ხელოვნური ელემენტები - ნაწილი 1

თითქმის ორი წლის წინ, სუფთა და გამოყენებითი ქიმიის საერთაშორისო კავშირმა, ქიმიკოსთა ორგანიზაციამ მთელი მსოფლიოდან, გამოაცხადა ოთხი ახალი ელემენტის დასახელება. ამრიგად, ქიმიის ისტორიის თავი დასრულდა - პერიოდული ცხრილის მეშვიდე პერიოდი საბოლოოდ დასრულდა და მას შემდეგ ოფიციალურად 118 ქიმიური ელემენტია.

თუმცა, IUPAC გადაწყვეტილება (

სიცოცხლის ხანგრძლივობა

რადიოაქტიური ელემენტების სიცოცხლის შესაფასებლად ფიზიკოსები იყენებენ ნახევარგამოყოფის კონცეფციას. ეს არის დრო, სანამ ელემენტის საწყისი რაოდენობის ნახევარი დარჩება. თუმცა, იმავე დროის წამის შემდეგ, მთელი ელემენტი არ გაქრება, მაგრამ დარჩება საწყისი თანხის ნახევარი ან მეოთხედი. და ა.შ. თეორიულად, უსასრულოდ ხანგრძლივი დროის შემდეგაც კი, თავდაპირველი რაოდენობის გარკვეული ნაწილი დარჩება, მაგრამ პრაქტიკაში ვარაუდობენ, რომ ათი პერიოდის შემდეგ პრაქტიკულად აღარ რჩება რადიოაქტიური მასალა.

ელექტრო მავთულები, ბეჭედი და ალუმინი, რა თქმა უნდა, მოწმობს სპილენძის, ოქროსა და ალუმინის არსებობას. როგორც სკოლიდან მოგეხსენებათ, ჰაერი შეიცავს აზოტს და ჟანგბადს. რეაქტიული ელემენტები, როგორიცაა ნატრიუმი და ქლორი, ქმნიან სუფრის მარილს. ჩვენ ასევე გვაქვს ეს ელემენტები და ჩვენი ფანტაზია გვთავაზობს, რომ სადღაც ქიმიური ლაბორატორიების თაროებზე არის მათი ნიმუშები. თუ ლაბორატორიის კონცეფცია გავრცელდა ადგილებზე, სადაც ასევე ინახება მაღალი რადიოაქტიური ელემენტები, გამოდის, რომ არსებულიდან ბოლო არის Einstein, სერიული ნომრით 99. სასაუბროდ არსებობა უნდა გავიგოთ, როგორც ელემენტის ან მისი ნაერთის არსებობა მატერიალური რაოდენობით. ამისათვის აუცილებელია გქონდეთ გრმის მემილიონედი მაინც, წინააღმდეგ შემთხვევაში ქიმიური ნაერთის უმცირესი კრისტალებიც კი არ წარმოიქმნება (ელემენტის შემთხვევაში 100 - ფერმუ - ინფორმაცია საჭირო რაოდენობის მიღების შესახებ სრულად არ არის დადასტურებული).

კური აჩვენებენ რადიუმის გამოსხივებას (ანდრე კასტაინის ნახატი, 1903 წ.).

ამ პრობლემის წინაშე მას გასული საუკუნის დასაწყისში მოუწია. რადიუმის და პოლონიუმის გამოსხივება საკმარისი არ იყო იმდროინდელი ქიმიკოსებისთვის ამ ელემენტების არსებობის აღიარებისთვის - მხოლოდ მათი ნაერთების გრამი ფრაქციის იზოლირებამ დაარწმუნა ეჭვები. ოღონდ ტრადიციონალისტებს ნუ გავაკრიტიკებთ. ეს მიდგომა ძალიან პრაქტიკულია: ჩვეულებრივ ლაბორატორიაში ცოტა რამ შეიძლება გაკეთდეს ნივთიერების ისეთი მცირე რაოდენობით, რომ მისი დანახვაც კი შეუძლებელია.

