов, оснащенных бумажными фильтрами. который после испытаний пролетел над атоллом. В то время как надеялись открыть новые химические элементы тяжелее фермия, ни один из них не был обнаружен даже после серии мегатонных взрывов, проведенных между 1954 и 1956 годами на атолле. ^[5]

Атмосферные результаты были дополнены данными подземных испытаний, накопленными в 1960-х годах на испытательном полигоне в Неваде , поскольку была надежда, что мощные взрывы, проведенные в замкнутом пространстве, могут привести к увеличению выхода и более тяжелым изотопам. Помимо традиционных урановых зарядов, комбинации урана с америцием и ториембыли опробованы, а также смешанный заряд плутония-нептуния, но они были менее успешными с точки зрения выхода и были приписаны более сильным потерям тяжелых изотопов из-за повышенной скорости деления в зарядах тяжелых элементов. Изоляция продукта была проблематичной, поскольку взрывы распространяли обломки за счет плавления и испарения окружающих пород на глубине 300–600 метров. Бурение на такую ​​глубину для извлечения продуктов было медленным и неэффективным с точки зрения собранных объемов. ^{[5] [65]}

Среди девяти подземных испытаний, проведенных между 1962 и 1969 годами, ^{[66] [67]} последнее было самым мощным и имело самый высокий выход трансурановых элементов. Миллиграммы эйнштейния, на которые обычно требуется год облучения в реакторе большой мощности, были произведены за микросекунду. ^[65] Однако главной практической проблемой всего предложения был сбор радиоактивных обломков, рассеянных мощным взрывом. Фильтры самолета поглощают только около 4 × 10 ^{- 14}от общего количества, а сбор тонны кораллов на атолле Эниветак увеличил эту долю всего на два порядка. Добыча около 500 килограмм подземных пород 60 дней после того, как взрыв Клетки восстановленного только около 1 × 10 ^{- 7} полного заряда. Количество трансурановых элементов в этой партии весом 500 кг было всего в 30 раз больше, чем в породе весом 0,4 кг, взятой через 7 дней после испытания, которое продемонстрировало крайне нелинейную зависимость выхода трансурановых элементов от количества извлеченной радиоактивной породы. ^[68]Перед испытанием на площадке были пробурены шахты, чтобы ускорить сбор проб после взрыва, чтобы взрыв вытеснил радиоактивный материал из эпицентра через шахты и в собираемые объемы у поверхности. Этот метод был опробован в двух испытаниях и мгновенно дал сотни килограммов материала, но с концентрацией актинида в 3 раза ниже, чем в образцах, полученных после бурения. Хотя такой метод мог быть эффективным при научных исследованиях короткоживущих изотопов, он не мог улучшить общую эффективность улавливания произведенных актинидов. ^[69]

Хотя в обломках ядерных испытаний не было обнаружено никаких новых элементов (кроме эйнштейния и фермия), а общий выход трансурановых элементов был разочаровывающе низким, эти испытания действительно дали значительно более высокие количества редких тяжелых изотопов, чем ранее доступные в лабораториях. ^[70]

Разделение [ править ]

Процедура выделения эйнштейния зависит от метода синтеза. В случае бомбардировки легкими ионами внутри циклотрона мишень из тяжелых ионов прикрепляется к тонкой фольге, а образовавшийся эйнштейний просто смывается с фольги после облучения. Однако количество, произведенное в таких экспериментах, относительно невелико. ^[71] Выходы намного выше при облучении реактора, но там продукт представляет собой смесь различных изотопов актинидов, а также лантаноидов, образующихся при распадах ядерного деления. В этом случае выделение эйнштейния является утомительной процедурой, которая включает в себя несколько повторяющихся этапов катионного обмена при повышенных температуре и давлении и хроматографию. Отделение от берклия важно, потому что самый распространенный изотоп эйнштейния, производимый в ядерных реакторах,²⁵³ Es распадается с периодом полураспада всего 20 дней до ²⁴⁹ Bk, что быстро по шкале времени большинства экспериментов. Такое разделение основывается на том факте, что берклий легко окисляется до твердого состояния +4 и выпадает в осадок, тогда как другие актиниды, включая эйнштейний, остаются в своем состоянии +3 в растворах. ^[72]

Отделение трехвалентных актинидов от продуктов деления лантаноидов может быть выполнено с помощью колонки с катионообменной смолой, используя раствор 90% вода / 10% этанол, насыщенный соляной кислотой (HCl) в качестве элюента . Обычно за этим следует анионообменная хроматография с использованием 6 молярной HCl в качестве элюента. Колонка с катионообменной смолой (обменная колонка Dowex-50), обработанная солями аммония, затем используется для разделения фракций, содержащих элементы 99, 100 и 101. Эти элементы затем могут быть идентифицированы просто на основе их положения / времени элюирования с использованием α-гидроксиизобутирата. раствор (α-HIB), например, в качестве элюента. ^[73]

