Pierwiastek transuranowy -Transuranium element
Pierwiastki transuranowe ( znane również jako pierwiastki transuranowe ) to pierwiastki chemiczne o liczbie atomowej większej niż 92, która jest liczbą atomową uranu . Wszystkie te pierwiastki są syntetyczne , niestabilne i radioaktywnie rozpadają się na inne pierwiastki.
Przegląd
Spośród pierwiastków o liczbach atomowych od 1 do 92 większość można znaleźć w przyrodzie, posiadając stabilne izotopy (takie jak wodór ) lub bardzo długowieczne radioizotopy (takie jak uran ) lub występujące jako wspólne produkty rozpadu uranu i toru (takich jak radon ). Wyjątkami są elementy 43 , 61 , 85 i 87 ; wszystkie cztery występują w naturze, ale tylko w bardzo niewielkich gałęziach łańcuchów rozpadu uranu i toru, a zatem wszystkie oprócz pierwiastka 87 zostały najpierw odkryte przez syntezę w laboratorium, a nie w naturze (nawet pierwiastek 87 został odkryty z oczyszczonych próbek jego rodzica, a nie bezpośrednio z natury).
Wszystkie pierwiastki o wyższych liczbach atomowych zostały po raz pierwszy odkryte w laboratorium, a neptun i pluton później odkryto także w naturze. Wszystkie są radioaktywne , a ich okres półtrwania jest znacznie krótszy niż wiek Ziemi , więc wszelkie pierwotne atomy tych pierwiastków, jeśli kiedykolwiek były obecne podczas formowania się Ziemi, już dawno uległy rozkładowi. Śladowe ilości neptunu i plutonu tworzą się w niektórych skałach bogatych w uran, a niewielkie ilości powstają podczas prób atmosferycznych broni jądrowej . Te dwa pierwiastki są generowane z wychwytywania neutronów w rudzie uranu z następującymi rozpadami beta (np . 238 U + n → 239 U → 239 Np → 239 Pu ).
Wszystkie pierwiastki cięższe od plutonu są całkowicie syntetyczne ; powstają w reaktorach jądrowych lub akceleratorach cząstek . Okresy półtrwania tych pierwiastków wykazują ogólną tendencję spadkową wraz ze wzrostem liczby atomowej. Istnieją jednak wyjątki, w tym kilka izotopów kurium i dubnium . Uważa się, że niektóre cięższe pierwiastki z tej serii, o liczbie atomowej 110–114, przełamują trend i wykazują zwiększoną stabilność jądrową, tworząc teoretyczną wyspę stabilności .
Ciężkie pierwiastki transuranowe są trudne i drogie w produkcji, a ich ceny gwałtownie rosną wraz z liczbą atomową. W 2008 r. koszt plutonu przeznaczonego do broni wynosił około 4000 USD/gram, a kaliforn przekroczył 60 000 000 USD/gram. Einsteinium jest najcięższym pierwiastkiem, który został wytworzony w ilościach makroskopowych.
Pierwiastki transuranowe, które nie zostały odkryte lub zostały odkryte, ale nie zostały jeszcze oficjalnie nazwane, używają systematycznych nazw pierwiastków IUPAC . Nazewnictwo pierwiastków transuranowych może budzić kontrowersje .
Odkrywanie i nazywanie pierwiastków transuranowych
Do tej pory zasadniczo wszystkie pierwiastki transuranowe odkryto w czterech laboratoriach: Lawrence Berkeley National Laboratory w Stanach Zjednoczonych (elementy 93–101, 106 i wspólne uznanie za 103–105), Joint Institute for Nuclear Research w Rosji (elementy 102 i 114–118 oraz wspólny kredyt za 103–105), Centrum Badań Ciężkich Jonów GSI Helmholtza w Niemczech (elementy 107–112) i RIKEN w Japonii (element 113).
- Laboratorium Radiacyjne (obecnie Lawrence Berkeley National Laboratory ) na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley , kierowane głównie przez Edwina McMillana , Glenna Seaborga i Alberta Ghiorso , w latach 1945-1974:
- 93. neptun , Np, nazwany na cześć planety Neptun , ponieważ podąża za uranem , a Neptun podąża za Uranem w sekwencji planetarnej (1940).
- 94. pluton , Pu, nazwany na cześć ówczesnej planety Pluton , zgodnie z tą samą zasadą nazewnictwa, co po neptunie, a Pluton po Neptunie w Układzie Słonecznym (1940).
- 95. americium , Am, nazwany, ponieważ jest odpowiednikiem europu , a więc został nazwany na cześć kontynentu, w którym został po raz pierwszy wyprodukowany (1944).