"არარსებობის" მიზეზი, რა თქმა უნდა, ზოგიერთი ელემენტის სიცოცხლეა - ძალიან ხანმოკლე იმისთვის, რომ გადარჩეს დღემდე კოსმოსური მტვრისგან დედამიწის წარმოქმნის შემდეგ. სუპერნოვას აფეთქებები წარმოქმნის უმძიმეს ელემენტებსაც კი, რომლებიც შემდეგ იშლება აფეთქებული ვარსკვლავიდან სინათლის წლების განმავლობაში. ხელსაყრელ პირობებში, ნამსხვრევები ერწყმის უფრო დიდ მტევანებს, ხოლო ისინი - პლანეტებს. თუმცა, 4,5 მილიარდი წელი ნამდვილად ძალიან გრძელია იმისთვის, რომ გარკვეული ელემენტები ჩვენს პლანეტაზე შესამჩნევი რაოდენობით დარჩეს (რაც უფრო მძიმე, მით ნაკლები და ხანმოკლეა სიცოცხლე). ამიტომ, მათი კვლევის დასაქვემდებარებლად საჭირო იყო მატერიის დაკარგული ელემენტების შექმნა. არა გასახსნელად, რადგან ისინი არ არსებობდნენ, დამალული მეცნიერთა „მინისა და თვალებისგან“, არამედ უბრალოდ წარმოებისთვის.

უმძიმესი ელემენტებიც კი წარმოიქმნება სუპერნოვას აფეთქებების დროს. ჰაბლის სურათზე ნაჩვენებია კრაბის ნისლეული თანავარსკვლავედი კუროში, 1054 წლის სუპერნოვას ნარჩენი.

დედა ფრანსოს თმა და ასტატუა?

Ძალიან პატარა. ვარაუდობენ, რომ ერთ დროს დედამიწის ქერქში არაუმეტეს 50 გრამი ფრანკია. ასტატინი კიდევ უფრო ნაკლებია - დაახლოებით ერთი გრამი! ორივე შემთხვევაში მიზეზი ბუნებრივი იზოტოპების ძალიან ხანმოკლე სიცოცხლეშია და გარდა ამისა, წარმოქმნის არაეფექტურ გზაში - ისინი წარმოიქმნება რადიოაქტიური სერიების გვერდით ტოტებში საკუთარი გარდაქმნის დაბალი ალბათობით. გასაკვირი არ არის, რომ ამ ელემენტების თვალსაჩინო ნაწილი აქამდე არავის გამოარჩევდა და არც უახლოეს მომავალში ჩანს.

დაყოფა არც ისე აშკარაა, როგორც ერთი შეხედვით ჩანს. ჩვენ საკმაოდ კარგად ვართ კლასიფიცირებული ხელნაკეთი ნივთების შემთხვევაში, როგორიცაა ჭანჭიკები ან თხილი. თუმცა, როდესაც შევდივართ ბუნების არეალში, სადაც საზღვრები არ არის მკვეთრი, პრობლემები წარმოიქმნება ობიექტების სახით, რომლებიც შეიძლება მიენიჭოს სხვადასხვა ჯგუფს.

ელემენტებთანაც იგივეა. ურანი არის უმძიმესი ელემენტი, რომლის სიცოცხლის ხანგრძლივობამ მას საშუალება მისცა გადარჩენილიყო დღემდე (ნახევარგამოყოფის პერიოდი შედარებულია ჩვენი პლანეტის ასაკთან, ამიტომ ჩვენ ჯერ კიდევ გვაქვს ურანის დაახლოებით ნახევარი, რომელიც იყო ახალგაზრდა დედამიწის ნაწილი). ელემენტები უფრო მასიური, ვიდრე ის შეიქმნა ადამიანის მიერ (დაწვრილებით ამის შესახებ მოგვიანებით სერიაში), მაგრამ ზოგიერთი მათგანი მოგვიანებით აღმოაჩინეს, როგორც ურანის ბირთვების დაშლის შედეგად გამოწვეული გარდაქმნების გვერდითი პროდუქტები.

თაღლითობა სუდეტებში ჩეხური მაღაროდან. ურანის მადნები მრავალი რადიოაქტიური ელემენტის წყაროა.

ანალოგიური სიტუაცია წარმოიქმნება არასტაბილური ელემენტებით, რომლებიც იწონიან ურანს. ზოგიერთ მათგანს აქვს ძალიან მოკლე სიცოცხლის ხანგრძლივობა (ამისთვის ფრანგული ეს მხოლოდ 20 წუთია და ასტატუ მაქსიმუმ წამში, თუმცა ამ ელემენტის ხელოვნურად მიღებულ იზოტოპს აქვს რვა საათის ნახევარგამოყოფის პერიოდი, ხოლო ბუნებაში მათი არსებობა მხოლოდ დაშლილი ურანისა და თორიუმის ბირთვების მუდმივი მიწოდების შედეგია (იხ. რადიოაქტიური სერია). პერიოდული ცხრილის შუაში მდებარე ორი ელემენტი - TechNet i საგზაო - ქიმიკოსების ათწლეულის მცდელობის მიუხედავად, ისინი ბუნებაში არ გვხვდება. მხოლოდ მათი მოპოვების შემდეგ გაირკვა, რომ ისინი წარმოადგენენ ურანის ბირთვების ძალიან იშვიათი, სპონტანური დაშლის პროდუქტს და ამ ლითონის საბადოებში ძალიან მცირე რაოდენობით იქნა გამოვლენილი. 

