Quali elementi chimici si ottengono artificialmente? Elementi chimici sintetizzati

, plutonio), nelle fotosfere delle stelle (tecnezio e, possibilmente, promezio), nei gusci delle supernovae (californio e, probabilmente, i suoi prodotti di decadimento - berkelio, curio, americio e quelli più leggeri).

L'ultimo elemento trovato in natura prima che fosse sintetizzato artificialmente è stato il francio (1939). Il primo elemento chimico sintetizzato fu il tecnezio nel 1937. A partire dal 2012, gli elementi fino all'ununozio con numero atomico 118 sono stati sintetizzati mediante fusione o fissione nucleare e sono stati fatti tentativi per sintetizzare i seguenti elementi transuranici superpesanti. Continua la sintesi di nuovi transattinoidi e superattinoidi.

I laboratori più famosi che hanno sintetizzato numerosi nuovi elementi e diverse decine o centinaia di nuovi isotopi sono il Laboratorio Nazionale da cui prende il nome. Lawrence a Berkeley e Livermore National Laboratory (USA), a Dubna (URSS/Russia), europeo (Germania), Cavendish Laboratory dell'Università di Cambridge (Regno Unito), (Giappone) e altri Negli ultimi decenni, la sintesi di elementi in America,. Squadre tedesche e internazionali lavorano nei centri russi.

Scoperta degli elementi sintetizzati per paese

URSS, Russia

U.S.A.

Germania

Priorità contestate e risultati comuni

Per una serie di elementi, la priorità è ugualmente approvata secondo la decisione della commissione congiunta IUPAC e IUPAP o rimane controversa:

Stati Uniti e Italia

Russia e Germania

Russia e Giappone

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• Sulla sintesi degli elementi sul sito web “Russian Nuclear and Space Industries”, ,
• Sulla sintesi degli elementi sul sito web “Tavola periodica virtuale”,
• Sulla sintesi degli elementi presenti sul sito, ,

Un estratto che caratterizza gli elementi chimici sintetizzati

– Cosa ne faremo? – Stella sospirò convulsamente e indicò i ragazzini rannicchiati insieme. – Non c’è modo di andarsene da qui.
Non ebbi il tempo di rispondere quando risuonò una voce calma e molto triste:
«Resterò con loro, se me lo consenti, ovviamente.»
Saltiamo insieme e ci voltiamo: è stato l'uomo che Mary ha salvato a parlare... E in qualche modo ce ne siamo completamente dimenticati.
– Come ti senti? – chiesi nel modo più amichevole possibile.
Sinceramente non volevo fare del male a questo sfortunato sconosciuto, salvato a caro prezzo. Non era colpa sua, e io e Stella lo capivamo benissimo. Ma la terribile amarezza della perdita mi stava ancora annebbiando gli occhi di rabbia, e anche se sapevo che questo era molto, molto ingiusto per lui, non riuscivo proprio a ricompormi e a scacciare da me questo terribile dolore, lasciandolo "per dopo". ” quando ero completamente solo, e, essendomi chiuso “nel mio angolo”, potevo sfogare lacrime amare e molto pesanti... E avevo anche molta paura che lo sconosciuto sentisse in qualche modo il mio “rifiuto”, e quindi il suo la liberazione perderebbe la sua importanza e bellezza, la vittoria sul male, in nome della quale sono morti i miei amici... Pertanto, ho fatto del mio meglio per ricompormi e, sorridendo il più sinceramente possibile, ho aspettato la risposta alla mia domanda.
L'uomo si guardò intorno tristemente, apparentemente senza capire bene cosa fosse successo lì, e cosa gli fosse successo per tutto questo tempo...
"Ebbene, dove sono?" chiese piano, con la voce rauca per l'eccitazione. -Che razza di posto è questo, di così terribile? Non è come ricordo... Chi sei?
- Siamo amici. E hai assolutamente ragione: questo non è un posto molto piacevole... E un po' più lontano, i posti sono generalmente terribilmente spaventosi. Il nostro amico viveva qui, è morto...
- Mi dispiace, piccolini. Com'è morto il tuo amico?
"L'hai ucciso", sussurrò Stella tristemente.
Rimasi impietrito, fissando la mia amica... Questo non lo diceva la “solare” Stella, che conoscevo bene, che “immancabilmente” compativa tutti, e non faceva mai soffrire nessuno!.. Ma, a quanto pare, il il dolore della perdita, come me, le dava un sentimento inconscio di rabbia “verso tutti e contro tutto”, e la bambina non era ancora in grado di controllarlo dentro di sé.
“Io?!..” esclamò lo sconosciuto. – Ma questo non può essere vero! Non ho mai ucciso nessuno!..
Sentivamo che stava dicendo la verità assoluta e sapevamo che non avevamo il diritto di scaricare su di lui la colpa degli altri. Perciò, senza nemmeno dire una parola, abbiamo sorriso insieme e abbiamo subito cercato di spiegare velocemente cosa è realmente accaduto qui.
L'uomo rimase a lungo in uno stato di shock assoluto... Apparentemente, tutto ciò che sentì gli sembrò selvaggio, e certamente non coincideva con quello che era realmente e con ciò che provava per un male così terribile, che non si adatta nelle normali strutture umane...
- Come posso rimediare a tutto questo?!.. Dopotutto non posso? E come possiamo convivere con questo?!.. - si afferrò la testa... - Quanti ne ho uccisi, ditemi!.. Qualcuno può dirlo? E i tuoi amici? Perché hanno fatto questo? Ebbene, perché?!!!..
– Perché tu possa vivere come dovresti... Come volevi tu... E non come voleva qualcuno... Per uccidere il Male che ha ucciso gli altri. Probabilmente è per questo che...” disse tristemente Stella.
- Perdonami, caro... Perdonami... Se puoi... - l'uomo sembrava completamente morto, e all'improvviso fui “punto” da una pessima sensazione...
- Beh, no! – esclamai indignato. - Adesso devi vivere! Vuoi annullare il loro intero sacrificio?! Non osare nemmeno pensare! Adesso farai del bene al posto loro! Sarà giusto. E “partire” è la cosa più semplice. E ora non hai più questo diritto.
Lo sconosciuto mi guardò stupito, apparentemente non aspettandosi uno scoppio così violento di “giusta” indignazione. E poi sorrise tristemente e disse piano:
- Quanto li amavi!.. Chi sei, ragazza?
La mia gola divenne molto dolorante e per qualche tempo non riuscii a pronunciare una parola. È stato molto doloroso per una perdita così pesante e, allo stesso tempo, ero triste per questa persona “irrequieta”, per la quale sarebbe stato oh, quanto sarebbe stato difficile esistere con un tale peso...
- Sono Svetlana. E questa è Stella. Stiamo semplicemente passeggiando qui. Visitiamo gli amici o aiutiamo qualcuno quando possiamo. È vero, non ci sono più amici adesso...
- Perdonami, Svetlana. Anche se probabilmente non cambierà nulla se ti chiedessi perdono ogni volta... Quello che è successo è successo e non posso cambiare nulla. Ma posso cambiare ciò che accadrà, giusto? - l'uomo mi guardò con gli occhi azzurri come il cielo e, sorridendo, un sorriso triste, disse: - Eppure... Dici che sono libero nella mia scelta?.. Ma si scopre - non così libero, caro ... Sembra più un'espiazione... Cosa con cui sono d'accordo, ovviamente. Ma è una tua scelta che io sia obbligato a vivere per i tuoi amici. Perché hanno dato la vita per me... Ma questo non l'ho chiesto io, vero?... Quindi non è una mia scelta...

Sintesi di elementi

All'inizio degli anni '40 tentarono di utilizzare l'idea del Big Bang per spiegare l'origine degli elementi chimici. I ricercatori americani R. Alpher, G. Gamow e R. Herman hanno suggerito che nelle prime fasi della sua esistenza l'Universo fosse un ammasso di gas di neutroni super denso (o, come lo chiamavano, "ilema"). Successivamente, però, si dimostrò che numerosi elementi pesanti potevano formarsi all'interno delle stelle a causa dei cicli di reazioni nucleari, quindi la necessità di “ilem” sembrò scomparire.

Il chiarimento della composizione chimica del Cosmo portò presto a controversie. Se calcoliamo la quantità di idrogeno nelle stelle della nostra Galassia che avrebbe dovuto "bruciarsi" in elio durante la sua esistenza (10 miliardi di anni), si scopre che la quantità osservata di elio è 20 volte maggiore di quella ottenuta secondo i calcoli teorici. Ciò significa che la fonte della formazione dell'elio dovrebbe essere non solo la sua sintesi nelle profondità delle stelle, ma anche altri processi molto potenti. Alla fine, abbiamo dovuto ritornare all'idea del Big Bang e cercare in esso una fonte di elio in eccesso. Questa volta il successo è toccato ai famosi scienziati sovietici, l'accademico Ya. B. Zeldovich e I. D. Novikov, che in una serie di lavori dettagliati hanno dimostrato in dettaglio la teoria del Big Bang e dell'Universo in espansione ( Sì. V. Zeldovich, I. D. Novikov. Struttura ed evoluzione dell'Universo. M., Nauka, 1975). Le principali disposizioni di questa teoria sono le seguenti.

L'espansione dell'Universo è iniziata con una densità molto elevata e una temperatura molto elevata. All'alba della sua esistenza, l'Universo somigliava ad un laboratorio di alte energie e alte temperature. Ma questo, ovviamente, era un laboratorio che non aveva analogie terrene.

Lo stesso “inizio” dell’Universo, cioè il suo stato, corrispondente, secondo i calcoli teorici, a un raggio prossimo allo zero, finora sfugge anche alla rappresentazione teorica. Il fatto è che le equazioni dell'astrofisica relativistica restano valide fino ad una densità dell'ordine di 10 93 g/cm3. L'Universo, compresso a una tale densità, una volta aveva un raggio di circa un decimiliardesimo di centimetro, cioè era paragonabile per dimensioni a un protone! La temperatura di questo microuniverso, che, tra l'altro, pesava almeno 10,51 tonnellate, era incredibilmente alta e, a quanto pare, vicina ai 10,32 gradi. Ecco come appariva l'Universo una frazione insignificante di secondo dopo l'inizio dell '"esplosione". All’“inizio” stesso, sia la densità che la temperatura si volgono all’infinito, cioè questo “inizio”, usando la terminologia matematica, è quello speciale punto “singolare” per il quale le equazioni della fisica teorica moderna perdono il loro significato fisico. Ma questo non vuol dire che prima del “principio” non esistesse nulla: semplicemente non possiamo immaginarlo Che cosa era prima dell’“inizio” convenzionale dell’Universo.

Nella nostra vita, un secondo è un intervallo insignificante. Nei primissimi istanti della vita dell'Universo (convenzionalmente contati dall'inizio), molti eventi si sono verificati nel primo secondo. Il termine “espansione” qui sembra troppo debole e quindi inappropriato. No, non è stata un'espansione, ma una potente esplosione.