- 96. curium , Cm, nazwane na cześć Pierre'a i Marie Curie , słynnych naukowców, którzy wyodrębnili pierwsze pierwiastki promieniotwórcze (1944), ponieważ jego lżejszy analogowy gadolin został nazwany na cześć Johana Gadolina .
- 97. berkelium , Bk , nazwany na cześć miasta Berkeley , gdzie znajduje się Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley (1949).
- 98. californium , por. nazwany na cześć stanu Kalifornia , w którym znajduje się uniwersytet (1950).
- 99. einsteinium , Es, nazwany na cześć fizyka teoretycznego Alberta Einsteina (1952).
- 100. fermium , Fm, nazwany na cześć Enrico Fermi , fizyka, który wytworzył pierwszą kontrolowaną reakcję łańcuchową (1952).
- 101. mendelevium , MD, nazwany na cześć rosyjskiego chemika Dymitra Mendelejewa , uznawany za głównego twórcę układu okresowego pierwiastków chemicznych ( 1955).
- 102. nobelium , No, nazwany na cześć Alfreda Nobla (1958). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ, który nazwał je joliotium (Jl) po Frédéric Joliot-Curie . IUPAC doszedł do wniosku, że ZIBJ był pierwszym, który przekonująco zsyntetyzował ten pierwiastek, ale zachował nazwę nobelium jako głęboko zakorzenioną w literaturze.
- 103. lawrencium , Lr, nazwany na cześć Ernesta O. Lawrence'a , fizyka najbardziej znanego z rozwoju cyklotronu , i osoby, dla której Lawrence Livermore National Laboratory i Lawrence Berkeley National Laboratory (które było gospodarzem stworzenia tych transuranowych pierwiastków) nazwany (1961). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ, który zaproponował nazwę rutherfordium (Rf) po Erneście Rutherford . IUPAC doszedł do wniosku, że zasługi powinny być dzielone, zachowując nazwę lawrencium zakorzenioną w literaturze.
- 104. rutherfordium , Rf, nazwany na cześć Ernesta Rutherforda , który był odpowiedzialny za koncepcję jądra atomowego (1968). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej w Rosji (wtedy Związek Radziecki ), kierowany głównie przez Georgy Flyorov : pierwiastek nazwali kurchatovium (Ku), na cześć Igora Kurchatova . IUPAC stwierdził, że kredyty powinny być dzielone.
- 105. dubnium , Db, pierwiastek, którego nazwa pochodzi od miasta Dubna , w którym znajduje się ZIBJ. Pierwotnie nazwany „hahnium” (Ha) na cześć Otto Hahna przez grupę Berkeley (1970), ale przemianowany przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej (1997). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ, który nazwał je nielsbohrium (Ns) na cześć Nielsa Bohra . IUPAC stwierdził, że kredyty powinny być dzielone.
- 106. seaborgium , Sg, nazwany na cześć Glenna T. Seaborga . Nazwa ta wywołała kontrowersje, ponieważ Seaborg wciąż żył, ale ostatecznie został zaakceptowany przez międzynarodowych chemików (1974). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ. IUPAC doszedł do wniosku, że zespół z Berkeley jako pierwszy przekonująco zsyntetyzował ten pierwiastek.
- Gesellschaft für Schwerionenforschung ( Towarzystwo Badań Ciężkich Jonów) w Darmstadt w Hesji w Niemczech, kierowane głównie przez Gottfrieda Münzenberga , Petera Armbrustera i Sigurda Hofmanna w latach 1980-2000:
- 107. bohrium , Bh, nazwany na cześć duńskiego fizyka Nielsa Bohra , ważnego dla wyjaśnienia struktury atomu (1981). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ. IUPAC doszedł do wniosku, że GSI jako pierwszy przekonująco zsyntetyzował ten pierwiastek. Zespół GSI pierwotnie zaproponował nielsbohrium (Ns) w celu rozwiązania sporu nazewnictwa pierwiastka 105, ale zostało to zmienione przez IUPAC, ponieważ nie było precedensu w używaniu imienia naukowca w nazwie pierwiastka.
- 108. hasz , Hs, nazwany od łacińskiej formy nazwy Hessen , niemieckiego kraju związkowego , w którym to dzieło zostało wykonane (1984). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ. IUPAC doszedł do wniosku, że GSI jako pierwszy przekonująco zsyntetyzował ten pierwiastek, jednocześnie uznając pionierską pracę w ZIBJ.
- 109. meitnerium , Mt, nazwany na cześć Lise Meitner , austriackiej fizyki, która była jednym z pierwszych naukowców zajmujących się badaniem rozszczepienia jądrowego (1982).