ასევე, ზოგიერთი ადამიანის მიერ შექმნილი ელემენტი უკეთესად არის გასაგები, ვიდრე დიდი ხნის განმავლობაში დამკვიდრებული, ფესვგადგმული ელემენტები. ზოგიერთ შემთხვევაში ხელოვნური ნივთიერებების წარმოება აღემატება ბუნებრივად მიჩნეული მარტივი ნივთიერებების მთელ მსოფლიო მარაგს (იხ.: რამდენი ფრანკი და ასტატინი გვაქვს?)! მიზეზი, რა თქმა უნდა, გამოყენებაა: ყოველწლიურად დაახლოებით 20 ტონა რადიოაქტიური პლუტონიუმი გამოიყენება, მაშინ როცა მეტალის სტრონციუმი თითქმის არავის სჭირდება და მისი წარმოება კილოგრამებს აღწევს. ამას დაუმატეთ დედამიწის ზედაპირის დაბინძურების ფაქტი ატომური ელექტროსადგურების პროდუქტებით და ატომური აფეთქებებით (ძირითადად ბირთვები ურანზე მსუბუქია) და თერმობირთვული (ამ შემთხვევაში ისინიც ურანზე მძიმეა) და სრული სურათი გვექნება. ერთი შეხედვით მარტივი დაშლის განხორციელების სირთულის შესახებ: ბუნებრივი თუ ხელოვნური ელემენტი? 

ბირთვული იარაღის ტესტებმა „გაამდიდრა“ გარემო მრავალი რადიოაქტიური ელემენტით.

150-ე საუკუნეში ქიმიის ყველაზე დიდი მიღწევა იყო მშენებლობა (მომავალ წელს მენდელეევის ნაშრომი XNUMX წლისაა!). მისი შემქმნელის გენიალურობა გამოვლინდა, სხვათა შორის, ჯერ კიდევ აღმოუჩენელ ელემენტებზე ვაკანსიების დატოვებისა და მათი თვისებების წინასწარმეტყველების ფაქტში. ცხრილში არსებული ხარვეზების შევსების შემდეგ (ზოგიერთი პროგნოზი ჩავარდა), გაჩნდა კითხვა: რამდენი ელემენტი არსებობს რეალურად?

ჰენრი მოსელი (1887-1915) და რამდენიმე ელემენტის რენტგენის სპექტრის გამოსახულება.

პასუხი ახალგაზრდა, 26 წლამდე ინგლისელმა ფიზიკოსმა გასცა ჰენრი მოსელი1913 წელს ატომის ბირთვის აღმომჩენის ლაბორატორიაში სტაჟირების დროს, ერნესტ რეზერფორდიშეისწავლა აღგზნებული ატომების რენტგენის გამოსხივება. მან მოახერხა გამოსხივებული რენტგენის ტალღის სიგრძის დაკავშირება ატომის ბირთვების მუხტთან და ეს იყო განსხვავებული თითოეული ელემენტისთვის, რაც ცალსახად განმსაზღვრელ მახასიათებელს წარმოადგენდა. თუმცა, დიდი ომი მალევე დაიწყო, მოსელი მობილიზებული იყო და ორი წლის შემდეგ გალიპოლიში დაეცა. კვლევებმა აჩვენა, რომ ყველაზე მძიმე ცნობილს - ურანს - აქვს 92 პროტონი ბირთვში, რაც ნიშნავს იმავე რაოდენობის ელემენტებს (ყოველ შემთხვევაში, იმ დროს). ეს იმასაც ნიშნავდა, რომ შვიდი ელემენტი აკლდა პერიოდულ სისტემას 43, 61, 72, 75, 85, 87 და 91 პოზიციებზე. ქიმიკოსები და ფიზიკოსები სამეცნიერო ნადირობდნენ, მით უფრო ადვილი იყო, რადგან იცოდნენ, სად და რა ეძიათ. - პერიოდულ სისტემაში უცნობი ელემენტების მდებარეობამ შესაძლებელი გახადა მათი თვისებების და განზრახ მდებარეობების დადგენა.

