"Если бы в результате какой-то мировой катастрофы
все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными, и к следующим поколениям людей перешла бы только одна фраза, то какое утверждение,
составленное из наименьшего количества слов, передало бы наибольшую информацию? Я считаю, что
это атомно-молекулярная теория: все тела состоят
из атомов и молекул - маленьких частиц, которые
находятся в постоянном движении, притягиваются
друг к другу на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если их плотнее прижать друг к другу. В одной этой фразе содержится невероятное количество
информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения."
Ричард Фейнман.

В 1869 году Д.И.Менделеев обнародовал периодический закон и его следствие - таблицу элементов.
В 1870 году он назвал таблицу "естественной", а
еще через год - "периодической". Вид первых вариантов таблиц был далек от современного. В то
время были известны только 63 элемента (сейчас
118), не были известны инертные газы, актиноиды,
а, самое главное, отсутствовали сведения о строении атомов. Таблица состояла из 6 вертикальных
столбцов (предшественники современных периодов) и содержала 67 элементов (63 известных + 4
предсказанных). Три из предсказанных (экабор,
экасилиций и экаалюминий) вскоре были открыты
и получили названия соответственно: скандий Sc,
германий Ge и галлий Ga. После этого периодический закон получил всеобщее признание.

"Короткая" форма таблицы, 2000-й год

Объяснение периодической системы элементов – одна из важнейших задач атомной физики.

Сформулируем прежде всего те принципы, на которых основано это объяснение:
1). Состояние электрона в атоме полностью определяется четырьмя квантовыми числами:
главным квантовым числом
n = 1, 2, 3, …;
орбитальным
квантовым числом
l = 0, 1, …, n-1;
магнитным квантовым числом m = 0, ±1, ±2, …, ±l;
магнитным спиновым
квантовым числом
ms = +1/2, -1/2.

2) Принцип Паули: В атоме может существовать только один электрон в состоянии,
характеризуемом данными значениями
четырех квантовых чисел; т.е. два электрона
в одном и том же атоме должны
различаться значениями по крайней мере
одного квантового числа.
3) Атом (как и любая система) устойчив тогда,
когда находится в состоянии с наименьшей
возможной энергией.

Совокупность электронов, обладающих одинаковым главным квантовым числом образует
слой. Слои имеют названия:
n
1
2
3
4
5
6
...
Название
K
L
M
N
O
P
...
Совокупность электронов, имеющих одинаковые
n и l, образует оболочку. Названия оболочек:
l
0
1
2
3
4
5
...
Название
s
p
d
f
g
h
...

Принцип Паули ограничивает число электронов
на той или иной электронной оболочке. Действительно, электроны в невозбужденном атоме
стремятся перейти в состояние с наименьшей
энергией (в устойчивое состояние), которое соответствует минимальным значениям главного
и орбитального чисел. Однако возможность такого перехода ограничена принципом Паули.
Поэтому электроны в невозбужденном атоме
находятся в таких состояниях, при которых
энергия атома является наименьшей, но
распределение по состояниям удовлетворяет
принципу Паули.

Установим теперь, сколько электронов может находится на оболочке и в атоме.

Т.к. число ms может иметь два значения, то в
атоме может быть два электрона с одинаковыми числами n, l, m.
При заданном l квантовое число m может иметь
(2 l +1) значений, следовательно, на оболочке может быть 2(2 l +1) электронов, т.е.
l
0
1
2
3
4
5
6
Название
s
p
d
f
g
h
i
Макс. число
электронов
2
6
10
14
18
22
26

При заданном n квантовое число l может принимать n значений: 0, 1, 2, …, n -1. Поэтому максимальное число электронов в слое можно выразить суммой арифметической прогрессии:
2 2(2(n 1) 1)
2
2(2l 1)
n 2n (17.1)
2
l 0
n 1
n
1
2
3
4
5
6
7
Название
K
L
M
N
O
P
Q
Макс. число
электронов
2
8
18
32
50
72
98

Графические изображения электронных s-, p- и d-оболочек

Графические
изображения
электронных
s-, p- и dоболочек

Графическое изображение 4f-оболочки

Схематические изображения электронных оболочек

Вид электронных оболочек

Конфигурация электронных оболочек атомов записывается с помощью следующих обозначений. Каждая оболочка обозначается соответствующим n и буквой, обозначающей l, а индексом справа вверху обозначается число электронов. Например:
Водород
1s1
Гелий
1s2
Литий
1s22s1
Углерод
1s22s22p2
Кислород
1s22s22p4
Аргон
1s22s22p63s23p6

Итак, принцип Паули дает следующую картину построения электронной оболочки атомов. Каждый
вновь присоединяемый электрон связывается в
состоянии с наименьшими возможными квантовыми числами. Эти электроны постепенно заполняют
слой с одним и тем же главным квантовым числом
n. Когда построение слоя заканчивается, получается устойчивая структура (инертный газ). Следующий электрон начинает заполнение уже нового
слоя и т.д. Эта идеальная схема соблюдается до
18 элемента таблицы Менделеева (до аргона).
Начиная с 19-го элемента (калия) наблюдаются отступления от идеальной схемы. Причина этих отступлений заключается в том, что идеальная схема
не учитывает взаимодействия электронов между
собой.

Например, 19-ый электрон калия должен (согласно идеальной схеме) находиться в 3d-оболочке. Однако химические и спектроскопические
данные указывают на то, что этот электрон находится в 4s-оболочке. Детальный расчет с
учетом взаимодействия электронов показывает, что состояние 3d действительно отвечает
большей энергии, чем 4s.