Entro la fine di un centomillesimo di secondo dopo l '"inizio", l'Universo nel suo microvolume conteneva una miscela di particelle elementari: nucleoni e antinucleoni, elettroni e positroni, nonché mesoni, quanti di luce (fotoni). In questa miscela, secondo Ya. B. Zeldovich, erano probabilmente presenti ipotetici (per ora) gravitoni e quark ( Gravitoni e quark sono particelle ipotetiche; l'interazione dei gravitoni con altre particelle determina il campo gravitazionale (questi sono i quanti del campo gravitazionale); i quark sono i “mattoni di base”, le cui combinazioni danno origine a tutta la varietà di particelle. Sono stati spesi molti sforzi e denaro per rilevare i quark, ma non sono stati ancora trovati), ma il ruolo principale apparteneva ancora evidentemente ai neutrini.

Quando l'“età” dell'Universo era pari a un decimillesimo di secondo, la sua densità media (10 14 g/cm3) era già prossima alla densità dei nuclei atomici, e la temperatura scese a diversi miliardi di gradi. A questo punto, i nucleoni e gli antinucleoni erano già riusciti ad annichilarsi, cioè a distruggersi a vicenda, trasformandosi in quanti di radiazione dura. Solo il numero di neutrini prodotti durante l'interazione delle particelle è stato mantenuto e aumentato, poiché i neutrini interagiscono più debolmente con le altre particelle. Questo crescente "mare" di neutrini ha isolato le particelle più longeve - protoni e neutroni - l'una dall'altra e ha causato la trasformazione di protoni e neutroni l'uno nell'altro e la nascita di coppie elettrone-positrone. Non è chiaro cosa causi la successiva predominanza delle particelle e il piccolo numero di antiparticelle nel nostro mondo. Forse per qualche motivo si verificò un'iniziale asimmetria: il numero delle antiparticelle era sempre inferiore al numero delle particelle, oppure, come ritengono alcuni scienziati, grazie a un meccanismo di separazione ancora sconosciuto, particelle e antiparticelle venivano smistate, concentrandosi in parti diverse del nell'Universo, e da qualche parte le antiparticelle predominano (come le particelle predominano nel nostro mondo), formando un antimondo.

Secondo Ya. B. Zeldovich, “al momento nell'Universo ci sono dei quanti che osserviamo, così come neutrini e gravitoni, che non possiamo osservare con i mezzi moderni e, probabilmente, non saremo in grado di osservare per molti. anni."

Continuiamo la citazione:

“Quindi, nel tempo, tutte le particelle nell’Universo “muoiono”, rimangono solo i quanti. Questo è corretto con una precisione del centomilionesimo. Ma in realtà esiste un protone o un neutrone ogni cento milioni di quanti. Queste particelle vengono preservate perché loro - le particelle rimanenti - non hanno nulla con cui annichilarsi (inizialmente nucleoni, protoni e neutroni si annichilano con le loro antiparticelle). Ce ne sono pochi, ma è da queste particelle, e non dai quanti, che sono costituiti la Terra e i pianeti, il Sole e le stelle" ( Terra e Universo, 1969, n. 3, p. 8 (Ya. B. Zeldovich. Universo caldo)).

Quando l'età dell'Universo raggiunse un terzo di secondo, la densità scese a 10 7 g/cm3 e la temperatura scese a 30 miliardi di gradi. In questo momento, secondo l'accademico V.L. Ginzburg, i neutrini vengono separati dai nucleoni e non vengono più assorbiti da essi. Oggi questi neutrini “primari” che viaggiano nello spazio dovrebbero avere un’energia di soli pochi decimillesimi di elettronvolt. Non sappiamo come rilevare tali neutrini: per fare ciò, la sensibilità delle moderne apparecchiature deve essere aumentata centinaia di migliaia di volte. Se mai ciò sarà possibile, i neutrini “primari” ci forniranno preziose informazioni sul primo secondo di vita dell’Universo.

Entro la fine del primo secondo, l'Universo si era espanso fino a raggiungere una dimensione circa cento volte maggiore della dimensione del moderno Sistema Solare, il cui diametro è di 15 miliardi di km. Ora la densità della sua sostanza è di 1 t/cm3 e la temperatura è di circa 10 miliardi di gradi. Niente qui assomiglia ancora allo spazio moderno. Non ci sono atomi e nuclei atomici a noi familiari e non esistono particelle elementari stabili.

Solo 0,9 secondi prima, ad una temperatura di 100 miliardi di gradi, c’erano un numero uguale di protoni e neutroni. Ma quando la temperatura diminuiva, i neutroni più pesanti decadevano in protoni, elettroni e neutrini. Ciò significa che il numero di protoni nell'Universo è costantemente aumentato e il numero di neutroni è diminuito.

L'età dell'Universo è di tre minuti e mezzo. I calcoli teorici fissano la temperatura in questo momento a 1 miliardo di gradi e la densità è già cento volte inferiore alla densità dell'acqua. La dimensione dell'Universo in soli tre minuti e mezzo è aumentata da quasi zero a 40 sv. anni ( Per l’espansione dello spazio, la velocità della luce non è il limite). Furono create le condizioni in cui protoni e neutroni iniziarono a combinarsi nei nuclei degli elementi più leggeri, principalmente l'idrogeno. Si verifica una certa stabilizzazione e alla fine del quarto minuto dall'inizio della “prima esplosione”, l'Universo era costituito per il 70% da idrogeno e per il 30% da elio in massa. Questa era probabilmente la composizione originaria delle stelle più antiche. Gli elementi più pesanti sono comparsi successivamente come risultato dei processi che avvengono nelle stelle.

L'ulteriore storia dell'Universo è più calma del suo inizio turbolento. Il tasso di espansione rallentò gradualmente, la temperatura, come la densità media, diminuì gradualmente e quando l'Universo ebbe un milione di anni, la sua temperatura divenne così bassa (3500 gradi Kelvin) che protoni e nuclei di atomi di elio potevano già catturare liberi elettroni e si trasformano in atomi neutri. Da questo momento inizia essenzialmente la fase moderna dell'evoluzione dell'Universo. Appaiono galassie, stelle, pianeti. Alla fine, dopo molti miliardi di anni, l’Universo è diventato il modo in cui lo vediamo.

Forse alcuni lettori, stupiti da numeri colossali, lontani dalla solita realtà, penseranno che la storia dell'Universo, disegnata nei termini più generali, sia solo un'astrazione teorica, lontana dalla realtà. Ma non è vero. La teoria dell’universo in espansione spiega la recessione delle galassie. Ciò è confermato da molti dati moderni sullo spazio. Infine, recentemente è stata trovata un'altra conferma sperimentale molto convincente dello stato super-caldo dell'Universo antico.

Il plasma primario che inizialmente riempì l'Universo era costituito da particelle elementari e quanti di radiazione, o fotoni: era il cosiddetto gas fotonico. Inizialmente, la densità di radiazione nel “microuniverso” era molto elevata, ma man mano che si espandeva, il “gas fotonico” si raffreddava gradualmente. Ciò raffredderebbe l'aria calda all'interno di un volume chiuso in continua espansione.

Del “calore” primario, oggi, non dovrebbero restare che sottili tracce. L'energia dei quanti del “gas fotonico” primario è scesa ad un valore corrispondente ad una temperatura di pochi gradi sopra lo zero assoluto. Al giorno d’oggi, il “gas fotonico” primario dovrebbe emettere più intensamente nel raggio radio centimetrico.

Queste le previsioni teoriche. Ma sono confermati dalle osservazioni. Nel 1965, i radiofisici americani scoprirono un'emissione radio di rumore alla lunghezza d'onda di 7,3 cm. Questa emissione proveniva uniformemente da tutti i punti del cielo e chiaramente non era associata ad alcuna sorgente radio cosmica discreta. La colpa non è né delle stazioni radio terrene né delle interferenze generate dalle apparecchiature radio.

Così è stata scoperta la radiazione cosmica di fondo dell'Universo, un residuo della sua temperatura originaria inimmaginabilmente alta. Pertanto, è stato confermato il modello "caldo" dell'Universo primario, teoricamente calcolato da Ya B. Zeldovich e dai suoi studenti.

Quindi, a quanto pare, l'Universo è nato a seguito di una potente "prima esplosione". Da un volume insignificantemente piccolo, ma super pesante, super denso e super caldo di materia e radiazione, nel corso di diversi miliardi di anni, è nato quello che oggi chiamiamo Spazio.

Quando l’Universo si espanse da un ammasso di materia molto piccolo ma inimmaginabilmente denso alle dimensioni cosmiche, la sua palla gigantesca, ancora molto calda e super densa probabilmente si disintegrò in molti “frammenti”. Ciò potrebbe essere una conseguenza, ad esempio, dell'eterogeneità della palla e della diversa velocità dei processi che si verificano in essa.

Ciascuno dei “frammenti”, costituiti da materia prestellare con enormi riserve di energia, si è a sua volta disintegrato nel tempo. È possibile che i prodotti del decadimento fossero quasar, gli embrioni delle galassie. Come credono l'accademico V.A. Ambartsumyan e altri ricercatori, i nuclei dei quasar (così come i nuclei delle galassie) contengono materia prestellare, le cui proprietà non possiamo ancora determinare, e i loro strati esterni sono costituiti da plasma e gas, la cui densità è solo diverse volte superiore alla densità della materia nelle galassie. Se è così, allora dobbiamo ammettere che la "prima esplosione" e le successive esplosioni secondarie hanno espulso nello spazio non solo "frammenti" di materia prestellare, ma anche materia diffusa: plasma, gas da cui si è formato il materiale polveroso. Allo stesso tempo, bisogna pensare che il contenuto iniziale di gas e polvere nell'Universo era significativamente più alto di adesso.

Comunque sia, secondo le nostre idee moderne, fino allo stadio della comparsa delle galassie, nell'Universo prevalevano processi esplosivi. Ma come abbiamo visto, i processi esplosivi sono caratteristici anche dello stadio delle galassie, sebbene la loro intensità diminuisca durante l'evoluzione delle galassie - dalle violente manifestazioni di energia nelle galassie Markariane e Seyfert al calmo deflusso di materia dai nuclei delle galassie come come il nostro. Pertanto, la teoria dell'Universo in espansione può convergere con il concetto dell'accademico Ambartsumyan, il quale, basandosi sulle proprie scoperte e su quelle dei suoi collaboratori, nonché sul lavoro di astronomi stranieri, estende l'idea di un'esplosione creativa ai processi di formazione stellare. Secondo questo concetto, tutti gli oggetti cosmici a noi noti (galassie, stelle, nebulose di polvere di gas) nascono nel processo di esplosione da ammassi super densi di materia prestellare pieni di enormi riserve di energia. Questo è il motivo per cui le stelle appaiono sotto forma di un gruppo in espansione, inizialmente compatto, costituito da molte migliaia o milioni di stelle. Questa ipotesi sembra all'autore la più probabile di tutte le altre, e pertanto propone il seguente “pedigree” di tutti gli oggetti spaziali.

