Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нобелий - синтетический химический элемент с символом и атомным номером 102. Он назван в честь Альфреда Нобеля , изобретателя динамита и благотворителя науки. Радиоактивный металл , это десятый трансурановые элементы и является предпоследним членом актиноидов . Как и все элементы с атомным номером более 100, нобелий можно получить только в ускорителях частиц , бомбардируя более легкие элементы заряженными частицами. Известно, что существует всего двенадцать изотопов нобелия ; самый стабильный - 259Нет с периодом полураспада 58 минут, но более короткоживущий 255 Нет (период полураспада 3,1 минуты) чаще всего используется в химии, поскольку его можно производить в более крупных масштабах.

Эксперименты химии подтвердили , что нобелий ведет себя как более тяжелый гомолог к иттербию в периодической таблице. Химические свойства нобелия до конца не известны: они в основном известны только в водном растворе . До открытия нобелия было предсказано, что он покажет стабильную степень окисления +2, а также состояние +3, характерное для других актинидов: эти прогнозы позже подтвердились, поскольку состояние +2 намного более стабильно, чем состояние +3. в водном растворе и в состоянии +3 трудно удерживать нобелий.

В 1950-х и 1960-х годах многие заявления об открытии нобелия поступали из лабораторий Швеции , Советского Союза и США . Хотя шведские ученые вскоре отказались от своих претензий, приоритет открытия и, следовательно, наименования элемента оспаривался между советскими и американскими учеными, и только в 1997 году Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) признал советский команда с открытием, но сохранила нобелий, шведское предложение, в качестве названия элемента из-за его давнего использования в литературе.

Введение [ править ]

Графическое изображение реакции ядерного синтеза . Два ядра сливаются в одно, испуская нейтрон . Реакции, в результате которых к этому моменту были созданы новые элементы, были похожими, с той единственной возможной разницей, что иногда выделялось несколько единичных нейтронов или ни одного.

Самые тяжелые атомные ядра [a] образуются в ядерных реакциях, которые объединяют два других ядра неравного размера [b] в одно; грубо говоря, чем более неравны два ядра по массе, тем больше вероятность того, что они вступят в реакцию. [11] Материал, состоящий из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которая затем бомбардируется пучком более легких ядер. Два ядра могут сливаться в одно только в том случае, если они достаточно близко подходят друг к другу; Обычно ядра (все положительно заряженные) отталкиваются друг от друга из-за электростатического отталкивания . Сильное взаимодействиеможет преодолеть это отталкивание, но только на очень коротком расстоянии от ядра; Таким образом, ядра пучка сильно ускоряются , чтобы сделать такое отталкивание незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка. [12] сближаясь сама по себе не достаточно для двух ядер к предохранителя: когда два ядра приближаются друг к другу, они обычно остаются вместе в течение приблизительно 10 -20  секунд , а затем разделить пути (не обязательно в одной и той же композиции , как и до реакции) , а не образуют единое ядро. [12] [13] Если синтез действительно происходит, временное слияние, называемое составным ядром , является возбужденным состоянием.. Чтобы потерять свою энергию возбуждения и достичь более стабильного состояния, составное ядро ​​либо делится, либо выбрасывает один или несколько нейтронов , [c] которые уносят энергию. Это происходит примерно через 10 -16  секунд после первоначального столкновения. [14] [d]

Луч проходит через цель и достигает следующей камеры - сепаратора; если новое ядро ​​произведено, оно переносится этим лучом. [17] В сепараторе вновь образованное ядро ​​отделяется от других нуклидов (от исходного пучка и любых других продуктов реакции) [e] и переносится на детектор с поверхностным барьером , который останавливает ядро. Отмечается точное место предстоящего удара о детектор; также отмечена его энергия и время прибытия. [17] Передача занимает около 10 -6  секунд; Чтобы ядро ​​было обнаружено, оно должно выжить так долго. [20] Ядро записывается снова после регистрации его распада и определения местоположения, энергии, и время затухания. [17]

Устойчивость ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его диапазон очень мал; по мере того, как ядра становятся больше, его влияние на самые удаленные нуклоны ( протоны и нейтроны) ослабевает. В то же время ядро ​​разрывается электростатическим отталкиванием между протонами, так как оно имеет неограниченный радиус действия. [21] Таким образом, ядра самых тяжелых элементов теоретически предсказаны [22] и до сих пор наблюдались [23], что они в основном распадаются через моды распада, которые вызваны таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление ; [f] эти моды преобладают для ядер сверхтяжелых элементов.. Альфа-распад регистрируется испускаемыми альфа-частицами , и продукты распада легко определить до фактического распада; если такой распад или серия последовательных распадов дает известное ядро, исходный продукт реакции можно определить арифметически. [g] Самопроизвольное деление, однако, приводит к образованию различных ядер в качестве продуктов, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним элементам. [час]

Таким образом, информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать один из самых тяжелых элементов, - это информация, собранная в детекторах: местоположение, энергия и время прибытия частицы к детектору, а также данные о ее распаде. Физики анализируют эти данные и пытаются сделать вывод, что это действительно было вызвано новым элементом и не могло быть вызвано другим нуклидом, чем заявленный. Часто предоставленных данных недостаточно для вывода о том, что новый элемент определенно был создан, и нет другого объяснения наблюдаемых эффектов; были допущены ошибки в интерпретации данных.

Открытие [ править ]

Элемент был назван в честь Альфреда Нобеля .