რადიოაქტიური ურანისა და რადიუმის მწკრივი (ატომური ნომერი ბოლოში, იზოტოპური მასის ნომერი მარცხნივ).

რადიოაქტიური სერია - ურანის ორი იზოტოპი და ერთი თორიუმის ხანგრძლივი სიცოცხლის ხანგრძლივობით იშლება ასევე რადიოაქტიური ბირთვების წარმოქმნით. ისინი, თავის მხრივ, განიცდიან შემდგომ დაშლას და ა.შ.. დაახლოებით ათეული ცვლილების შემდეგ, საბოლოოდ წარმოიქმნება ტყვიის მუდმივი იზოტოპები. იზოტოპების თანმიმდევრობა, რომელთაგან ერთი წარმოიქმნება მეორისგან, არის რადიოაქტიური სერია. ნეპტუნის მიღების შემდეგ აღმოჩნდა, რომ მისმა ერთ-ერთმა იზოტოპმაც დაიწყო სერია. თუმცა, მისი წევრების შედარებით ხანმოკლე სიცოცხლე იმას ნიშნავდა, რომ ეს რიცხვი ბუნებით მოძველებული იყო და მისი ერთადერთი ნარჩენი არის სერიის უკანასკნელის - ბისმუტის არსებობა.

1923 წელს აღმოაჩინეს არეულობა (No 72), ხოლო ორი წლის შემდეგ - Ren (No 75). ამ უკანასკნელის აღმომჩენებს იგივე პრობლემა შეექმნათ, რაც ჩვენს თანამემამულეს რამდენიმე წლით ადრე. მათ ასევე მოუწიათ დიდი რაოდენობით მადნის გადამუშავება, რათა მიეღოთ ახალი ელემენტის ნაერთების თვალსაჩინო ნიმუშები. იდენტიფიკაციისთვის იყენებდნენ მოსელის მეთოდს. მათ ასევე დაინახეს სიხშირეები სპექტრში, რომელიც მიუთითებდა იმავე ჯგუფის სხვა ელემენტზე, ნომერი 43, მაგრამ მათი დაკვირვებები არ დადასტურდა. ტექნეტი, რადგან მასზეა საუბარი, ელემენტებიდან პირველი მიიღეს ხელოვნურად (ლათინური = ხელოვნური), 1937 წელს მოლიბდენის (No 42) წყალბადის იზოტოპის ბირთვებით დაბომბვის შედეგად (No. 1). ეს ელემენტი რადიოაქტიურია, თუმცა მისი ხანგრძლივი სიცოცხლე იძლევა მისი გამოყენების საშუალებას. მოგვიანებით გაირკვა, რომ ტექნეტიუმი ბუნებაში ჩნდება ურანის ბირთვების სპონტანური დაშლის შედეგად.

რადიაციის წყაროს მარკირება. ამ ნიშნის მქონე კონტეინერებს ჯობია არ მიუახლოვდეთ!

კვლევის დროს აღმოაჩინეს ბუნებრივი რადიოაქტიური მასივები პროტაქტინი (No 91) ი საფრანგეთის (No87). თუმცა, ელემენტი 85 პირველად მიიღეს ხელოვნურად ბისმუტის სამიზნის (No. 83) ალფა ნაწილაკებით (ჰელიუმის ბირთვი, რომელიც შეიცავს ორ პროტონს და ორ ნეიტრონს) დაბომბვით. მისი ძალიან მოკლე ნახევარგამოყოფის გამო, ახალ ელემენტს დაარქვეს სახელი ასტატემი (გრ. = მერყევი). მისი ქიმიური თვისებების ცოდნამ რამდენიმე წლის შემდეგ შესაძლებელი გახადა ატატინის აღმოჩენა ურანისა და თორიუმის მადნებში, სადაც ის ჩანს, როგორც მათი დაშლის პროდუქტი.

უკანასკნელი დაკარგული საგზაობირთვში 61 პროტონით - გამოვლინდა 1945 წელს რეაქტორში დახარჯული ურანის საწვავის ნარჩენების შესწავლისას. ელემენტის სახელი მომდინარეობს მითიური პრომეთესგან, რომელმაც წარსულში ოლიმპიური ცეცხლის მსგავსად, კაცობრიობას ენერგიის ახალი წყარო მოუტანა. ეს ელემენტი ასევე კვალი რაოდენობით გვხვდება ურანის მადნებში.