L’“Atomo Primario”, cioè l’Universo nello stato primario superdenso, e la palla di fuoco primaria sono i suoi antenati più lontani, che, ovviamente, hanno dato, oltre ai pianeti, quasi innumerevoli discendenti di tutti gli oggetti cosmici.

Alcuni frammenti della palla di fuoco potrebbero essere diventati il ​​nucleo embrionale della nostra Galassia e, nel tempo, acquisire una popolazione stellare. Questo nucleo galattico embrionale e, probabilmente, l'associazione stellare che ne è derivata, che includeva il Sole, sono i prossimi "parenti" della Terra, più vicini a noi nel tempo.

Lo schema proposto per l'evoluzione del cosmo dal “primo atomo” alle stelle è solo un'ipotesi soggetta a ulteriore sviluppo e sperimentazione. Finora non esiste alcuna teoria sulla trasformazione dell'ipotetica "materia prestellare" in oggetti spaziali osservabili, e questa circostanza è uno dei punti deboli del concetto di V. A. Ambartsumyan.

D'altra parte, la nascita delle stelle attraverso la condensazione di gas rarefatto e materia polverosa non può essere considerata assolutamente impossibile, anzi, la maggior parte degli astronomi aderisce ancora a tale ipotesi di “condensazione”; Enormi accumuli di gas e polvere potrebbero essersi formati nella fase di esplosioni “secondarie” di “frammenti dell’esplosione primaria”. Si può presumere che la distribuzione della materia in essi fosse inizialmente non uniforme. Una rotazione generale di tali ammassi genera probabilmente al loro interno potenti campi magnetici, a causa dei quali la struttura delle nubi di gas e polvere potrebbe diventare fibrosa. Sotto l'influenza delle forze gravitazionali nelle espansioni (nodi) di queste "fibre", potrebbe iniziare la concentrazione della materia, portando alla nascita di intere famiglie di stelle.

La maggior parte dei ricercatori aderisce ancora a questo concetto, sebbene abbia anche i suoi punti deboli. È del tutto possibile che entrambi i concetti (“esplosivo” e “condensazione”) non si escludano, ma si completino a vicenda: dopo tutto, durante il decadimento della materia prestellare, compaiono non solo le stelle, ma anche le nebulose. Forse la materia di queste nebulose un giorno servirà (o è già servita molte volte) come materiale di partenza per la condensazione di stelle e pianeti? Solo la ricerca futura potrà fare completa chiarezza su questo tema.

La teoria del Big Bang, sviluppata da Ya. B. Zeldovich e N. D. Novikov, spiegava perfettamente l '"eccesso" di elio nell'Universo. Secondo i loro recenti calcoli, già 100 secondi dopo l'inizio dell'espansione, l'Universo conteneva il 70% di idrogeno e circa il 30% di elio. Il resto dell'elio e degli elementi più pesanti sono comparsi durante l'evoluzione delle stelle.

Nonostante questo grande successo, gli orizzonti della teoria del Big Bang non sono affatto cupi. Recentemente sono stati scoperti una serie di fatti che non rientrano nel quadro di questa teoria ( Per maggiori dettagli, vedere il libro: V. P. Chechev, Ya. Radioattività ed evoluzione dell'universo. M., Nauka, 1978). Ad esempio, sono note galassie che sono chiaramente collegate fisicamente tra loro e si trovano ad uguale distanza da noi, ma allo stesso tempo hanno "spostamenti verso il rosso" significativamente diversi (a volte 13 volte!) Un’altra cosa non chiara è il motivo per cui, alla stessa distanza, le galassie a spirale hanno sempre “spostamenti verso il rosso” maggiori rispetto alle galassie ellittiche. Secondo alcuni dati, risulta che in direzioni diverse il tasso di espansione, il "rigonfiamento" dell'Universo non è lo stesso, il che contraddice le idee precedentemente prevalenti sulla forma strettamente "sferica" ​​del mondo in espansione?

Infine, è recentemente diventato chiaro che le velocità delle galassie rispetto al fondo della CMB sono molto piccole. Si misurano non in migliaia e decine di migliaia di chilometri al secondo, come segue dalla teoria dell'Universo in espansione, ma solo in centinaia di chilometri al secondo. Si scopre che le galassie sono praticamente a riposo rispetto allo sfondo relitto dell'Universo, che per una serie di ragioni può essere considerato un quadro di riferimento assoluto ( Per maggiori dettagli, vedere il libro: Sviluppo di metodi di ricerca astronomica (A. A. Efimov. Astronomia e principio di relatività). M., Nauka, 1979, pag. 545).

Come superare queste difficoltà non è ancora chiaro. Se si scopre che lo "spostamento verso il rosso" negli spettri delle galassie non è causato dall'effetto Doppler, ma da qualche altro processo a noi non ancora noto, il diagramma disegnato dell'origine degli elementi chimici potrebbe rivelarsi errato. Tuttavia, molto probabilmente il Big Bang non è un'illusione, ma una realtà, e la teoria di un Universo in espansione “caldo” è una delle conquiste più importanti della scienza del 20° secolo.

In conclusione, notiamo che, indipendentemente dalle opinioni a cui si aderisce sull'evoluzione dell'Universo, il fatto indiscutibile rimane incrollabile: viviamo in un mondo chimicamente instabile, la cui composizione è in costante cambiamento.