Открытие 102-го элемента было сложным процессом, и на него претендовали группы из Швеции , США и Советского Союза . Первое полное и неопровержимое сообщение о его обнаружении поступило только в 1966 году из Объединенного института ядерных исследований в Дубне (тогда еще в Советском Союзе). [30]

Первое объявление об открытии 102-го элемента было объявлено физиками Нобелевского института в Швеции в 1957 году. Группа сообщила, что они бомбардировали кюриевую мишень ионами углерода-13 в течение двадцати пяти часов с получасовыми интервалами. Между бомбардировками на мишени проводилась химия ионного обмена . Двенадцать из пятидесяти бомбардировок содержали образцы, испускавшие альфа-частицы (8,5 ± 0,1)  МэВ , которые находились в каплях, которые элюировались раньше, чем фермий (атомный номер Z  = 100) и калифорний ( Z  = 98). Полураспадасообщалось, что это было 10 минут и было отнесено к 251 102 или 253 102, хотя  не исключалась возможность того, что наблюдаемые альфа-частицы были из предположительно короткоживущего изотопа менделевия ( Z = 101), образовавшегося в результате захвата электронов элементом 102. [30] Группа предложила название нобелиум (№) для нового элемента [31] [32], которое было немедленно одобрено ИЮПАК [33], решение, которое группа из Дубны в 1968 году охарактеризовала как поспешное. [34] В следующем году ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Берклиповторил эксперимент, но не смог найти никаких событий с энергией 8,5 МэВ, которые не были бы фоновыми эффектами. [30]

В 1959 году шведская группа попыталась объяснить неспособность команды Беркли обнаружить элемент 102 в 1958 году, утверждая, что они действительно его обнаружили. Однако более поздняя работа показала, что не существует изотопов нобелия легче 259 No (более тяжелые изотопы не могли быть получены в шведских экспериментах) с периодом полураспада более 3 минут, и что результаты шведской группы, скорее всего, относятся к торию- 225. , который имеет период полураспада 8 минут и быстро подвергается тройному альфа-распаду до полония.-213 с энергией распада 8,53612 МэВ. Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что торий-225 может быть легко получен в ходе используемой реакции и не может быть выделен используемыми химическими методами. Более поздняя работа с нобелием также показала, что двухвалентное состояние более стабильно, чем трехвалентное, и, следовательно, образцы, испускающие альфа-частицы, не могли содержать нобелий, поскольку двухвалентный нобелий не элюировался бы другими трехвалентными актинидами. [30] Таким образом, шведская группа позже отказалась от своих претензий и связала активность с фоновыми эффектами. [33]

Группа из Беркли, состоящая из Альберта Гиорсо , Гленна Т. Сиборга , Джона Р. Уолтона и Торбьёрна Сиккеланда , в 1958 году заявила о синтезе 102-го элемента. Команда использовала новый линейный ускоритель тяжелых ионов (HILAC) для бомбардировки кюриевой мишени. (95% 244 Cm и 5% 246 Cm) с ионами 13 C и 12 C. Они не смогли подтвердить заявленную шведами активность 8,5 МэВ, но вместо этого смогли обнаружить распад фермия-250, предположительно дочери 254102 (произведенного из кюрия-246), который имел очевидный период полураспада.~ 3 с. Позже работа в Дубне в 1963 г. подтвердила, что в этой реакции может быть произведено 254 102, но на самом деле его период полураспада составляет50 ± 10 с . В 1967 году команда Беркли пытался защитить свою работу, заявив , что изотоп обнаружен действительно 250 Fm , но изотоп , что измерения периода полураспада на самом деле связаны с был калифорния-244, внучку из 252 102, получают из более обильной curium- 244. Затем различия в энергии были отнесены к «проблемам с разрешением и дрейфом», хотя о них ранее не сообщалось, и они также должны были повлиять на другие результаты. Эксперименты 1977 года показали, что 252 102 действительно имеет период полураспада 2,3 секунды. Тем не менее, 1973 работы также показала , что 250 Fm отдачи могла бы также легко произведена из изомерного перехода из250m Fm (период полураспада 1,8 с), который также мог образоваться в реакции при использованной энергии. [30] Учитывая это, вполне вероятно, что в этом эксперименте фактически не производился нобелий. [30]

В 1959 году группа продолжила свои исследования и заявила, что они смогли произвести изотоп, который распадался преимущественно за счет испускания альфа-частицы с энергией 8,3 МэВ, с периодом полураспада 3 с и связанной 30% -ной ветвью спонтанного деления . Первоначально активность была присвоена 254 102, но позже была изменена на 252 102. Однако они также отметили, что нет уверенности в том, что нобелий был произведен из-за сложных условий. [30] Команда Беркли решила принять предложенное шведской командой название «nobelium» для элемента. [33]

244
96
См
+ 12
6
C
256
102
Нет
*
252
102
Нет
+ 4 1
0

п

Между тем в Дубне в 1958 и 1960 годах проводились эксперименты по синтезу 102-го элемента. Первый эксперимент бомбардировка одна тысячи девятьсот пятьдесят восемь плутония-239 и -241 с кислородом 16 ионами. Наблюдалось несколько альфа-распадов с энергиями чуть более 8,5 МэВ, и им было отнесено 251 252 253 102, хотя команда писала, что нельзя исключать образование изотопов из примесей свинца или висмута (которые не производят нобелий). В то время как более поздние эксперименты 1958 года показали, что новые изотопы могут быть получены из ртути , таллий, свинца или висмута, ученые по-прежнему придерживались своего вывода о том, что элемент 102 может быть получен в результате этой реакции, с указанием периода полураспада менее 30 секунд и энергии распада (8,8 ± 0,5) МэВ. Позже в 1960 году эксперименты показали, что это были фоновые эффекты. Эксперименты 1967 года также снизили энергию распада до (8,6 ± 0,4) МэВ, но оба значения слишком высоки, чтобы соответствовать значениям 253 Нет или 254 Нет. [30] Команда из Дубны позже заявила в 1970 и снова в 1987, что эти результаты были не окончательный. [30]

В 1961 году ученые из Беркли заявили об открытии 103-го элемента в реакции калифорния с ионами бора и углерода. Они заявили о производстве изотопа 257 · 103, а также о синтезе альфа-распадающегося изотопа 102-го элемента с периодом полураспада 15 с и энергией альфа-распада 8,2 МэВ. Они присвоили это 255 102 без объяснения причин назначения. Значения не согласуются с теми, которые сейчас известны для 255 Нет, хотя они действительно согласуются с теми, которые теперь известны для 257 Нет, и, хотя этот изотоп, вероятно, сыграл роль в этом эксперименте, его открытие было неубедительным. [30]