- 110. darmstadtium , Ds, nazwane na cześć Darmstadt , Niemcy, miasta, w którym wykonano to dzieło (1994). Odkrycie to zostało również potwierdzone przez ZIBJ, który zaproponował nazwę becquerelium po Henri Becquerel , oraz LBNL, który zaproponował nazwę hahnium , aby rozwiązać spór dotyczący pierwiastka 105 (mimo protestów przeciwko ponownemu używaniu ustalonych nazw dla różnych pierwiastków). IUPAC doszedł do wniosku, że GSI był pierwszym, który przekonująco zsyntetyzował ten pierwiastek.
- 111. roentgenium , Rg, nazwany na cześć Wilhelma Conrada Röntgena , odkrywcy promieni rentgenowskich (1994).
- 112. copernicium , Cn, nazwane na cześć astronoma Mikołaja Kopernika (1996).
- Rikagaku Kenkyūsho (RIKEN) w Wakō, Saitama , Japonia, kierowany głównie przez Kōsuke Morita :
- Połączony Instytut Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej w Rosji, kierowany głównie przez Jurija Oganessiana , we współpracy z kilkoma innymi laboratoriami, w tym Krajowym Laboratorium Lawrence Livermore (LLNL), od 2000 r.:
- 114. flerovium , Fl, nazwany na cześć radzieckiego fizyka Georgy Flyorova , założyciela ZIBJ (1999).
- 115. moscovium , Mc, nazwany na cześć Obwodu Moskiewskiego , Rosja, gdzie odkryto pierwiastek (2004).
- 116. livermorium , Lv, nazwane na cześć Lawrence Livermore National Laboratory , współpracownika JINR w odkryciu (2000).
- 117. tennessine , Ts, nazwany na cześć regionu Tennessee , gdzie wyprodukowano tarczę berkelową potrzebną do syntezy pierwiastka (2010).
- 118. oganesson , Og, nazwany na cześć Yuri Oganessiana , który kierował zespołem JINR w odkryciu pierwiastków 114 do 118 (2002).
Elementy superciężkie
Pierwiastki superciężkie (znane również jako superciężkie atomy , potocznie w skrócie SHE ) zwykle odnoszą się do pierwiastków transaktynowych rozpoczynających się od rutherfordu (liczba atomowa 104). Zostały wykonane tylko sztucznie i obecnie nie służą żadnemu praktycznemu celowi, ponieważ ich krótkie okresy półtrwania powodują ich rozpad po bardzo krótkim czasie, od kilku minut do zaledwie kilku milisekund (z wyjątkiem dubniu , którego okres półtrwania wynosi w ciągu jednego dnia), co również czyni je niezwykle trudnymi do nauki.
Wszystkie superciężkie atomy powstały w drugiej połowie XX wieku i są stale tworzone w XXI wieku wraz z postępem technologicznym. Powstają poprzez bombardowanie pierwiastków w akceleratorze cząstek . Na przykład fuzja jądrowa kalifornu -249 i węgla -12 tworzy rutherford -261. Pierwiastki te powstają w ilościach w skali atomowej i nie znaleziono metody tworzenia masy.
Aplikacje
Pierwiastki transuranowe można wykorzystać do syntezy innych superciężkich pierwiastków. Elementy wyspy stabilności mają potencjalnie ważne zastosowania wojskowe, w tym rozwój kompaktowej broni jądrowej. Potencjalne zastosowania na co dzień są ogromne; element americium jest wykorzystywany w urządzeniach takich jak czujniki dymu i spektrometry .
Zobacz też
- Kondensat Bosego-Einsteina (znany również jako Superatom )
- Wyspa stabilności
- Drobny aktynowiec
- Głębokie składowisko geologiczne , miejsce składowania odpadów transuranowych
Bibliografia
Dalsze czytanie
- Eric Scerri, Bardzo krótkie wprowadzenie do układu okresowego, Oxford University Press, Oxford, 2011.
- Superciężkie elementy
- Bibliografia z adnotacjami dla elementów transuranowych z Biblioteki Cyfrowej Alsos for Nuclear Issues.
- Elementy transuranowe
- Oficjalna strona sieci Super Heavy Elements (sieć europejskiej inicjatywy zintegrowanej infrastruktury EURONS)
- Darmstadtium i nie tylko
- Christian Schnier, Joachim Feuerborn, Bong-Jun Lee: Ślady pierwiastków transuranu w minerałach lądowych? ( Online , plik PDF, 493 kB)
- Christian Schnier, Joachim Feuerborn, Bong-Jun Lee: Poszukiwanie super ciężkich pierwiastków (SHE) w minerałach lądowych przy użyciu XRF z promieniowaniem synchrotronowym o wysokiej energii. ( Online , plik PDF, 446 kB)