Dei 26 elementi transuranici attualmente conosciuti, 24 non si trovano sul nostro pianeta. Sono stati creati dall'uomo. Come vengono sintetizzati gli elementi pesanti e superpesanti?
Il primo elenco di trentatré presunti elementi, Una tabella di sostanze appartenenti a tutti i regni della natura, che possono essere considerati i costituenti più semplici dei corpi, fu pubblicato da Antoine Laurent Lavoisier nel 1789. Insieme all'ossigeno, all'azoto, all'idrogeno, a diciassette metalli e a molti altri elementi reali, apparvero luce, calore e alcuni ossidi. E quando 80 anni dopo Mendeleev inventò la tavola periodica, i chimici conoscevano 62 elementi. All'inizio del 20 ° secolo, si credeva che esistessero 92 elementi in natura, dall'idrogeno all'uranio, sebbene alcuni di essi non fossero ancora stati scoperti. Tuttavia, già alla fine del 19 ° secolo, gli scienziati presumevano l'esistenza degli elementi seguono l'uranio nella tavola periodica (transurani), ma è stato impossibile trovarli. È ormai noto che la crosta terrestre contiene tracce degli elementi 93 e 94: nettunio e plutonio. Ma storicamente questi elementi sono stati prima ottenuti artificialmente e solo successivamente scoperti nella composizione dei minerali.
Dei 94 primi elementi, 83 hanno isotopi stabili o di lunga vita, la cui emivita è paragonabile all'età del Sistema Solare (sono arrivati ​​sul nostro pianeta da una nuvola protoplanetaria). La vita dei restanti 11 elementi naturali è molto più breve e quindi compaiono nella crosta terrestre solo a seguito del decadimento radioattivo per un breve periodo. Ma che dire di tutti gli altri elementi, da 95 a 118? Non ce ne sono sul nostro pianeta. Tutti sono stati ottenuti artificialmente.
Il primo artificiale
La creazione di elementi artificiali ha una lunga storia. La possibilità fondamentale di ciò divenne chiara nel 1932, quando Werner Heisenberg e Dmitry Ivanenko giunsero alla conclusione che i nuclei atomici sono costituiti da protoni e neutroni. Due anni dopo, il gruppo di Enrico Fermi tentò di produrre transurani irradiando l'uranio con neutroni lenti. Si presumeva che il nucleo di uranio avrebbe catturato uno o due neutroni, dopo di che avrebbe subito un decadimento beta per produrre gli elementi 93 o 94. Si affrettarono addirittura ad annunciare la scoperta dei transurani, che Fermi chiamò ausonio ed esperio nel suo discorso per il Nobel nel 1938. Tuttavia, i radiochimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann, insieme al fisico austriaco Lise Meitner, dimostrarono presto che Fermi si sbagliava: questi nuclidi erano isotopi di elementi già conosciuti, risultanti dalla scissione dei nuclei di uranio in coppie di frammenti di circa la stessa massa . Fu questa scoperta, fatta nel dicembre 1938, che rese possibile la creazione di un reattore nucleare e di una bomba atomica. Il primo elemento sintetizzato non fu affatto il transuranio, ma l'ecamanganese, predetto da Mendeleev. Lo cercarono in vari minerali, ma senza successo. E nel 1937, l'ecamanganese, in seguito chiamato tecnezio (dal greco ??? - artificiale) fu ottenuto sparando nuclei di deuterio su un bersaglio di molibdeno, accelerato in un ciclotrone presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.
Proiettili leggeri
Gli elementi da 93 a 101 sono stati ottenuti dall'interazione di nuclei di uranio o successivi nuclei di transuranio con neutroni, deutoni (nuclei di deuterio) o particelle alfa (nuclei di elio). Il primo successo qui fu ottenuto dagli americani Edwin McMillan e Philip Abelson, che nel 1940 sintetizzarono il nettunio-239, lavorando sull'idea di Fermi: la cattura di neutroni lenti da parte dell'uranio-238 e il successivo decadimento beta dell'uranio-239. Il 94esimo elemento, il plutonio, fu scoperto per la prima volta mentre studiava il decadimento beta del nettunio-238 ottenuto dal bombardamento con deuteroni dell'uranio presso il ciclotrone dell'Università della California a Berkeley all'inizio del 1941. E presto divenne chiaro che il plutonio-239, sotto l'influenza di neutroni lenti, è fissile non peggiore dell'uranio-235 e può servire da riempimento di una bomba atomica. Pertanto, tutte le informazioni sulla produzione e le proprietà di questo elemento furono classificate e un articolo di MacMillan, Glenn Seaborg (per le loro scoperte condivisero il Premio Nobel nel 1951) e i loro colleghi con un messaggio sul secondo transuranio apparve in stampa solo nel 1946 Autorità americane per quasi sei anni Ritardata anche la pubblicazione della scoperta del 95° elemento, l'americio, che alla fine del 1944 fu isolato dal gruppo di Seaborg dai prodotti del bombardamento neutronico del plutonio in un reattore nucleare. Pochi mesi prima, i fisici della stessa squadra avevano ottenuto il primo isotopo dell'elemento 96 con un peso atomico di 242, sintetizzato bombardando l'uranio-239 con particelle alfa accelerate. Fu chiamato curio in riconoscimento dei risultati scientifici di Pierre e Marie Curie, aprendo così la tradizione di nominare i transurani in onore dei classici della fisica e della chimica. Il ciclotrone da 60 pollici dell'Università della California divenne il luogo della creazione di altri tre elementi, 97, 98 e 101 . I primi due prendono il nome dal loro luogo di nascita: berkelium e californio. Berkeley fu sintetizzato nel dicembre 1949 bombardando un bersaglio di americio con particelle alfa e il californio due mesi dopo con lo stesso bombardamento di curio. Il 99esimo e il 100esimo elemento, einsteinio e fermio, furono scoperti durante l'analisi radiochimica di campioni raccolti nell'area dell'atollo di Eniwetak, dove il 1 novembre 1952 gli americani fecero esplodere una carica termonucleare da dieci megatoni "Mike", il cui guscio era fatto di uranio-238. Durante l'esplosione, i nuclei di uranio hanno assorbito fino a quindici neutroni, dopo di che hanno subito catene di decadimenti beta, che hanno portato alla formazione di questi elementi. L'elemento 101, il mendelevio, fu scoperto all'inizio del 1955. Seaborg, Albert Ghiorso, Bernard Harvey, Gregory Choppin e Stanley Thomson sottoposero a bombardamento di particelle alfa circa un miliardo (questo è molto piccolo, ma semplicemente non ce n'erano di più) di atomi di einsteinio depositati elettroliticamente su una lamina d'oro. Nonostante la densità del fascio estremamente elevata (60 trilioni di particelle alfa al secondo), sono stati ottenuti solo 17 atomi di mendelevio, ma sono state determinate le loro radiazioni e proprietà chimiche.
Ioni pesanti
Il mendelevio è stato l'ultimo transuranio prodotto utilizzando neutroni, deutoni o particelle alfa. Per ottenere i seguenti elementi, erano necessari bersagli dall'elemento numero 100 - fermio, che allora erano impossibili da produrre (anche adesso nei reattori nucleari il fermio si ottiene in quantità di nanogrammi. Gli scienziati hanno preso una strada diversa: hanno usato atomi ionizzati, i cui nuclei contengono). più di due protoni, per bombardare bersagli sono chiamati ioni pesanti). Per accelerare i fasci ionici erano necessari acceleratori specializzati. La prima macchina di questo tipo, HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator), fu lanciata a Berkeley nel 1957, la seconda, il ciclotrone U-300, fu lanciata presso il Laboratorio di reazioni nucleari dell'Istituto congiunto per la ricerca nucleare a Dubna nel 1960. Successivamente, a Dubna furono messe in funzione unità più potenti U-400 e U-400M. Un altro acceleratore UNILAC (Universal Linear Accelerator) è in funzione dalla fine del 1975 presso il Centro tedesco Helmholtz per la ricerca sugli ioni pesanti a Wickhausen, uno dei distretti di Darmstadt. Durante il bombardamento di obiettivi di piombo, bismuto, uranio o transuranio con ioni pesanti, nuclei altamente eccitati (caldi) che si disgregano o rilasciano energia in eccesso attraverso l'emissione (evaporazione) di neutroni. A volte questi nuclei emettono uno o due neutroni, dopo di che subiscono altre trasformazioni, ad esempio il decadimento alfa. Questo tipo di sintesi è chiamata fredda. A Darmstadt, con il suo aiuto, furono ottenuti elementi con numeri da 107 (borio) a 112 (copernicio). Allo stesso modo, nel 2004, i fisici giapponesi hanno creato un atomo del 113esimo elemento (un anno prima era stato ottenuto a Dubna). Durante la fusione calda, i nuclei neonati perdono più neutroni, da tre a cinque. In questo modo, Berkeley e Dubna sintetizzarono gli elementi da 102 (nobelium) a 106 (seabordium, in onore di Glenn Seaborg, sotto la cui guida furono creati nove nuovi elementi). Successivamente, a Dubna, furono realizzati in questo modo sei dei più massicci pesi supermassimi: dal 113 al 118. L’Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata (IUPAC, Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata) ha finora approvato solo i nomi degli elementi 114° (flerovium) e 116° (livermorium).
Solo tre atomi
Il 118esimo elemento con il nome temporaneo ununoctium e il simbolo Uuo (secondo le regole IUPAC, i nomi temporanei degli elementi sono formati dalle radici latine e greche dei nomi delle cifre del loro numero atomico, un-un-oct (ium) - 118) è stato creato dagli sforzi congiunti di due gruppi scientifici: Dubna sotto la guida di Yuri Oganesyan e il Livermore National Laboratory sotto la guida di Kenton Moody, uno studente di Seaborg. L'ununozio si trova sotto il radon nella tavola periodica e potrebbe quindi essere un gas nobile. Tuttavia, le sue proprietà chimiche non sono ancora state determinate, poiché i fisici hanno creato solo tre atomi di questo elemento con un numero di massa di 294 (118 protoni, 176 neutroni) e un tempo di dimezzamento di circa un millisecondo: due nel 2002 e uno nel 2005. Sono stati ottenuti bombardando un bersaglio di California-249 (98 protoni, 151 neutroni) con ioni dell'isotopo pesante del calcio con una massa atomica di 48 (20 protoni e 28 neutroni), accelerati nell'acceleratore U-400. Il numero totale di “proiettili” di calcio era 4,1x1019, quindi la produttività del “generatore di ununoctium” di Dubna è estremamente bassa. Tuttavia, secondo Kenton Moody, l'U-400 è l'unica macchina al mondo su cui è stato possibile sintetizzare il 118esimo elemento. “Ogni serie di esperimenti sulla sintesi dei transuranici aggiunge nuove informazioni sulla struttura della materia nucleare viene utilizzato per modellare le proprietà dei nuclei superpesanti. In particolare, il lavoro sulla sintesi del 118esimo elemento ha permesso di scartare diversi modelli precedenti, ricorda Kenton Moody. - Abbiamo realizzato il bersaglio con il californio, poiché gli elementi più pesanti non erano disponibili nelle quantità richieste. Il calcio-48 contiene otto neutroni in più rispetto al suo isotopo principale calcio-40. Quando il suo nucleo si fuse con il nucleo di californio, si formarono nuclei con 179 neutroni. Si trovavano in stati altamente eccitati e quindi particolarmente instabili, dai quali emergevano rapidamente, rilasciando neutroni. Di conseguenza, abbiamo ottenuto un isotopo dell'elemento 118 con 176 neutroni. E questi erano veri atomi neutri con un set completo di elettroni! Se fossero vissuti un po’ più a lungo, sarebbe stato possibile giudicare le loro proprietà chimiche”.
Matusalemme numero 117
L'elemento 117, noto anche come ununseptium, è stato ottenuto più tardi, nel marzo 2010. Questo elemento è stato creato sulla stessa macchina U-400, dove, come prima, gli ioni calcio-48 sono stati sparati contro un bersaglio fatto di berkelio-249, sintetizzato presso l'Oak Ridge National Laboratory. Quando i nuclei di berkelio e calcio entrarono in collisione, apparvero nuclei di ununseptium-297 altamente eccitati (117 protoni e 180 neutroni). Gli sperimentatori sono riusciti a ottenere sei nuclei, cinque dei quali hanno evaporato quattro neutroni ciascuno e si sono trasformati in ununseptium-293, e il resto ha emesso tre neutroni e ha dato origine a ununseptium-294. In confronto a ununseptium, ununseptium si è rivelato un vero Matusalemme. Il tempo di dimezzamento dell'isotopo più leggero è di 14 millisecondi, mentre quello più pesante arriva fino a 78 millisecondi! Nel 2012, i fisici di Dubna hanno ottenuto altri cinque atomi di ununseptium-293 e successivamente diversi atomi di entrambi gli isotopi. Nella primavera del 2014, gli scienziati di Darmstadt hanno riportato la sintesi di quattro nuclei dell'elemento 117, due dei quali avevano una massa atomica di 294. Il tempo di dimezzamento di questo non setzio "pesante", misurato dagli scienziati tedeschi, era di circa 51 millisecondi ( questo concorda bene con le stime degli scienziati di Dubna) Ora a Darmstadt si sta preparando il progetto per un nuovo acceleratore lineare di ioni pesanti su magneti superconduttori, che permetterà la sintesi degli elementi 119 e 120. Piani simili vengono implementati a Dubna, dove è in costruzione un nuovo ciclotrone DS-280. È possibile che tra pochi anni diventi possibile la sintesi di nuovi transurani superpesanti. E la creazione del 120°, o addirittura del 126° elemento con 184 neutroni e la scoperta dell'isola di stabilità diventeranno realtà.
Lunga vita sull’isola della stabilità
All'interno dei nuclei ci sono gusci di protoni e neutroni, in qualche modo simili ai gusci di elettroni degli atomi. I nuclei con gusci completamente riempiti sono particolarmente resistenti alle trasformazioni spontanee. I numeri di neutroni e protoni corrispondenti a tali gusci sono chiamati magici. Alcuni di essi sono stati determinati sperimentalmente: 2, 8, 20 e 28.I modelli Shell consentono di calcolare teoricamente i “numeri magici” dei nuclei superpesanti, ma senza una garanzia completa. C'è motivo di aspettarsi che il neutrone numero 184 sarà magico. Può corrispondere ai numeri di protoni 114, 120 e 126 e quest'ultimo, ancora una volta, deve essere magico. Se è così, allora gli isotopi degli elementi 114, 120 e 126, contenenti ciascuno 184 neutroni, vivranno molto più a lungo dei loro vicini nella tavola periodica: minuti, ore o addirittura anni (questa zona della tabella è solitamente chiamata l'isola della stabilità). Gli scienziati ripongono le loro più grandi speranze nell'ultimo isotopo con un nucleo doppiamente magico.
Metodo Dubninsky

Quando uno ione pesante entra nella regione delle forze nucleari del bersaglio, si può formare un nucleo composto in uno stato eccitato. O decade in frammenti di massa approssimativamente uguale, oppure emette (evapora) diversi neutroni e passa nello stato fondamentale (non eccitato).
"Gli elementi da 113 a 118 sono stati creati sulla base di un metodo straordinario sviluppato a Dubna sotto la guida di Yuri Oganesyan", spiega Alexander Yakushev, membro del team di Darmstadt. - Invece di nichel e zinco, che venivano usati per sparare contro obiettivi a Darmstadt, Oganesyan prese un isotopo con una massa atomica molto più bassa: il calcio-48. Il fatto è che l'uso di nuclei leggeri aumenta la probabilità della loro fusione con nuclei bersaglio. Anche il nucleo di calcio-48 è doppiamente magico, poiché è composto da 20 protoni e 28 neutroni. Pertanto, la scelta di Oganesyan ha contribuito notevolmente alla sopravvivenza dei nuclei composti che si formano quando si spara al bersaglio. Dopotutto, un nucleo può rilasciare diversi neutroni e dare origine a un nuovo transuranio solo se non si frantuma in frammenti subito dopo la nascita. Per sintetizzare gli elementi superpesanti in questo modo, i fisici di Dubna hanno realizzato bersagli dal transuranio prodotto negli Stati Uniti: prima il plutonio, poi l'americio, il curio, il californio e, infine, il berkelio. Il calcio-48 in natura è solo dello 0,7%. Viene estratto utilizzando separatori elettromagnetici, che è una procedura costosa. Un milligrammo di questo isotopo costa circa 200 dollari. Questa quantità è sufficiente per un'ora o due di bombardamento di un bersaglio e gli esperimenti durano mesi. Gli obiettivi stessi sono ancora più costosi, il loro prezzo raggiunge il milione di dollari. Anche pagare le bollette dell'elettricità costa parecchio: gli acceleratori ionici pesanti consumano megawatt di energia. In generale, la sintesi di elementi superpesanti non è un piacere a buon mercato”.