Работа над 102-м элементом также продолжалась в Дубне, и в 1964 г. там были проведены эксперименты по обнаружению дочерних альфа-распадов изотопов 102-го элемента путем синтеза 102-го элемента в результате реакции мишени из урана-238 с ионами неона . Продукты переносили по фольге улавливателя серебра и химически очищали, при этом были обнаружены изотопы 250 Fm и 252 Fm. Выход 252 Fm был интерпретирован как свидетельство того, что его родительский 256102 также был синтезирован: поскольку было отмечено, что 252 Fm также может быть произведено непосредственно в этой реакции путем одновременного испускания альфа-частицы с избыточными нейтронами, были предприняты шаги для убедитесь, что252 Fm не мог попасть прямо в ловушку из фольги. Обнаруженный период полураспада 256 102 составил 8 с, что намного выше, чем более современное значение 1967 года (3,2 ± 0,2) с. [30] Дальнейшие эксперименты были проведены в 1966 году для 254 102 с использованием реакций 243 Am ( 15 N , 4n) 254 102 и 238 U ( 22 Ne, 6n) 254 102, обнаружив период полураспада (50 ± 10) с. : в то время несоответствие между этим значением и более ранним значением Беркли не было понято, хотя более поздние работы доказали, что образование изомера 250mFm был менее вероятен в экспериментах в Дубне, чем в экспериментах в Беркли. Оглядываясь назад, можно сказать, что результаты Дубны по 254 102 были, вероятно, правильными и теперь могут считаться окончательным обнаружением элемента 102. [30]

Еще один очень убедительный эксперимент из Дубны был опубликован в 1966 году, снова с использованием тех же двух реакций, в результате которого был сделан вывод о том, что 254 102 действительно имеет период полураспада намного больше, чем 3 секунды, заявленные Беркли. [30] Более поздняя работа в 1967 году в Беркли и в 1971 году в Национальной лаборатории Ок-Ридж полностью подтвердила открытие элемента 102 и прояснила более ранние наблюдения. [33] В декабре 1966 года группа из Беркли повторила эксперименты в Дубне и полностью подтвердила их, и использовала эти данные, чтобы окончательно правильно определить изотопы, которые они синтезировали ранее, но еще не могли идентифицировать в то время, и таким образом утверждали, что обнаружили нобелий в 1958-1961 гг. [33]

238
92
U
+ 22
10
Ne
260
102
Нет
*
254
102
Нет
+ 6 1
0

п

В 1969 году команда из Дубны провела химические эксперименты с элементом 102 и пришла к выводу, что он ведет себя как более тяжелый гомолог иттербия . Российские ученые предложили название joliotium (Jo) для нового элемента в честь недавно умершей Ирен Жолио-Кюри , что вызвало споры об именах элементов , которые не разрешались в течение нескольких десятилетий, и каждая группа использовала свои собственные предложенные имена. [33]

В 1992 году рабочая группа IUPAC - IUPAP по трансмиссии (TWG) пересмотрела заявления об открытии и пришла к выводу, что только дубненская работа 1966 года правильно обнаружила и приписала распады ядрам с атомным номером 102 в то время. Таким образом, дубненская группа официально признана первооткрывателями нобелия, хотя не исключено, что он был обнаружен в Беркли в 1959 году. [30] Это решение было подвергнуто критике со стороны Беркли в следующем году, назвав возобновление дел по элементам с 101 по 103 a. «бесполезная трата времени», а Дубна согласилась с решением ИЮПАК. [34]

В 1994 году, в рамках попытки разрешения споров по поводу названий элементов, IUPAC утвердил названия для элементов 101–109. Для элемента 102 он утвердил название nobelium (Нет) на том основании, что оно закрепилось в литературе в течение 30 лет и что Альфред Нобель должен быть отмечен таким образом. [35] Из-за возмущения по поводу названий 1994 года, которые в основном не учитывали выбор первооткрывателей, последовал период комментариев, и в 1995 году ИЮПАК назвал элемент 102 флеровий (Fl) как часть нового предложения в честь Георгия Флерова или его одноименная Лаборатория ядерных реакций им . Флерова . [36]Это предложение также не было принято, и в 1997 году название нобелиум было восстановлено. [35] Сегодня название флеровий с тем же символом относится к элементу 114 . [37]

Характеристики [ править ]

Физический [ править ]

Энергия, необходимая для продвижения f-электрона к d-подоболочке для лантаноидов и актинидов f-блока. Выше примерно 210 кДж / моль эта энергия слишком высока, чтобы ее можно было обеспечить за счет большей энергии кристалла трехвалентного состояния, и, таким образом, эйнштейний, фермий и менделевий образуют двухвалентные металлы, такие как лантаноиды, европий и иттербий . Ожидается, что нобелий также будет образовывать двухвалентный металл, но это еще не подтверждено. [38]

В периодической таблице нобелий расположен справа от актинида менделевия , слева от актинида лоуренсия и ниже лантанида иттербия . Металлический нобелий еще не производился в больших количествах, и в настоящее время массовое приготовление невозможно. [39] Тем не менее, в отношении его свойств был сделан ряд предсказаний и некоторые предварительные экспериментальные результаты. [39]