Разделение актинидов 3+ также может быть достигнуто с помощью экстракционной хроматографии с использованием бис- (2-этилгексил) фосфорной кислоты (сокращенно HDEHP) в качестве стационарной органической фазы и азотной кислоты в качестве подвижной водной фазы. Последовательность элюирования актинидов обратная по сравнению с колонкой с катионообменной смолой. Эйнштейний, выделенный этим методом, имеет то преимущество, что не содержит органического комплексообразователя по сравнению с разделением с использованием колонки со смолой. ^[73]

Подготовка металла [ править ]

Эйнштейний обладает высокой реакционной способностью, поэтому для получения чистого металла из его соединений требуются сильные восстановители. ^[74] Этого можно достичь восстановлением фторида эйнштейния (III) металлическим литием :

EsF ₃ + 3 Li → Es + 3 LiF

Однако из-за низкой температуры плавления и высокой скорости саморадиационного повреждения эйнштейний имеет высокое давление паров, которое выше, чем у фторида лития. Это делает эту реакцию восстановления довольно неэффективной. Он был опробован в первых попытках получения, и от него быстро отказались в пользу восстановления оксида эйнштейния (III) металлическим лантаном : ^{[27] [29] [75]}

Es ₂ O ₃ + 2 La → 2 Es + La ₂ O ₃

Химические соединения [ править ]

Оксиды [ править ]

Оксид эйнштейния (III) (Es ₂ O ₃ ) получали сжиганием нитрата эйнштейния (III). Он образует бесцветные кубические кристаллы, которые впервые были охарактеризованы на образцах микрограмм размером около 30 нанометров. ^{[28] [35]} Для этого оксида известны две другие фазы, моноклинная и гексагональная. Образование определенной фазы Es ₂ O ₃ зависит от техники приготовления и истории образца, и четкой фазовой диаграммы нет. Взаимопревращения между тремя фазами могут происходить спонтанно в результате самооблучения или самонагревания. ^[84] Гексагональная фаза изотипна оксиду лантана (III), где Es ³⁺ион окружен 6-координированной группой ионов O ^2– . ^{[76] [81]}

Галиды [ править ]

Галогениды эйнштейния известны степенью окисления +2 и +3. ^{[83] [85]} Наиболее стабильное состояние +3 для всех галогенидов от фторида до иодида.

Фторид эйнштейния (III) (EsF ₃ ) может быть осажден из растворов хлорида эйнштейния (III) при реакции с фторид- ионами. Альтернативная процедура приготовления заключается в воздействии на оксид эйнштейния (III) трифторида хлора (ClF ₃ ) или газообразного F ₂ при давлении 1-2 атмосферы и температуре от 300 до 400 ° C. Кристаллическая структура EsF ₃ является гексагональной, как и во фториде калифорния (III) (CfF ₃ ), где ионы Es ³⁺ 8-кратно координированы ионами фтора в расположении треугольной призмы с двумя заглушками . ^{[34] [86] [87]}

Хлорид эйнштейния (III) (EsCl ₃ ) может быть получен путем отжига оксида эйнштейния (III) в атмосфере сухих паров хлористого водорода при температуре около 500 ° C в течение примерно 20 минут. Он кристаллизуется при охлаждении при температуре около 425 ° С в виде оранжевого твердого вещества с гексагональной структурой UCL 3 типа , где атомы эйнштейния являются 9-кратно координируется атомами хлора в tricapped тригональной призмы геометрии. ^{[79] [86] [88]} Эйнштейний (III) , бромид (EsBr ₃ ) представляет собой бледно-желтого твердого вещества с моноклинной структурой AlCl 3 типа , где атомы эйнштейния являются октаэдрическикоординируется бромом (координационное число 6). ^{[82] [86]}

Двухвалентные соединения эйнштейния получают восстановлением трехвалентных галогенидов водородом : ^[89]

2 EsX ₃ + H ₂ → 2 EsX ₂ + 2 HX, X = F, Cl, Br, I

Хлорид эйнштейния (II) (EsCl ₂ ), ^[90] бромид эйнштейния (II) (EsBr ₂ ), ^[91] и иодид эйнштейния (II) (EsI ₂ ) ^[83] были произведены и характеризуются оптическим поглощением, без структурной информации пока нет. ^[82]

Известные оксигалогениды эйнштейния включают EsOCl, ^[83] EsOBr ^[89] и EsOI. ^[83] Эти соли синтезируются путем обработки тригалогенида паровой смесью воды и соответствующего галогенида водорода: например, EsCl ₃ + H ₂ O / HCl для получения EsOCl. ^[33]

Ойнштейниевые соединения [ править ]