Se chiedi agli scienziati quale delle scoperte del 20 ° secolo. cosa più importante, quasi nessuno dimenticherà di nominare la sintesi artificiale degli elementi chimici. In un breve periodo di tempo - meno di 40 anni - l'elenco degli elementi chimici conosciuti è aumentato di 18 nomi. E tutti e 18 sono stati sintetizzati e preparati artificialmente.

La parola "sintesi" di solito denota il processo per ottenere da un semplice complesso. Ad esempio, l'interazione dello zolfo con l'ossigeno è la sintesi chimica dell'anidride solforosa SO 2 dagli elementi.

La sintesi degli elementi può essere intesa in questo modo: la produzione artificiale da un elemento con carica nucleare inferiore e numero atomico inferiore di un elemento con numero atomico superiore. E il processo di produzione stesso è chiamato reazione nucleare. La sua equazione è scritta allo stesso modo dell'equazione di una normale reazione chimica. A sinistra ci sono i reagenti, a destra i prodotti risultanti. I reagenti in una reazione nucleare sono il bersaglio e la particella bombardante.

Il bersaglio può essere qualsiasi elemento della tavola periodica (in forma libera o sotto forma di composto chimico).

Il ruolo delle particelle bombardanti è svolto dalle particelle α, neutroni, protoni, deuteroni (nuclei dell'isotopo pesante dell'idrogeno), nonché dai cosiddetti ioni pesanti a carica multipla di vari elementi: boro, carbonio, azoto, ossigeno, neon, argon e altri elementi della tavola periodica.

Perché avvenga una reazione nucleare, la particella bombardante deve entrare in collisione con il nucleo dell'atomo bersaglio. Se una particella ha un'energia sufficientemente elevata, può penetrare così profondamente nel nucleo da fondersi con esso. Poiché tutte le particelle sopra elencate, tranne il neutrone, portano cariche positive, quando si fondono con il nucleo ne aumentano la carica. E un cambiamento nel valore di Z significa la trasformazione degli elementi: la sintesi di un elemento con un nuovo valore della carica nucleare.

Per trovare un modo per accelerare le particelle bombardanti e fornire loro un'energia elevata, sufficiente affinché si fondessero con i nuclei, fu inventato e costruito uno speciale acceleratore di particelle, un ciclotrone. Quindi costruirono una fabbrica speciale per nuovi elementi: un reattore nucleare. Il suo scopo diretto è generare energia nucleare. Ma poiché in esso esistono sempre intensi flussi di neutroni, sono facili da usare per scopi di fusione artificiale. Un neutrone non ha carica e quindi non ha bisogno (ed è impossibile) di essere accelerato. Al contrario, i neutroni lenti risultano più utili di quelli veloci.

I chimici dovettero scervellarsi e mostrare veri e propri miracoli di ingegnosità per sviluppare modi per separare piccole quantità di nuovi elementi dalla sostanza bersaglio. Impara a studiare le proprietà dei nuovi elementi quando erano disponibili solo pochi atomi...

Grazie al lavoro di centinaia e migliaia di scienziati, diciotto nuove cellule furono riempite nella tavola periodica.

Quattro sono entro i suoi vecchi confini: tra idrogeno e uranio.

Quattordici - per l'uranio.

Ecco come è successo tutto...

Tecnezio, promezio, astato, francio... Quattro posti nella tavola periodica rimasero vuoti per molto tempo. Queste erano le celle n. 43, 61, 85 e 87. Dei quattro elementi che avrebbero dovuto occupare questi posti, tre furono predetti da Mendeleev: ekamanganese - 43, ecaiodine - 85 ed ekakaesium - 87. Il quarto - n. 61 - doveva appartenere agli elementi delle terre rare.

Questi quattro elementi erano sfuggenti. Gli sforzi degli scienziati per cercarli in natura sono rimasti infruttuosi. Con l'aiuto della legge periodica, tutti gli altri posti nella tavola periodica, dall'idrogeno all'uranio, sono stati occupati da tempo.

Più di una volta i resoconti della scoperta di questi quattro elementi sono apparsi su riviste scientifiche. L'ekamanganese fu "scoperto" in Giappone, dove gli fu dato il nome "nipponium", e in Germania fu chiamato "masurium". L'elemento n. 61 è stato “scoperto” in diversi paesi almeno tre volte, ha ricevuto i nomi “illinium”, “Firenze”, “ciclo dell'onium”. Anche l'ecaiodina è stata trovata in natura più di una volta. Gli furono dati i nomi "Alabamius", "Helvetius". Ekacesium, a sua volta, ricevette i nomi di “Virginia” e “Moldova”. Alcuni di questi nomi sono finiti in vari libri di consultazione e persino nei libri di testo scolastici. Ma tutte queste scoperte non furono confermate: ogni volta un controllo accurato mostrava che era stato commesso un errore e impurità casuali e insignificanti venivano scambiate per un nuovo elemento.

Una ricerca lunga e difficile ha finalmente portato alla scoperta di uno degli elementi sfuggenti della natura. Si è scoperto che l'excasium, che dovrebbe occupare l'87° posto nella tavola periodica, appare nella catena di decadimento dell'isotopo radioattivo naturale uranio-235. È un elemento radioattivo di breve durata.

L'elemento n. 87 merita di essere discusso più in dettaglio.

Ora in qualsiasi enciclopedia, in qualsiasi libro di testo di chimica leggiamo: il francio (numero di serie 87) fu scoperto nel 1939 dalla scienziata francese Margarita Perey. A proposito, questa è la terza volta che l'onore di scoprire un nuovo elemento spetta a una donna (in precedenza, Marie Curie ha scoperto il polonio e il radio, Ida Noddak ha scoperto il renio).

Come è riuscito Perey a catturare l'elemento sfuggente? Torniamo indietro di molti anni. Nel 1914 tre radiochimici austriaci - S. Meyer, W. Hess e F. Paneth - iniziarono a studiare il decadimento radioattivo dell'isotopo dell'attinio con numero di massa 227. Si sapeva che appartiene alla famiglia dell'attinouranio ed emette particelle β; quindi il suo prodotto di degradazione è il torio. Tuttavia, gli scienziati avevano vaghi sospetti che in rari casi l'attinio-227 emettesse anche particelle α. In altre parole, questo è un esempio di forcella radioattiva. È facile da capire: durante una tale trasformazione, dovrebbe formarsi un isotopo dell'elemento n. 87. Meyer e i suoi colleghi hanno effettivamente osservato le particelle alfa. Erano necessarie ulteriori ricerche, ma furono interrotte dalla prima guerra mondiale.

Margarita Perey ha seguito lo stesso percorso. Ma aveva a disposizione strumenti più sensibili e metodi di analisi nuovi e migliorati. Ecco perché ha avuto successo.

Il Francio è classificato come un elemento sintetizzato artificialmente. Tuttavia, l'elemento è stato scoperto per la prima volta in natura. Questo è un isotopo del francio-223. La sua emivita è di soli 22 minuti. Diventa chiaro il motivo per cui c'è così poca Francia sulla Terra. In primo luogo, a causa della sua fragilità, non ha il tempo di concentrarsi in quantità notevoli e, in secondo luogo, il processo della sua formazione stesso è caratterizzato da una bassa probabilità: solo l'1,2% dei nuclei di attinio-227 decade con l'emissione di α- particelle.

A questo proposito, è più redditizio preparare artificialmente il francio. Sono già stati ottenuti 20 isotopi del francio e il più longevo di essi è il francio-223. Lavorando con quantità assolutamente insignificanti di sali di francio, i chimici sono stati in grado di dimostrare che le sue proprietà sono estremamente simili al cesio.

Gli elementi n. 43, 61 e 85 sono rimasti sfuggenti. Non c'era modo di trovarli in natura, sebbene gli scienziati disponessero già di un metodo potente che indicava inequivocabilmente la strada per la ricerca di nuovi elementi: la legge periodica. Grazie a questa legge, tutte le proprietà chimiche di un elemento sconosciuto erano note in anticipo agli scienziati. Allora perché le ricerche di questi tre elementi in natura non hanno avuto successo?

Studiando le proprietà dei nuclei atomici, i fisici sono giunti alla conclusione che non possono esistere isotopi stabili per elementi con numeri atomici 43, 61, 85 e 87. Possono solo essere radioattivi, avere un'emivita breve e devono scomparire rapidamente. Pertanto, tutti questi elementi sono stati creati artificialmente dall'uomo. I percorsi per la creazione di nuovi elementi erano indicati dalla legge periodica. Proviamo ad utilizzarlo per delineare il percorso per la sintesi dell'ecamanganese. Questo elemento n. 43 è stato il primo creato artificialmente.

Le proprietà chimiche di un elemento sono determinate dal suo guscio elettronico e dipende dalla carica del nucleo atomico. Il nucleo dell'elemento numero 43 dovrebbe avere 43 cariche positive e dovrebbero esserci 43 elettroni in orbita attorno al nucleo. Come si può creare un elemento con 43 cariche nel nucleo atomico? Come puoi dimostrare che un tale elemento è stato creato?

Diamo uno sguardo più da vicino a quali elementi della tavola periodica si trovano vicino allo spazio vuoto destinato all'elemento n. 43. Si trova quasi a metà del quinto periodo. Nei luoghi corrispondenti del quarto periodo c'è il manganese e nel sesto il renio. Pertanto, le proprietà chimiche dell'elemento 43 dovrebbero essere simili a quelle del manganese e del renio. Non per niente D.I. Mendeleev, che predisse questo elemento, lo chiamò ekamanganese. A sinistra della 43a cella c'è il molibdeno, che occupa la cella 42, a destra, nella 44a, c'è il rutenio.

Pertanto, per creare l'elemento numero 43, è necessario aumentare il numero di cariche nel nucleo di un atomo che ha 42 cariche di una carica elementare in più. Pertanto, per sintetizzare il nuovo elemento n. 43, è necessario prendere il molibdeno come materiale di partenza. Ha esattamente 42 cariche nel suo nucleo. L'elemento più leggero, l'idrogeno, ha una carica positiva. Quindi, possiamo aspettarci che l'elemento numero 43 possa essere ottenuto da una reazione nucleare tra molibdeno e idrogeno.

Le proprietà dell'elemento n. 43 dovrebbero essere simili a quelle del manganese e del renio e per rilevare e dimostrare la formazione di questo elemento è necessario utilizzare reazioni chimiche simili a quelle con cui i chimici determinano la presenza di piccole quantità di manganese e renio. È così che la tavola periodica permette di tracciare il percorso per la creazione di un elemento artificiale.

Esattamente nello stesso modo che abbiamo appena delineato, il primo elemento chimico artificiale venne creato nel 1937. Ha ricevuto un nome significativo: tecnezio, il primo elemento prodotto tecnicamente, artificialmente. Ecco come è stato sintetizzato il tecnezio. La piastra di molibdeno è stata sottoposta ad un intenso bombardamento da parte dei nuclei dell'isotopo pesante dell'idrogeno-deuterio, che sono stati accelerati in un ciclotrone a velocità enorme.