Лантаноиды и актиниды в металлическом состоянии могут существовать как двухвалентные (например, европий и иттербий ), так и трехвалентные (большинство других лантаноидов) металлы. Первые имеют конфигурации f n s 2 , тогда как последние имеют конфигурации f n -1 d 1 s 2 . В 1975 году Йоханссон и Розенгрен исследовали измеренные и предсказанные значения энергий когезии ( энтальпий кристаллизации) металлических лантаноидов и актинидов как двухвалентных, так и трехвалентных металлов. [40] [41]Был сделан вывод, что увеличенной энергии связи конфигурации [Rn] 5f 13 6d 1 7s 2 по сравнению с конфигурацией [Rn] 5f 14 7s 2 для нобелия недостаточно для компенсации энергии, необходимой для продвижения одного 5f-электрона на 6d, поскольку верно также и для очень поздних актинидов: таким образом , ожидалось , что эйнштейний , фермий , менделевий и нобелий будут двухвалентными металлами, хотя для нобелия это предсказание еще не подтвердилось. [40] Растущее преобладание двухвалентного состояния задолго до завершения актинидного ряда приписывается релятивистскимстабилизация 5f-электронов, которая увеличивается с увеличением атомного номера: результатом этого является то, что нобелий является преимущественно двухвалентным, а не трехвалентным, в отличие от всех других лантаноидов и актинидов. [42] В 1986 году, согласно оценкам, энтальпия сублимации металлического нобелия составляла 126 кДж / моль, что близко к значениям для эйнштейния, фермия и менделевия, что подтверждает теорию о том, что нобелий образует двухвалентный металл. [39] Как и другие двухвалентные поздние актиниды (за исключением трехвалентного лоуренсия), металлический нобелий должен иметь гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру. [2] Двухвалентный металлический нобелий должен иметь радиус металла около 197. вечера . [39] Предполагается, что температура плавления нобелия составляет 827 ° C, то же самое, что и для соседнего элемента - менделевия. [43] Его плотность, по прогнозам, составляет около 9,9 ± 0,4 г / см 3 . [2]

Химическая [ править ]

Химический состав нобелия не полностью охарактеризован и известен только в водном растворе, в котором он может принимать степени окисления +3 или +2 , причем последний более стабилен. [31] До открытия нобелия в значительной степени ожидалось, что в растворе он будет вести себя как другие актиниды с преобладанием трехвалентного состояния; однако в 1949 году Сиборг предсказал, что состояние +2 также будет относительно стабильным для нобелия, поскольку ион № 2+ будет иметь электронную конфигурацию основного состояния [Rn] 5f 14 , включая стабильную заполненную оболочку 5f 14 . Прошло девятнадцать лет, прежде чем это предсказание подтвердилось. [44]

В 1967 году были проведены эксперименты по сравнению химического поведения нобелия с тербием , калифорнием и фермием . Все четыре элемента реагировали с хлором, и образовавшиеся хлориды осаждались по трубке, по которой они уносились газом. Было обнаружено, что полученный хлорид нобелия сильно адсорбируется на твердых поверхностях, что доказывает, что он не является очень летучим , как хлориды трех других исследованных элементов. Однако ожидалось, что как NoCl 2, так и NoCl 3 будут проявлять нелетучие свойства, и, следовательно, этот эксперимент не позволил сделать вывод о том, какова предпочтительная степень окисления нобелия.[44] Определение предпочтения нобелием состояния +2 пришлось отложить до следующего года, когдабыли проведены эксперименты по катионообменной хроматографии и соосаждению примерно на пятидесяти тысячах 255 атомов No, и было обнаружено, что он ведет себя иначе, чем другие актиниды и многое другое. как двухвалентные щелочноземельные металлы . Это доказало, что в водном растворе нобелий наиболее устойчив в двухвалентном состоянии, когда отсутствуют сильные окислители . [44] Более поздние эксперименты в 1974 году показали, что нобелий элюируется щелочноземельными металлами между Ca 2+ и Sr 2+ . [44]Нобелий - единственный известный элемент f-блока, для которого состояние +2 является наиболее распространенным и стабильным в водном растворе. Это происходит из-за большой энергетической щели между 5f и 6d-орбиталями в конце актинидного ряда. [45]

Ожидается, что релятивистская стабилизация подоболочки 7s сильно дестабилизирует дигидрид нобелия, NoH 2 , и релятивистская стабилизация спинора 7p 1/2 над спинором 6d 3/2 означает, что возбужденные состояния в атомах нобелия имеют вклад 7s и 7p вместо ожидаемый вклад 6d. Большие расстояния No – H в молекуле NoH 2 и значительный перенос заряда приводят к экстремальной ионности с дипольным моментом 5,94  D для этой молекулы. Ожидается, что в этой молекуле нобелий будет проявлять поведение, подобное основной группе , в частности, действуя как щелочноземельный металл с его n s 2.конфигурация валентной оболочки и сердцевинные 5f-орбитали. [46]

Нобелий в комплексообразовании способность с хлоридными ионами наиболее похожа на барий , который образует комплекс довольно слабо. [44] Его комплексообразующая способность с цитратом , оксалатом и ацетатом в водном растворе 0,5 М  нитрата аммония находится между кальцием и стронцием, хотя несколько ближе к таковой у стронция. [44]

Стандартный восстановительный потенциал на Е ° (Нет 3+ → Нет 2+ ) пара была оценена в 1967 году , чтобы быть в пределах от +1,4 до +1,5 и  V ; [44] Позже в 2009 году было обнаружено, что оно составляет всего около +0,75 В. [47] Положительное значение показывает, что № 2+ более стабилен, чем № 3+, и что № 3+ является хорошим окислителем. Хотя приведенные значения для E ° (№ 2+ → № 0 ) и E ° (№ 3+ → № 0 ) различаются в зависимости от источника, принятые стандартные оценки составляют –2,61 и –1,26 В. [44]Было предсказано, что значение для пары E ° (№ 4+ → № 3+ ) будет +6,5 В. [44] Энергия Гиббса образования для № 3+ и № 2+ по оценкам составляет -342 и −480  кДж / моль соответственно. [44]

Атомный [ править ]