Высокая радиоактивность эйнштейния потенциально может использоваться в лучевой терапии , и были синтезированы металлоорганические комплексы для доставки атомов эйнштейния в соответствующий орган тела. Были проведены эксперименты по введению собакам цитрата эйнштейния (а также соединений фермия). ^[2] Эйнштейний (III) также был включен в хелатные комплексы бета-дикетона , поскольку аналогичные комплексы с лантаноидами ранее демонстрировали самую сильную люминесценцию при УФ-возбуждении среди металлоорганических соединений. При получении комплексов эйнштейния ионы Es ³⁺ разбавляли Gd ^{3+ в} 1000 раз.ионы. Это позволило снизить радиационное повреждение, чтобы соединения не распадались в течение 20 минут, необходимых для измерений. Полученная люминесценция Es ³⁺ была слишком слабой, чтобы ее можно было обнаружить. Это объяснялось неблагоприятными относительными энергиями отдельных компонентов соединения, которые препятствовали эффективному переносу энергии от хелатной матрицы к ионам Es ³⁺ . Аналогичный вывод был сделан для других актинидов америция, берклия и фермия. ^[92]

Однако люминесценция ионов Es ³⁺ наблюдалась в растворах неорганической соляной кислоты, а также в органических растворах с ди (2-этилгексил) ортофосфорной кислотой. Он показывает широкий пик с длиной волны около 1064 нм (полуширина около 100 нм), который может резонансно возбуждаться зеленым светом (длина волны около 495 нм). Люминесценция имеет время жизни несколько микросекунд и квантовый выход менее 0,1%. Относительно высокие по сравнению с лантаноидами скорости безызлучательного распада в Es ³⁺ были связаны с более сильным взаимодействием f-электронов с внутренними электронами Es ³⁺ . ^[93]

Приложения [ править ]

Никакой изотоп эйнштейния практически не используется вне фундаментальных научных исследований, направленных на получение высших трансурановых элементов и трансактинидов . ^[94]

В 1955 году менделевий был синтезирован путем облучения мишени, состоящей из примерно 10 ⁹ атомов ²⁵³ Es, в 60-дюймовом циклотроне в лаборатории Беркли. В результате реакции ²⁵³ Es (α, n) ²⁵⁶ Md получили 17 атомов нового элемента с атомным номером 101. ^[95]

Редкий изотоп эйнштейний-254 является предпочтительным для производства сверхтяжелых элементов из-за его большой массы, относительно длительного периода полураспада, составляющего 270 дней, и наличия значительных количеств в несколько микрограммов. ^[96] Следовательно, эйнштейний-254 был использован в качестве мишени при попытке синтеза унунения (элемент 119) в 1985 году путем бомбардировки его ионами кальция-48 на линейном ускорителе superHILAC в Беркли, Калифорния. Атомы не были идентифицированы, что установило верхний предел для сечения этой реакции в 300 нанобарьеров . ^[97]

${\displaystyle {\ce {{^{254}_{99}Es}+{^{48}_{20}Ca}->{^{302}_{119}Uue^{\ast }}->no\ atoms}}}$

Эйнштейний-254 использовался в качестве калибровочного маркера в спектрометре химического анализа (« анализатор поверхности альфа-рассеяния ») лунного зонда Surveyor 5 . Большая масса этого изотопа уменьшала спектральное перекрытие сигналов от маркера и исследуемых более легких элементов лунной поверхности. ^[98]

Безопасность [ править ]

Большинство доступных данных о токсичности эйнштейния получено в результате исследований на животных. При проглатывании крысами только около 0,01% эйнштейна попадает в кровоток. Оттуда около 65% попадает в кости, где они оставались бы около 50 лет, если бы не его радиоактивный распад, не говоря уже о 3-летней максимальной продолжительности жизни крыс, 25% - в легкие (биологический период полураспада около 20 лет, хотя это снова не имеет значения из-за короткого периода полураспада изотопов эйнштейния), 0,035% для яичек или 0,01% для яичников, где эйнштейний остается неопределенно долго. Выводится около 10% проглоченного количества. Распределение эйнштейния по поверхности костей однородно и аналогично распределению плутония. ^[99]

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Greenwood, Norman N .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0080379418.
• Haire, Ричард Г. (2006). «Эйнштейний». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия элементов актинидов и трансактинидов (PDF) . 3 (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. С. 1577–1620. DOI : 10.1007 / 1-4020-3598-5_12 . ISBN 978-1-4020-3555-5. Архивировано из оригинального (PDF) 17 июля 2010 года.
• Холлеман, Арнольд Ф. и Виберг, Нильс (2007). Учебник неорганической химии (102-е изд.). Берлин: де Грюйтер. ISBN 978-3-11-017770-1.
• Сиборг, GT, изд. (23 января 1978 г.). Материалы симпозиума, посвященного 25-летию элементов 99 и 100 (PDF) . Отчет LBL-7701.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме Einsteinium .

Найдите einsteinium в Викисловаре, бесплатном словаре.

• Эйнштейний в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• Возрастные факторы в метаболизме и дозиметрии радионуклидов: Материалы - содержит несколько исследований эйнштейния, связанных со здоровьем.