Nuclei pesanti di idrogeno, che ricevevano un'energia molto elevata, penetravano nei nuclei di molibdeno. Dopo l'irradiazione in un ciclotrone, la piastra di molibdeno è stata sciolta in acido. Una quantità insignificante di una nuova sostanza radioattiva è stata isolata dalla soluzione utilizzando le stesse reazioni necessarie per la determinazione analitica del manganese (un analogo dell'elemento n. 43). Questo era il nuovo elemento: il tecnezio. Ben presto le sue proprietà chimiche furono studiate in dettaglio. Corrispondono esattamente alla posizione dell'elemento nella tavola periodica.

Ora il tecnezio è diventato abbastanza accessibile: si forma in quantità abbastanza grandi nei reattori nucleari. Il tecnezio è stato ben studiato ed è già utilizzato nella pratica. Il tecnezio viene utilizzato per studiare il processo di corrosione dei metalli.

Il metodo con cui è stato creato l'elemento 61 è molto simile al metodo con cui si ottiene il tecnezio. L'elemento n. 61 deve essere un elemento delle terre rare: la 61a cella è tra neodimio (n. 60) e samario (n. 62). Il nuovo elemento fu ottenuto per la prima volta nel 1938 in un ciclotrone bombardando il neodimio con nuclei di deuterio. Chimicamente, l'elemento 61 fu isolato solo nel 1945 dagli elementi di frammentazione formatisi in un reattore nucleare a seguito della fissione dell'uranio.

L'elemento ha ricevuto il nome simbolico promezio. Questo nome gli è stato dato per un motivo. Un antico mito greco racconta che il titano Prometeo rubò il fuoco dal cielo e lo diede alle persone. Per questo fu punito dagli dei: fu incatenato a una roccia e un'enorme aquila lo tormentava ogni giorno. Il nome “promezio” non solo simboleggia il percorso drammatico della scienza che ruba l’energia della fissione nucleare dalla natura e la domina, ma mette anche in guardia contro un terribile pericolo militare.

Il promezio viene ora prodotto in quantità considerevoli: viene utilizzato nelle batterie atomiche, fonti di corrente continua che possono funzionare ininterrottamente per diversi anni.

L'elemento alogenuro più pesante n. 85 è stato sintetizzato in modo simile. È stato inizialmente ottenuto bombardando il bismuto (n. 83) con nuclei di elio (n. 2), accelerati in un ciclotrone ad alte energie.

I nuclei dell'elio, il secondo elemento della tavola periodica, hanno due cariche. Pertanto, per sintetizzare l'85esimo elemento, è stato preso il bismuto, l'83esimo elemento. Il nuovo elemento si chiama astato (instabile). È radioattivo e scompare rapidamente. Anche le sue proprietà chimiche si sono rivelate corrispondenti esattamente alla legge periodica. Sembra iodio.

Elementi transuranici.

I chimici dedicano molto lavoro alla ricerca di elementi più pesanti dell'uranio in natura. Più di una volta nelle riviste scientifiche sono apparse notizie trionfanti sulla scoperta “affidabile” di un nuovo elemento “pesante” con una massa atomica maggiore di quella dell'uranio. Ad esempio, l'elemento n. 93 è stato “scoperto” in natura molte volte, ha ricevuto i nomi “Boemia” e “sequanio”. Ma queste “scoperte” si sono rivelate il risultato di errori. Caratterizzano la difficoltà di determinare con precisione analiticamente tracce minute di un nuovo elemento sconosciuto con proprietà inesplorate.

Il risultato di queste ricerche è stato negativo, perché sulla Terra non esistono praticamente elementi corrispondenti a quelle celle della tavola periodica che dovrebbero trovarsi oltre la 92a cella.

I primi tentativi di ottenere artificialmente nuovi elementi più pesanti dell'uranio sono associati a uno degli errori più notevoli nella storia dello sviluppo della scienza. Si è notato che sotto l'influenza di un flusso di neutroni, molti elementi diventano radioattivi e iniziano a emettere raggi beta. Il nucleo dell'atomo, avendo perso la sua carica negativa, si sposta di una cella a destra nel sistema periodico e il suo numero seriale diventa un altro: si verifica una trasformazione degli elementi. Pertanto, sotto l'influenza dei neutroni, si formano solitamente elementi più pesanti.

Hanno provato a usare i neutroni sull'uranio. Gli scienziati speravano che, proprio come gli altri elementi, l'uranio mostrasse attività β e, come risultato del decadimento β, apparisse un nuovo elemento con un numero uno più alto. Occuperà la 93a cella del sistema Mendeleev. È stato suggerito che questo elemento dovesse essere simile al renio, quindi in precedenza era chiamato ekarenium.

I primi esperimenti sembravano confermare immediatamente questa ipotesi. Ancor di più, si è scoperto che in questo caso non emerge un elemento nuovo, ma diversi. Sono stati segnalati cinque nuovi elementi più pesanti dell'uranio. Oltre all’ekarenium, sono stati “scoperti” ecaosmium, ecairidium, ekaplatinum ed ecagold. E tutte le scoperte si sono rivelate un errore. Ma è stato un errore notevole. Ha guidato la scienza verso la più grande conquista della fisica nell'intera storia dell'umanità: la scoperta della fissione dell'uranio e il controllo dell'energia del nucleo atomico.

In realtà non è stato trovato alcun elemento transuranico. Negli strani nuovi elementi si cercò invano di trovare le presunte proprietà che avrebbero dovuto avere gli elementi di ekarenium ed ekazold. E all'improvviso, tra questi elementi, furono scoperti inaspettatamente il bario radioattivo e il lantanio. Non il transuranio, ma gli isotopi più comuni, ma radioattivi, di elementi i cui posti si trovano al centro della tavola periodica di Mendeleev.

Passò un po' di tempo prima che questo risultato inatteso e stranissimo venisse compreso correttamente.

Perché i nuclei atomici dell'uranio, che si trova alla fine del sistema periodico degli elementi, formano sotto l'azione dei neutroni i nuclei degli elementi i cui posti si trovano nel mezzo? Ad esempio, quando i neutroni agiscono sull'uranio, compaiono elementi che corrispondono alle seguenti celle della tavola periodica:

Molti elementi sono stati trovati nella miscela inimmaginabilmente complessa di isotopi radioattivi formati nell'uranio irradiato con neutroni. Sebbene risultassero essere vecchi elementi noti da tempo ai chimici, allo stesso tempo erano nuove sostanze, create per la prima volta dall'uomo.

In natura non esistono isotopi radioattivi di bromo, kripton, stronzio e molti altri dei trentaquattro elementi, dallo zinco al gadolinio, che si formano quando l'uranio viene irradiato.

Nella scienza questo accade spesso: ciò che è più misterioso e più complesso risulta essere semplice e chiaro quando viene risolto e compreso. Quando un neutrone colpisce un nucleo di uranio, si divide, dividendosi in due frammenti, in due nuclei atomici di massa più piccola. Questi frammenti possono avere dimensioni diverse, motivo per cui si formano così tanti isotopi radioattivi diversi di elementi chimici comuni.

Un nucleo atomico di uranio (92) si disintegra nei nuclei atomici di bromo (35) e lantanio (57); i frammenti della scissione di un altro possono risultare essere i nuclei atomici di kripton (36) e bario (56); La somma dei numeri atomici degli elementi di frammentazione risultanti sarà pari a 92.

Questo fu l’inizio di una catena di grandi scoperte. Si scoprì presto che sotto l'impatto di un neutrone, non solo frammenti - nuclei con una massa più piccola - emergono dal nucleo di un atomo di uranio-235, ma volano fuori anche due o tre neutroni. Ciascuno di essi, a sua volta, è in grado di provocare nuovamente la fissione del nucleo di uranio. E con ciascuna di queste divisioni viene rilasciata molta energia. Questo fu l'inizio del dominio dell'uomo sull'energia intraatomica.

Tra l'enorme varietà di prodotti che si formano quando i nuclei di uranio vengono irradiati con neutroni, è stato successivamente scoperto il primo vero elemento transuranico n. 93, rimasto a lungo inosservato. Si è formato quando i neutroni hanno agito sull'uranio-238. In termini di proprietà chimiche, si è rivelato molto simile all'uranio e non era affatto simile: al renio, come ci si aspettava durante i primi tentativi di sintetizzare elementi più pesanti dell'uranio. Pertanto, non sono riusciti a rilevarlo immediatamente.

Il primo elemento creato dall'uomo al di fuori del “sistema naturale degli elementi chimici” fu chiamato nettunio dal nome del pianeta Nettuno. La sua creazione ha ampliato per noi i confini definiti dalla natura stessa. Allo stesso modo, la prevista scoperta del pianeta Nettuno ha ampliato i confini della nostra conoscenza del sistema solare.

Ben presto fu sintetizzato il 94esimo elemento. Prende il nome dall'ultimo pianeta. Sistema solare.

Si chiamava plutonio. Nel sistema periodico di Mendeleev, segue il nettuno in ordine, simile all'“ultimo pianeta del sistema solare*, Plutone, la cui orbita si trova dietro l'orbita di Nettuno. L'elemento n. 94 nasce dal nettunio durante il suo decadimento β.

Il plutonio è l’unico elemento transuranico oggi prodotto in grandi quantità nei reattori nucleari. Come l'uranio-235, è capace di fissione sotto l'influenza dei neutroni e viene utilizzato come combustibile nei reattori nucleari.

Gli elementi n. 95 e n. 96 sono chiamati americio e curio. Ora vengono prodotti anche nei reattori nucleari. Entrambi gli elementi hanno una radioattività molto elevata: emettono raggi α. La radioattività di questi elementi è così grande che le soluzioni concentrate dei loro sali si riscaldano, bollono e si illuminano fortemente nell'oscurità.

Tutti gli elementi transuranici, dal nettunio all'americio e al curio, sono stati ottenuti in quantità abbastanza grandi. Nella loro forma pura, questi sono metalli color argento, sono tutti radioattivi e le loro proprietà chimiche sono in qualche modo simili tra loro, e in qualche modo differiscono notevolmente.

Anche il 97esimo elemento, il berkelio, è stato isolato nella sua forma pura. Per fare ciò, è stato necessario collocare un preparato di plutonio puro all'interno di un reattore nucleare, dove è stato esposto a un potente flusso di neutroni per sei anni interi. Durante questo periodo, diversi microgrammi dell'elemento n. 97 accumulati in esso furono rimossi dal reattore nucleare, sciolti in acido e il berkelio-249 dalla vita più lunga fu isolato dalla miscela. È altamente radioattivo: decade della metà in un anno. Finora sono stati ottenuti solo pochi microgrammi di berkelio. Ma questa quantità è stata sufficiente affinché gli scienziati potessero studiarne accuratamente le proprietà chimiche.