Атом нобелия имеет 102 электрона, три из которых могут действовать как валентные электроны . Ожидается, что они будут расположены в конфигурации [Rn] 5f 14 7s 2 ( символ основного состояния 1 S 0 ), хотя экспериментальная проверка этой электронной конфигурации еще не проводилась по состоянию на 2006 год. [39] При формировании соединений все три валентных электрона могут быть потеряны, оставив после себя остов [Rn] 5f 13 : это соответствует тенденции, заданной другими актинидами с их электронными конфигурациями [Rn] 5f n в триположительном состоянии. Тем не менее более вероятно, что только два валентных электрона могут быть потеряны, оставив после себя стабильный [Rn] 5f 14ядро с заполненной оболочкой 5ф 14 . Первый потенциал ионизации нобелия, измеренный в 1974 г., составил не более (6,65 ± 0,07)  эВ , исходя из предположения, что электроны 7s будут ионизироваться раньше, чем электроны 5f; [48] это значение еще не уточнялось из-за дефицита нобелия и высокой радиоактивности. [49] Ионный радиус гексакоординированного и октакоординатного № 3+ был предварительно оценен в 1978 г. и составлял около 90 и 102 пм соответственно; [44] экспериментально установлено, что ионный радиус No 2+ составляет 100 пм с точностью до двух значащих цифр . [39]энтальпия гидратации № 2+ рассчитана как 1486 кДж / моль. [44]

Изотопы [ править ]

Известно двенадцать изотопов нобелия с массовыми числами 250–260 и 262; все радиоактивны. [50] Кроме того, ядерные изомеры известны с массовыми числами 251, 253 и 254. [51] [52] Из них самым долгоживущим изотопом является 259 No с периодом полураспада 58 минут, а самым долгоживущим является изотоп. изомер 251mNo с периодом полураспада 1,7 секунды. [51] [52] Однако, по прогнозам, еще не обнаруженный изотоп 261 No будет иметь еще более длительный период полураспада - 170 минут. [51] [52] Кроме того, более короткоживущие 255Нет (период полураспада 3,1 мин) не чаще используется в химической экспериментах , так как он может быть получен в больших количествах от облучения калифорния-249 с углерод-12 ионов. [50] После 259 и 255 следующих наиболее стабильных изотопов нобелия являются 253 нет (период полураспада 1,62 минуты), 254 нет (51  секунда ), 257 нет (25 секунд), 256 нет (2,91 секунды) и 252. Нет (2,57 секунды). [50] [51] [52]Все оставшиеся изотопы нобелия имеют период полураспада менее секунды, а самый короткоживущий известный изотоп нобелия ( 250 ч) имеет период полураспада всего 0,25  миллисекунды . [50] [51] [52] Изотоп 254 Но особенно интересен теоретически, поскольку он находится в середине серии вытянутых ядер от 231 Па до 279 Rg , и образование его ядерных изомеров (из которых два известны) контролируется протонными орбиталями, такими как 2f 5/2, которые находятся чуть выше сферической протонной оболочки; может быть синтезирован по реакции 208Pb с 48 Ca. [53]

Периоды полураспада изотопов нобелия плавно увеличиваются от 250 до 253 ед. Однако при 254 ед. Появляется провал , а за его пределами периоды полураспада четных-четных изотопов нобелия резко падают, поскольку спонтанное деление становится доминирующей модой распада. Например, период полураспада 256 No составляет почти три секунды, а период полураспада 258 No - всего 1,2 миллисекунды. [50] [51] [52] Это показывает, что в нобелии взаимное отталкивание протонов ограничивает область долгоживущих ядер в ряду актинидов . [54]Четно-нечетные изотопы нобелия в основном продолжают иметь более длительный период полураспада по мере увеличения их массового числа, с понижением в тенденции на 257[50] [51] [52]

Подготовка и очистка [ править ]

Изотопы нобелия в основном производятся путем бомбардировки актинидов целей ( уран , плутоний , кюрий , калифорний или эйнштейния ), за исключением нобелия-262, который производится в качестве дочери из лоуренсия-262. [50] Наиболее часто используемый изотоп, 255 Нет, может быть получено из бомбардирующих кюрий -248 или калифорния-249 с углеродом-12: последний метод является более распространенным. Облучение 350  мкг  см -2 цель калифорния-249 с тремя триллион (3 × 10 12 ) 73  МэВИоны углерода-12 в секунду в течение десяти минут могут произвести около 1200 атомов нобелия-255. [50]

Как только нобелий-255 произведен, его можно отделить таким же образом, как при очистке соседнего актинида менделевия. Импульс отдачи образовавшихся атомов нобелия-255 используется для их физического удаления от цели, из которой они созданы, на тонкую металлическую фольгу (обычно бериллий , алюминий , платину или золото ) сразу за мишенью. в вакууме: это обычно сочетается с захватом атомов нобелия в газовой атмосфере (часто с гелием ) и переносом их вместе с газовой струей из небольшого отверстия в реакционной камере. Использование длинной капиллярной трубки , включая хлорид калияаэрозолей в газообразном гелии атомы нобелия могут переноситься на десятки метров . [55] Тонкий слой нобелия, собранный на фольге, затем можно удалить разбавленной кислотой без полного растворения фольги. [55] Затем нобелий может быть выделен, используя его склонность к образованию двухвалентного состояния, в отличие от других трехвалентных актинидов: при обычно используемых условиях элюирования ( бис- (2-этилгексил) фосфорная кислота (HDEHP) в качестве неподвижной органической фазы и 0,05 М  соляная кислота в качестве подвижной водной фазы или с использованием 3 М соляной кислоты в качестве элюента после катионообмена.смолы), нобелий будет проходить через колонку и элюироваться, в то время как другие трехвалентные актиноиды остаются на колонке. [55] Однако, если используется золотая фольга прямого «улавливания», процесс усложняется необходимостью отделить золото с помощью анионообменной хроматографии перед выделением нобелия элюированием из хроматографических экстракционных колонок с использованием HDEHP. [55]

Заметки [ править ]

  1. ^ В ядерной физике элемент называется тяжелым, если его атомный номер велик; свинец (элемент 82) является одним из примеров такого тяжелого элемента. Термин «сверхтяжелые элементы» обычно относится к элементам с атомным номером больше 103 (хотя есть и другие определения, такие как атомный номер больше 100 [6] или 112 ; [7] иногда этот термин представлен как эквивалент термина «трансактинид», который устанавливает верхний предел перед началом гипотетического суперактинидного ряда). [8] Термины «тяжелые изотопы» (данного элемента) и «тяжелые ядра» означают то, что можно понять на обычном языке - изотопы большой массы (для данного элемента) и ядра большой массы соответственно.
  2. В 2009 году команда ОИЯИ под руководством Оганесяна опубликовала результаты своей попытки создать хассий в симметричнойреакции 136 Xe +  136 Xe. Они не смогли наблюдать ни одного атома в такой реакции, установив верхний предел поперечного сечения, меру вероятности ядерной реакции, равным 2,5  пбн . [9] Для сравнения, реакция, которая привела к открытию хассия, 208 Pb + 58 Fe, имела поперечное сечение ~ 20 pb (точнее, 19+19
    −11
     pb) по оценке первооткрывателей. [10]
  3. ^ Чем больше энергия возбуждения, тем больше нейтронов выбрасывается. Если энергия возбуждения ниже, чем энергия, связывающая каждый нейтрон с остальной частью ядра, нейтроны не испускаются; вместо этого составное ядро ​​снимает возбуждение, испуская гамма-лучи . [14]
  4. ^ Определение совместной рабочей группы IUPAC / IUPAP гласит, что химический элемент может быть признан обнаруженным только в том случае, если его ядро ​​не распалось в течение 10-14 секунд. Это значение было выбрано для оценки того, сколько времени требуется ядру, чтобы приобрести внешние электроны и, таким образом, проявить свои химические свойства. [15] Эта цифра также отмечает общепринятый верхний предел времени жизни составного ядра. [16]
  5. ^ Это разделение основано на том, что образовавшиеся ядра движутся мимо мишени медленнее, чем непрореагировавшие ядра пучка. Сепаратор содержит электрическое и магнитное поля, влияние которых на движущуюся частицу компенсируется при определенной скорости частицы. [18] Такому разделению также может способствовать измерение времени пролета и измерение энергии отдачи; комбинация двух может позволить оценить массу ядра. [19]
  6. ^ Не все моды распада вызваны электростатическим отталкиванием. Например, бета-распад вызван слабым взаимодействием . [24]
  7. ^ Поскольку масса ядра не измеряется напрямую, а скорее рассчитывается на основе массы другого ядра, такое измерение называется косвенным. Возможны и прямые измерения, но по большей части они остались недоступными для самых тяжелых ядер. [25] Первое прямое измерение массы сверхтяжелого ядра было сообщено в 2018 году на LBNL. [26] Масса была определена по местоположению ядра после переноса (местоположение помогает определить его траекторию, которая связана с отношением массы к заряду ядра, поскольку перенос был произведен в присутствии магнита). [27]
  8. ^ Самопроизвольное деление было обнаружено советским физиком Георгием Флеровым , [28] ведущим ученым ОИЯИ, и, таким образом, это было «коньком» для установки. [29] Напротив, ученые LBL полагали, что информации о делении недостаточно для утверждения о синтезе элемента. Они считали, что спонтанное деление недостаточно изучено, чтобы использовать его для идентификации нового элемента, поскольку было трудно установить, что составное ядро ​​испускает только нейтроны, а не заряженные частицы, такие как протоны или альфа-частицы. [16] Таким образом, они предпочли связывать новые изотопы с уже известными последовательными альфа-распадами. [28]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Лиде, Дэвид Р., изд. (2003). CRC Справочник по химии и физике (84-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN 0-8493-0484-9.
  2. ^ a b c d Фурнье, Жан-Марк (1976). «Связывание и электронная структура актинидов металлов». Журнал физики и химии твердого тела . 37 (2): 235–244. Bibcode : 1976JPCS ... 37..235F . DOI : 10.1016 / 0022-3697 (76) 90167-0 .
  3. ^ Дин, Джон А., изд. (1999). Справочник Ланге по химии (15 изд.). Макгроу-Хилл. Раздел 4; Таблица 4.5, Электроотрицательность элементов.
  4. ^ https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b09068
  5. ^ Wakhle, A .; Simenel, C .; Хайнде, диджей; и другие. (2015). Simenel, C .; Гомеш, сбн; Хайнде, диджей; и другие. (ред.). «Сравнение экспериментальных и теоретических распределений масс квазиделения по углам» . Европейский физический журнал. Сеть конференций . 86 : 00061. Bibcode : 2015EPJWC..8600061W . DOI : 10.1051 / epjconf / 20158600061 . ISSN 2100-014X . 
  6. ^ Кремер, К. (2016). «Объяснитель: сверхтяжелые элементы» . Мир химии . Проверено 15 марта 2020 .
  7. ^ «Открытие элементов 113 и 115» . Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса . Архивировано из оригинала на 2015-09-11 . Проверено 15 марта 2020 .
  8. ^ Eliav, E .; Kaldor, U .; Борщевский, А. (2018). «Электронная структура атомов трансактинидов». В Скотт, РА (ред.). Энциклопедия неорганической и биоинорганической химии . Джон Вили и сыновья . С. 1–16. DOI : 10.1002 / 9781119951438.eibc2632 . ISBN 978-1-119-95143-8.
  9. ^ Оганесян, Ю. Ц. ; Дмитриев С.Н.; Еремин, А.В.; и другие. (2009). «Попытка произвести изотопы элемента 108 в реакции синтеза 136 Xe + 136 Xe». Physical Review C . 79 (2): 024608. DOI : 10,1103 / PhysRevC.79.024608 . ISSN 0556-2813 . 
  10. ^ Мюнценберг, Г .; Армбрустер, П .; Folger, H .; и другие. (1984). «Идентификация элемента 108» (PDF) . Zeitschrift für Physik . 317 (2): 235–236. Bibcode : 1984ZPhyA.317..235M . DOI : 10.1007 / BF01421260 . Архивировано 7 июня 2015 года из оригинального (PDF) . Проверено 20 октября 2012 года .
  11. Перейти ↑ Subramanian, S. (2019). «Создание новых элементов не окупается. Просто спросите этого ученого из Беркли» . Bloomberg Businessweek . Проверено 18 января 2020 .
  12. ^ а б Иванов, Д. (2019). "Сверхтяжелые шаги в неизвестное" [Сверхтяжелые шаги в неизвестное]. N + 1 (на русском) . Проверено 2 февраля 2020 .
  13. ^ Хинд, D. (2014). «Что-то новое и сверхтяжелое в таблице Менделеева» . Разговор . Проверено 30 января 2020 .
  14. ^ а б Краса, А. (2010). «Источники нейтронов для ADS» (PDF) . Чешский технический университет в Праге . С. 4–8 . Проверено 20 октября 2019 года .
  15. ^ Wapstra, АХ (1991). «Критерии, которые должны быть выполнены для признания открытия нового химического элемента» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 63 (6): 883. DOI : 10,1351 / pac199163060879 . ISSN 1365-3075 . Проверено 28 августа 2020 .  
  16. ^ а б Хайд, EK; Хоффман, округ Колумбия ; Келлер, О.Л. (1987). «История и анализ открытия элементов 104 и 105» . Radiochimica Acta . 42 (2): 67–68. DOI : 10.1524 / ract.1987.42.2.57 . ISSN 2193-3405 . 