Un elemento molto interessante è il numero 98: il californio, il sesto dopo l'uranio. Il californio è stato creato per la prima volta bombardando un bersaglio di curio con particelle alfa.

La storia della sintesi dei successivi due elementi transuranici: 99 e 100 è affascinante. Sono stati trovati per la prima volta tra le nuvole e il "fango". Per studiare ciò che viene prodotto nelle esplosioni termonucleari, un aereo ha volato attraverso la nube esplosiva e campioni di sedimento sono stati raccolti su filtri di carta. In questo sedimento sono state trovate tracce di due nuovi elementi. Per ottenere dati più accurati, sul luogo dell'esplosione è stata raccolta una grande quantità di “sporcizia”, ovvero terreno e roccia alterati dall'esplosione. Questo “sporco” è stato lavorato in laboratorio e da esso sono stati isolati due nuovi elementi. Furono chiamati einsteinio e fermio, in onore degli scienziati A. Einstein ed E. Fermi, ai quali l'umanità deve principalmente la scoperta di modi per dominare l'energia atomica. Einstein formulò la legge di equivalenza tra massa ed energia e Fermi costruì il primo reattore atomico. Ora anche l'einsteinio e il fermio vengono prodotti nei laboratori.

Elementi del secondo centinaio.

Non molto tempo fa, quasi nessuno poteva credere che il simbolo del centesimo elemento sarebbe stato incluso nella tavola periodica.

La sintesi artificiale degli elementi fece il suo lavoro: per un breve periodo il fermio chiuse la lista degli elementi chimici conosciuti. I pensieri degli scienziati erano ora diretti lontano, agli elementi del secondo centinaio.

Ma lungo il percorso c’era un ostacolo che non era facile da superare.

Finora i fisici hanno sintetizzato nuovi elementi transuranici principalmente in due modi. Oppure sparavano contro bersagli costituiti da elementi transuranici, già sintetizzati, con particelle alfa e deutoni. Oppure bombardarono l'uranio o il plutonio con potenti flussi di neutroni. Di conseguenza, si formarono isotopi molto ricchi di neutroni di questi elementi che, dopo diversi decadimenti β successivi, si trasformarono in isotopi di nuovi transuranici.

Tuttavia, a metà degli anni ’50, entrambe queste possibilità si erano esaurite. Nelle reazioni nucleari, era possibile ottenere quantità senza peso di einsteinio e fermio, e quindi non era possibile ricavarne bersagli. Inoltre, il metodo di sintesi dei neutroni non consentiva il progresso oltre il fermio, poiché gli isotopi di questo elemento erano soggetti a fissione spontanea con una probabilità molto più elevata rispetto al decadimento beta. È chiaro che in tali condizioni non aveva senso parlare di sintesi di un nuovo elemento.

Pertanto, i fisici fecero il passo successivo solo quando riuscirono ad accumulare la quantità minima di elemento n. 99 richiesta per l'obiettivo. Ciò accadde nel 1955.

Uno dei risultati più notevoli di cui la scienza può giustamente essere orgogliosa è la creazione del 101° elemento.

Questo elemento prende il nome dal grande creatore del sistema periodico degli elementi chimici, Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Il mendelevio è stato ottenuto come segue. Un rivestimento invisibile costituito da circa un miliardo di atomi di einsteinio è stato applicato su un pezzo della più sottile lamina d'oro. Le particelle alfa con energia molto elevata, perforando la lamina d'oro dal lato posteriore, potrebbero entrare in una reazione nucleare in caso di collisione con gli atomi di einsteinio. Di conseguenza, si formarono gli atomi del 101esimo elemento. Con una tale collisione, gli atomi di mendelevio volarono fuori dalla superficie della lamina d'oro e si raccolsero su un'altra sottile foglia d'oro adiacente. In questo modo ingegnoso è stato possibile isolare atomi puri dell'elemento 101 da una miscela complessa di einsteinio e dei suoi prodotti di decadimento. La placca invisibile è stata lavata via con acido e sottoposta a ricerca radiochimica.

Davvero è stato un miracolo. Il materiale di partenza per la creazione dell'elemento 101 in ogni singolo esperimento era di circa un miliardo di atomi di Einsteinio. Si tratta di poco meno di un miliardesimo di milligrammo ed era impossibile ottenere l'einsteinio in quantità maggiori. È stato calcolato in anticipo che su un miliardo di atomi di einsteinio, durante molte ore di bombardamento con particelle alfa, solo un singolo atomo di einsteinio può reagire e, quindi, si può formare solo un atomo di un nuovo elemento. Era necessario non solo poterlo rilevare, ma anche farlo in modo tale da scoprire la natura chimica dell'elemento da un solo atomo.

E così è stato. Il successo dell'esperimento ha superato i calcoli e le aspettative. In un esperimento è stato possibile notare non uno, ma anche due atomi del nuovo elemento. In totale, nella prima serie di esperimenti furono ottenuti diciassette atomi di mendelevio. Ciò si è rivelato sufficiente per stabilire il fatto della formazione di un nuovo elemento, il suo posto nella tavola periodica e per determinarne le proprietà chimiche e radioattive di base. Si è scoperto che si tratta di un elemento α-attivo con un'emivita di circa mezz'ora.

Il mendelevio, il primo elemento del secondo centinaio, si rivelò una sorta di pietra miliare nel percorso verso la sintesi degli elementi transuranici. Fino ad ora, rimane l'ultimo di quelli sintetizzati con i vecchi metodi: l'irradiazione con particelle α. Ora sono entrati in scena proiettili più potenti: ioni multi-carica accelerati di vari elementi. La determinazione della natura chimica del mendelevio a partire da alcuni dei suoi atomi ha gettato le basi per una disciplina scientifica completamente nuova: la chimica fisica dei singoli atomi.

Il simbolo dell'elemento n. 102 No - nella tavola periodica è posto tra parentesi. E dentro queste parentesi si nasconde la lunga e complessa storia di questo elemento.

La sintesi del Nobelium fu segnalata nel 1957 da un gruppo internazionale di fisici che lavoravano presso l'Istituto Nobel (Stoccolma). Per la prima volta furono utilizzati ioni pesanti accelerati per sintetizzare un nuovo elemento. Erano 13 ioni C, il cui flusso era diretto al bersaglio di curio. I ricercatori conclusero di essere riusciti a sintetizzare l’isotopo dell’elemento 102. Prende il nome dal fondatore dell'Istituto Nobel e inventore della dinamite, Alfred Nobel.

Passò un anno e gli esperimenti dei fisici di Stoccolma furono riprodotti quasi contemporaneamente in Unione Sovietica e negli Stati Uniti. E si è rivelata una cosa sorprendente: i risultati degli scienziati sovietici e americani non avevano nulla in comune né con il lavoro dell'Istituto Nobel né tra loro. Nessun altro è stato in grado di ripetere gli esperimenti condotti in Svezia. Da questa situazione è nata una battuta piuttosto triste: “Il Nobel è tutto ciò che resta” (No significa “no” in inglese). Il simbolo frettolosamente posizionato sulla tavola periodica non rifletteva l'effettiva scoperta dell'elemento.

Una sintesi affidabile dell'elemento n. 102 è stata effettuata da un gruppo di fisici del Laboratorio di reazioni nucleari dell'Istituto congiunto per la ricerca nucleare. Nel 1962-1967 Gli scienziati sovietici sintetizzarono diversi isotopi dell'elemento n. 102 e ne studiarono le proprietà. La conferma di questi dati è stata ricevuta negli Stati Uniti. Tuttavia il simbolo No, senza averne diritto, si trova ancora nella cella 102 della tabella.

Lawrence, elemento numero 103 con il simbolo Lw, dal nome dell'inventore del ciclotrone, E. Lawrence, fu sintetizzato nel 1961 negli Stati Uniti. Ma qui il merito dei fisici sovietici non è meno importante. Hanno ottenuto diversi nuovi isotopi del lawrencium e hanno studiato per la prima volta le proprietà di questo elemento. Anche il lawrencium è nato attraverso l'uso di ioni pesanti. Il bersaglio di californio è stato irradiato con ioni di boro (o il bersaglio di americio con ioni di ossigeno).

L'elemento n. 104 fu ottenuto per la prima volta dai fisici sovietici nel 1964. La sua sintesi fu ottenuta bombardando il plutonio con ioni neon. Il 104esimo elemento fu chiamato kurchatovium (simbolo Ki) in onore dell'eccezionale fisico sovietico Igor Vasilyevich Kurchatov.

Anche il 105° e il 106° elemento furono sintetizzati per la prima volta da scienziati sovietici nel 1970 e nel 1974. Il primo di essi, prodotto del bombardamento dell'americio con ioni neon, fu chiamato nielsborium (Ns) in onore di Niels Bohr. La sintesi dell'altro è stata effettuata nel modo seguente: un bersaglio di piombo è stato bombardato con ioni di cromo. Negli Stati Uniti sono state effettuate anche sintesi degli elementi 105 e 106.

Lo imparerai nel prossimo capitolo e concluderemo questo con una breve storia a riguardo

Come studiare le proprietà degli elementi del secondo centinaio.

Gli sperimentatori devono affrontare un compito straordinariamente difficile.

Ecco le sue condizioni iniziali: date poche quantità (decine, al massimo centinaia) di atomi di un nuovo elemento e atomi di vita molto breve (l'emivita è misurata in secondi, o anche frazioni di secondo). È necessario dimostrare che questi atomi sono atomi di un elemento veramente nuovo (cioè determinare il valore di Z, nonché il valore del numero di massa A per sapere di quale isotopo del nuovo transuranio stiamo parlando ), e di studiarne le proprietà chimiche più importanti.

Pochi atomi, un'aspettativa di vita insignificante...

La velocità e il massimo ingegno vengono in aiuto degli scienziati. Ma un ricercatore moderno – uno specialista nella sintesi di nuovi elementi – non deve solo essere in grado di “ferrare una pulce”. Deve anche essere fluente in teoria.

Seguiamo i passaggi fondamentali attraverso i quali viene identificato un nuovo elemento.

Il biglietto da visita più importante sono principalmente le sue proprietà radioattive: può trattarsi dell'emissione di particelle alfa o della fissione spontanea. Ciascun nucleo α-attivo è caratterizzato da valori energetici specifici delle particelle α. Questa circostanza consente di identificare nuclei noti o di concludere che ne sono stati scoperti di nuovi. Ad esempio, studiando le caratteristiche delle particelle α, gli scienziati sono stati in grado di ottenere prove affidabili della sintesi degli elementi 102 e 103.

I nuclei dei frammenti energetici risultanti dalla fissione sono molto più facili da rilevare rispetto alle particelle alfa a causa dell'energia molto più elevata dei frammenti. Per registrarli vengono utilizzate lastre realizzate con un tipo speciale di vetro. I frammenti lasciano segni leggermente evidenti sulla superficie dei dischi. Successivamente le lastre subiscono un trattamento chimico (attacco) e vengono attentamente esaminate al microscopio. Il vetro si scioglie nell'acido fluoridrico.