  17. ^ a b c Мир химии (2016). «Как сделать сверхтяжелые элементы и закончить периодическую таблицу [видео]» . Scientific American . Проверено 27 января 2020 .
  18. Перейти ↑ Hoffman 2000 , p. 334.
  19. Перейти ↑ Hoffman 2000 , p. 335.
  20. ^ Загребаев 2013 , с. 3.
  21. ^ Beiser 2003 , стр. 432.
  22. ^ Staszczak, A .; Баран, А .; Назаревич, В. (2013). «Спонтанные режимы деления и времена жизни сверхтяжелых элементов в теории функционала плотности ядра». Physical Review C . 87 (2): 024320–1. arXiv : 1208.1215 . Bibcode : 2013PhRvC..87b4320S . DOI : 10.1103 / physrevc.87.024320 . ISSN 0556-2813 . 
  23. ^ Audi 2017 , стр. 030001-128-030001-138.
  24. ^ Beiser 2003 , стр. 439.
  25. ^ Оганесян, Ю. Ц .; Рыкачевский, КП (2015). «Плацдарм на острове стабильности» . Физика сегодня . 68 (8): 32–38. Bibcode : 2015PhT .... 68h..32O . DOI : 10.1063 / PT.3.2880 . ISSN 0031-9228 . ОСТИ 1337838 .  
  26. ^ Грант, А. (2018). «Взвешивание самых тяжелых элементов». Физика сегодня . DOI : 10.1063 / PT.6.1.20181113a .
  27. ^ Хауэс, Л. (2019). «Изучение сверхтяжелых элементов в конце периодической таблицы» . Новости химии и машиностроения . Проверено 27 января 2020 .
  28. ^ a b Робинсон, AE (2019). «Трансфермиевые войны: научная драка и обзывание во время холодной войны» . Дистилляции . Проверено 22 февраля 2020 .
  29. ^ "Популярная библиотека химических элементов. Сиборгий (экавольфрам)" [Популярная библиотека химических элементов. Сиборгий (эка-вольфрам)]. nt.ru (на русском языке) . Проверено 7 января 2020 .Перепечатано из "Экавольфрам" [Эка-вольфрам]. Популярная библиотека химических элементов. Серебро - Нильсборий и далее [ Популярная библиотека химических элементов. Серебро через нильсборий и не только ]. Наука . 1977 г.
  30. ^ a b c d e f g h i j k l m n Barber, Robert C .; Greenwood, Norman N .; Hrynkiewicz, Andrzej Z .; Жаннин, Ив П .; Лефорт, Марк; Сакаи, Мицуо; Lehla, Иван М .; Вапстра, Алдерт Хендрик; Уилкинсон, Денис Х. (1993). «Открытие элементов трансфермиума. Часть II: Введение в профили открытия. Часть III: Профили открытия элементов трансфермиума». Чистая и прикладная химия . 65 (8): 1757. DOI : 10,1351 / pac199365081757 . S2CID 195819585 .  (Примечание: для части I см. «Чистая и прикладная химия», том 63, № 6, стр. 879–886, 1991)
  31. ^ a b Сильва, стр. 1636–167
  32. ^ Поля, Питер R .; Фридман, Арнольд М .; Милстед, Джон; Аттерлинг, Хьюго; Форслинг, Вильгельм; Холм, Леннарт У .; Остром, Бьёрн (1 сентября 1957 г.). «Производство Нового Элемента 102». Физический обзор . 107 (5): 1460–1462. Bibcode : 1957PhRv..107.1460F . DOI : 10.1103 / PhysRev.107.1460 .
  33. ^ Б с д е е Эмсли, Джон (2011). Природа Строительные блоки: AZ Руководство по элементам . Издательство Оксфордского университета. С. 368–9. ISBN 978-0-19-960563-7.
  34. ^ a b Гиорсо, Альберт; Сиборг, Гленн Т .; Оганесян, Юрий Ц .; Звара, Иво; Армбрустер, Питер; Hessberger, FP; Хофманн, Сигурд; Leino, Matti E .; Мюнценберг, Готфрид; Рейсдорф, Виллиброрд; Шмидт, Карл-Хайнц (1993). «Ответы на„Открытие элементов трансфермиевых“Лоуренс Беркли Laboratory, штат Калифорния; Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна, и Gesellschaft für Schwerionenforschung, Дармштадт затем ответ на ответы Рабочей группой трансфермиевых» . Чистая и прикладная химия . 65 (8): 1815–1824. DOI : 10,1351 / pac199365081815 .
  35. ^ a b «Названия и символы трансфермиум элементов» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 69 (12): 2471–2473. 1997. DOI : 10,1351 / pac199769122471 .
  36. ^ Хоффманн, Дарлин С .; Ли, Диана М .; Першина, Валерия (2006). «Трансактиниды и элементы будущего». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия элементов актинидов и трансактинидов (3-е изд.). Springer . п. 1660 . ISBN 978-1-4020-3555-5.
  37. ^ «Элемент 114 называется Flerovium, а элемент 116 - Livermorium» (пресс-релиз). ИЮПАК . 30 мая 2012 года Архивировано из оригинала 2 июня 2012 года.
  38. ^ 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.
  39. ^ a b c d e f Сильва, стр. 1639
  40. ^ a b Сильва, стр. 1626–8
  41. ^ Йоханссон, Бёрье; Розенгрен, Андерс (1975). «Обобщенная фазовая диаграмма для редкоземельных элементов: расчеты и соотношения объемных свойств». Physical Review B . 11 (8): 2836–2857. Bibcode : 1975PhRvB..11.2836J . DOI : 10.1103 / PhysRevB.11.2836 .
  42. ^ Хьюлет, Э. Кеннет (1980). «Глава 12. Химия самых тяжелых актинидов: фермия, менделевия, нобелия и лоуренсия» . В Эдельштейне, Норман М. (ред.). Химия и спектроскопия лантанидов и актинидов . Серия симпозиумов ACS. 131 . С.  239–263 . DOI : 10.1021 / Б.К.-1980-0131.ch012 . ISBN 978-0-8412-0568-0.
  43. ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press. С. 4.121–4.123. ISBN 978-1-4398-5511-9.
  44. ^ a b c d e f g h i j k l Сильва, стр. 1639–41.
  45. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 1278. ISBN 978-0-08-037941-8.
  46. ^ Balasubramanian, Кришнан (4 декабря 2001). «Поверхности потенциальной энергии дигидридов Лоуренсия и Нобелия (LrH 2 и NoH 2 )…». Журнал химической физики . 116 (9): 3568–75. Bibcode : 2002JChPh.116.3568B . DOI : 10.1063 / 1.1446029 .
  47. ^ Toyoshima, A .; Kasamatsu, Y .; Tsukada, K .; Asai, M .; Kitatsuji, Y .; Ishii, Y .; Toume, H .; Nishinaka, I .; Haba, H .; Ooe, K .; Sato, W .; Шинохара, А .; Akiyama, K .; Нагаме, Ю. (8 июля 2009 г.). «Окисление элемента 102, нобелия, с помощью проточной электролитической колоночной хроматографии на атомной шкале во времени» . Журнал Американского химического общества . 131 (26): 9180–1. DOI : 10.1021 / ja9030038 . PMID 19514720 . 
  48. ^ Мартин, Уильям С .; Хэган, Люси; Читатель, Джозеф; Сахар, Джек (1974). «Уровни земли и потенциал ионизации для атомов и ионов лантанидов и актинидов». Журнал физических и химических справочных данных . 3 (3): 771–9. Bibcode : 1974JPCRD ... 3..771M . DOI : 10.1063 / 1.3253147 . S2CID 97945150 . 
  49. ^ Лиде, Дэвид Р. (редактор), Справочник CRC по химии и физике, 84-е издание , CRC Press, Бока-Ратон (Флорида), 2003, раздел 10, Атомная, молекулярная и оптическая физика; Ионизационные потенциалы атомов и атомных ионов.
  50. ^ a b c d e f g h Сильва, стр. 1637–168.
  51. ^ a b c d e f g "Nucleonica :: Ядерная наука через Интернет" .
  52. ^ a b c d e f g Audi, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), " Оценка ядерных свойств и свойств распада N UBASE " , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
  53. ^ Крац, Jens Volker (5 сентября 2011). Влияние сверхтяжелых элементов на химические и физические науки (PDF) . 4-я Международная конференция по химии и физике трансактинидных элементов . Проверено 27 августа 2013 года .
  54. ^ Нурмия, Матти (2003). «Нобелиум» . Новости химии и техники . 81 (36): 178. DOI : 10.1021 / Сеп-v081n036.p178 .
  55. ^ a b c d Сильва, стр. 1638–169.

Библиография [ править ]

  • Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Wang, M .; и другие. (2017). «Оценка ядерных свойств NUBASE2016» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030001. Bibcode : 2017ChPhC..41c0001A . DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030001 .
  • Байзер, А. (2003). Концепции современной физики (6-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN 978-0-07-244848-1. OCLC  48965418 .
  • Хоффман, округ Колумбия ; Гиорсо, А .; Сиборг, GT (2000). Трансурановые люди: внутренняя история . World Scientific . ISBN 978-1-78-326244-1.
  • Сильва, Роберт Дж. (2011). «Глава 13. Фермий, менделевий, нобелий и лоуренсий». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов . Нидерланды: Спрингер. стр.  1621 -1651. DOI : 10.1007 / 978-94-007-0211-0_13 . ISBN 978-94-007-0210-3.
  • Загребаев, В .; Карпов, А .; Грейнер, В. (2013). «Будущее исследований сверхтяжелых элементов: какие ядра могут быть синтезированы в ближайшие несколько лет?». Журнал физики: Серия конференций . 420 (1): 012001. arXiv : 1207.5700 . Bibcode : 2013JPhCS.420a2001Z . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 420/1/012001 . ISSN  1742-6588 . S2CID  55434734 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Карта нуклидов . nndc.bnl.gov
  • Лос-Аламосская национальная лаборатория - Нобелиум
  • Нобелиум в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)