Se una lastra di vetro sgusciata con frammenti viene posta in una soluzione di acido fluoridrico, nei punti in cui i frammenti colpiscono, il vetro si dissolverà più velocemente e lì si formeranno dei buchi. Le loro dimensioni sono centinaia di volte maggiori della traccia originale lasciata dal frammento. I pozzetti possono essere osservati al microscopio a basso ingrandimento. Altre radiazioni radioattive causano meno danni alla superficie del vetro e non sono visibili dopo l'incisione.

Ecco cosa dicono gli autori della sintesi di Kurchatov su come è avvenuto il processo di identificazione di un nuovo elemento: “L'esperimento è in corso Per quaranta ore, i nuclei di neon bombardano continuamente il bersaglio di plutonio. Per quaranta ore il nastro trasporta i nuclei sintetici alle lastre di vetro Infine il ciclotrone viene spento. Le lastre di vetro vengono trasferite al laboratorio per la lavorazione. Attendiamo con ansia il risultato. Sono state rilevate sei tracce dalla loro posizione essere nell'intervallo di tempo compreso tra 0,1 e 0,5 s.

Ed ecco come parlano gli stessi ricercatori sulla valutazione della natura chimica del curcatovio e del nilsborio. "Lo schema per studiare le proprietà chimiche dell'elemento n. 104 è il seguente. Gli atomi di rinculo escono dal bersaglio in un flusso di azoto, vengono inibiti in esso e quindi vengono clorurati. I composti del 104esimo elemento con cloro penetrano facilmente attraverso uno speciale filtro, ma tutti gli attinidi non passano. Se il 104esimo appartenesse alla serie degli attinidi, sarebbe stato trattenuto dal filtro. Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che il 104esimo elemento è un analogo chimico dell'afnio passo verso il riempimento della tavola periodica con nuovi elementi.

Successivamente a Dubna furono studiate le proprietà chimiche dell'elemento 105. Si è scoperto che i suoi cloruri vengono adsorbiti sulla superficie del tubo lungo il quale si muovono dal bersaglio a una temperatura inferiore a quella dei cloruri di afnio, ma superiore a quella dei cloruri di niobio. Solo gli atomi di un elemento simile nelle proprietà chimiche al tantalio potrebbero comportarsi in questo modo. Guarda la tavola periodica: un analogo chimico del tantalio - elemento n. 105! Pertanto, gli esperimenti sull'adsorbimento sulla superficie degli atomi del 105esimo elemento hanno confermato che le sue proprietà coincidono con quelle previste sulla base della tavola periodica."

14.1 Fasi di sintesi degli elementi

Per spiegare la prevalenza di vari elementi chimici e dei loro isotopi in natura, Gamow propose nel 1948 il modello dell’Universo Caldo. Secondo questo modello tutti gli elementi chimici si sono formati al momento del Big Bang. Tuttavia, questa affermazione è stata successivamente confutata. È stato dimostrato che al momento del Big Bang si sarebbero potuti formare solo elementi leggeri e che gli elementi più pesanti si sono formati durante i processi di nucleosintesi. Queste disposizioni sono formulate nel modello del Big Bang (cfr. paragrafo 15).
Secondo il modello del Big Bang, la formazione degli elementi chimici è iniziata con la fusione nucleare iniziale degli elementi leggeri (H, D, 3 He, 4 He, 7 Li) 100 secondi dopo il Big Bang ad una temperatura dell'Universo di 10 9 K.
La base sperimentale del modello è l'espansione dell'Universo osservata sulla base del redshift, della sintesi iniziale degli elementi e della radiazione cosmica di fondo.
Il grande vantaggio del modello del Big Bang è la previsione dell’abbondanza di D, He e Li, che differiscono tra loro di molti ordini di grandezza.
I dati sperimentali sull'abbondanza di elementi nella nostra Galassia hanno mostrato che ci sono il 92% di atomi di idrogeno, l'8% di atomi di elio e 1 atomo su 1000 nuclei più pesanti, il che è coerente con le previsioni del modello del Big Bang.

14.2 Fusione nucleare - sintesi degli elementi leggeri (H, D, 3 He, 4 He, 7 Li) nell'Universo primordiale.

• L'abbondanza di 4 He o la sua quota relativa nella massa dell'Universo è Y = 0,23 ±0,02. Almeno la metà dell'elio prodotto dal Big Bang è contenuto nello spazio intergalattico.
• Il deuterio originale esiste solo all'interno delle stelle e si trasforma rapidamente in 3He.
  Dai dati osservativi si ottengono le seguenti restrizioni sull'abbondanza di deuterio e He rispetto all'idrogeno:

10 -5 ≤ D/H ≤ 2·10 -4 e
1,2·10 -5 ≤ 3 He/H ≤ 1,5·10 -4 ,

e il rapporto D/H osservato è solo una frazione ƒ del valore originale: D/H = ƒ(D/H) iniziale. Poiché il deuterio si converte rapidamente in 3 He, si ottiene la seguente stima dell'abbondanza:

[(D + 3 He)/H] iniziale ≤ 10 -4.

• L'abbondanza di 7 Li è difficile da misurare, ma vengono utilizzati i dati provenienti da studi sulle atmosfere stellari e la dipendenza dell'abbondanza di 7 Li dalla temperatura effettiva. Risulta che, a partire da una temperatura di 5,5·10 3 K, la quantità di 7 Li rimane costante. La migliore stima dell'abbondanza media di 7 Li è:

7 Li/H = (1,6±0,1)·10 -10 .

• L'abbondanza di elementi più pesanti come 9 Be, 10 B e 11 B è inferiore di diversi ordini di grandezza. Pertanto, la prevalenza di 9 Be/H< 2.5·10 -12 .

14.3 Sintesi dei nuclei nelle stelle della Sequenza Principale in T< 108 K

La sintesi dell'elio nelle stelle della Sequenza Principale nei cicli pp e CN avviene ad una temperatura T ~ 10 7 ÷7·10 7 K. L'idrogeno viene trasformato in elio. Appaiono i nuclei degli elementi leggeri: 2 H, 3 He, 7 Li, 7 Be, 8 Be, ma ce ne sono pochi a causa del fatto che successivamente entrano nelle reazioni nucleari, e il nucleo 8 Be decade quasi istantaneamente a causa della sua durata breve (~10 -16 s)

8 Be → 4 He + 4 He.

Il processo di sintesi sembrava doversi fermare, Ma la natura ha trovato una soluzione alternativa.
Quando T > 7 10 7 K, l'elio "brucia", trasformandosi in nuclei di carbonio. Si verifica una tripla reazione dell'elio - "Helium flash" - 3α → 12 C, ma la sua sezione trasversale è molto piccola e il processo di formazione di 12 C avviene in due fasi.
Una reazione di fusione dei nuclei 8 Be e 4 He avviene con la formazione di un nucleo di carbonio 12 C* in uno stato eccitato, ciò è possibile a causa della presenza di un livello di 7,68 MeV nel nucleo di carbonio, cioè avviene la reazione:

8 Be + 4 He → 12 C* → 12 C + γ.

L'esistenza del livello di energia nucleare 12 C (7,68 MeV) aiuta a bypassare la breve vita dell'8 Be. A causa della presenza di questo livello nel nucleo 12 C, Risonanza di Breit-Wigner. Il nucleo 12C si sposta ad un livello eccitato con energia ΔW = ΔМ + ε,
dove εM = (M 8Be − M 4He) − M 12C = 7,4 MeV, e ε è compensato dall'energia cinetica.
Questa reazione è stata prevista dall'astrofisico Hoyle e poi riprodotta in laboratorio. Poi iniziano le reazioni:

12 C + 4 He → 16 0 + γ
16 0 + 4 He → 20 Ne + γ e così via fino a A ~ 20.

Il livello richiesto del nucleo di 12 C ha permesso di passare attraverso il collo di bottiglia nella fusione termonucleare degli elementi.
Il nucleo 16O non ha tali livelli energetici e la reazione per formare 16O procede molto lentamente

12 C + 4 He → 16 0 + γ.

Queste caratteristiche delle reazioni hanno portato alle conseguenze più importanti: grazie a loro, il numero di nuclei 12 C e 16 0 era uguale, il che ha creato condizioni favorevoli per la formazione di molecole organiche, ad es. vita.
Una variazione del livello di 12°C del 5% porterebbe ad una catastrofe: l'ulteriore sintesi degli elementi cesserebbe. Ma poiché ciò non è accaduto, si formano nuclei con A nell'intervallo

A = 25÷32

Ciò porta ai valori di A

Tutti i nuclei di Fe, Co, Cr si formano a causa della fusione termonucleare.

È possibile calcolare l'abbondanza di nuclei nell'Universo in base all'esistenza di questi processi.
Le informazioni sull'abbondanza degli elementi in natura si ottengono dall'analisi spettrale del Sole e delle stelle, nonché dai raggi cosmici. Nella fig. La Figura 99 mostra l'intensità dei nuclei a diversi valori di A.

Riso. 99: L'abbondanza di elementi nell'Universo.

L’idrogeno H è l’elemento più comune nell’Universo. Il litio Li, il berillio Be e il boro B sono 4 ordini di grandezza più piccoli dei nuclei vicini e 8 ordini di grandezza più piccoli di H e He.
Li, Be, B sono buoni combustibili; bruciano velocemente già a T ~ 10 7 K.
È più difficile spiegare perché esistono ancora, molto probabilmente a causa del processo di frammentazione dei nuclei più pesanti allo stadio di protostella.
Nei raggi cosmici ci sono molti più nuclei di Li, Be e B, il che è anche una conseguenza dei processi di frammentazione dei nuclei più pesanti durante la loro interazione con il mezzo interstellare.
12 C÷ 16 O è il risultato dell'Helium Flash e dell'esistenza di un livello risonante in 12 C e dell'assenza di uno in 16 O, il cui nucleo è anch'esso doppiamente magico.
12 C - nucleo semi-magico.
Pertanto, l'abbondanza massima di nuclei di ferro è 56 Fe, e quindi si verifica un forte calo.

Per A > 60 la sintesi è energeticamente sfavorevole.

14.5 Formazione di nuclei più pesanti del ferro
La frazione di nuclei con A > 90 è piccola: 10 -10 da nuclei di idrogeno. I processi di formazione nucleare sono associati a reazioni collaterali che si verificano nelle stelle. Sono noti due processi di questo tipo:
s (lento) – processo lento,
g (rapido) – processo veloce. Entrambi questi processi sono associati a cattura di neutroni

quelli. È necessario che si creino le condizioni in cui si formano molti neutroni. I neutroni vengono prodotti in tutte le reazioni di combustione.
13 C + 4 He → 16 0 + n – combustione dell’elio,
12 C + 12 C → 23 Mg + n – bagliore di carbonio,
16 O + 16 O → 31 S + n – flash di ossigeno,

Di conseguenza, si accumula uno sfondo di neutroni e possono verificarsi processi s e r, ovvero la cattura dei neutroni. Quando i neutroni vengono catturati, si formano nuclei ricchi di neutroni e quindi si verifica il decadimento β. Li trasforma in nuclei più pesanti.