По этой же причине 20-ый электрон кальция тоже
присоединяется в 4s-состояние, а нормальное заполнение 3d-оболочки начинается у скандия. Аналогичное нарушение нормального порядка наблюдается у рубидия, цезия, франция. Другое отступление
от нормального порядка заполнения слоев имеет
место у редких земель (Z = 57 - 70): идет заполнение
4f-оболочки после заполнения оболочек 5s, 5p и 6s.

Еще несколько примеров конфигураций электронных оболочек атомов:
19 Калий
1s22s22p63s23p64s1 = 4s1
20 Кальций
4s2
36 Криптон
4s23d102p6
37 Рубидий
4s23d102p65s1 = 5s1
43 Технеций
5s14d6
54 Ксенон
5s24d105p6
55 Цезий
6s1
56 Барий
6s2
57 Лантан
6s25d1
71 Лютеций
6s25d14f14
86 Радон
6s25d104f146p6

Таким образом, атомная физика полностью объяснила периодическую таблицу элементов. Причем
теория не только объяснила, но и уточнила таблицу. До 1922г. элемент Z=72 не был известен. Он
был предсказан Менделеевым, и ему было оставлено место в группе редких земель. Однако по теоретическим соображениям, группа редких земель
должна содержать 14 элементов (т.к. на 4f оболочке может находиться 14 электронов), т.е. должна
заканчиваться 71-м элементом, а элемент Z=72
должен быть аналогом циркония и титана. На это
впервые указал Н. Бор, и вскоре элемент 72 (гафний) был открыт в циркониевых рудах и по своим
химическим и оптическим свойствам оказался аналогом титана и циркония, а не элементов группы
редких земель.

Недостатки короткой формы таблицы

Из-за того, что короткая таблица ограничена 8-ю
столбцами, приходится подразделять 4-й и следующие периоды на ряды и подгруппы, что лишено
химического смысла. Например, в I группе находятся щелочные металлы и резко отличающиеся
от них по химическим свойствам золото, серебро и
медь. В VII группе находятся галогены и тугоплавкий металл рений. Максимально противоречива
структура VIII группы. В нее включена "триада" железа (Fe, Co, Ni), семейство платиновых металлов
(Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) и инертные газы. Имеются и
другие недостатки.

Длинная форма таблицы

В 1989 году Международный союз теоретической и
прикладной химии (International Union of Pure and
Applied Chemistry - IUPAC, ИЮПАК) отменил короткую форму и утвердил новую "длинную" форму. Она состоит из 18 групп, обозначенных арабскими цифрами. Но чтобы сохранить преемственность, параллельно новым номерам групп записаны старые номера римскими цифрами с указанием
подгрупп (а, б), как в короткой форме. При этом fэлементы (лантаноиды и актиноиды) остались в
третьей группе, и для них, как и раньше, выделены отдельные строки.

"Длин-ная" фор-ма таб-лицы, 2004г

"Длинная"
форма
таблицы,
2004г

Перио-дическая система элемен-тов, предло-женная Н.Бором в 1921г

Периодическая
система
элементов,
предложенная
Н.Бором
в 1921г

Перио-дическая система, предло-женная Н.Бором, и дополнен-ная новыми элементами

Периодическая
система,
предложенная
Н.Бором, и
дополненная новыми
элементами

Состав атомных ядер

Ядра состоят из протонов и нейтронов. Электрический заряд протона e = 1.6·10-19 Кл, у нейтрона электрический заряд равен 0. Массы протона и нейтрона почти одинаковы:
mp = 1.6724·10-27кг = 938.3 Мэв,
mn = 1.6748·10-27кг = 939.6 Мэв
mn - mp = 1.3 Мэв
Свойства протона и нейтрона по отношению к ядерным силам одинаковы; современная физика считает их двумя состояниями одной частицы: нуклона. Сумма протонов и нейтронов в ядре (т.е. число
нуклонов) называется массовым числом:
A=Z+N

В настоящее время известно (существуют в природе
или получены искусственно) ок. 3000 ядер с различными значениями Z и A, из них стабильных 268
и 17 "долгоживущих" (долгоживущими называются
радиоактивные ядра, период полураспада которых
больше, чем 5·108лет, и поэтому они есть в природе). Всего стабильных и долгоживущих ядер 285;
остальные ядра - радиоактивные, их более 2700.
Число протонов Z равно порядковому номеру элемента в таблице Д.И.Менделеева. В настоящее
время известны ядра со значениями Z от 0 до 118.
Число нейтронов N может быть различным; ядра с
одинаковыми числами протонов, но разными числами нейтронов, называются изотопами.

Большинство элементов имеют по несколько стабильных изотопов, рекорд принадлежит олову
(Z=50), у которого 10 стабильных изотопов.
Но некоторые элементы (их 24) имеют только по одному стабильному изотопу, а элементы с номерами Z = 43 (технеций), Z = 61 (прометий), а также
все, элементы, начиная с Z = 84 (полоний), не имеют ни одного стабильного изотопа.
Примеры изотопов:
Общее обозначение: AXZ , где X - символ химического элемента. Иногда пишут так: ZA X.
Водород имеет 2 стабильных изотопа (они есть в
природе): 1H1 (легкий водород, протий) и 2H1 (тяжелый водород, дейтерий), а также радиоактивный
изотоп 3H1 (сверхтяжелый водород, тритий).

Другие примеры изотопов:
Гелий имеет 2 стабильных изотопа (они также есть в
природе): 4He2 (обычный гелий) и 3He2 (легкий гелий). Искусственно получены короткоживущие (доли секунды) изотопы 6He2, 8He2, 10He2.
Уран имеет 2 нестабильных, но долгоживущих изотопа (есть в природе): 238U92 (99.3%) и 235U92 (0.7%).
Искусственно получены еще 12 изотопов с временами жизни от 2.5·105лет до нескольких минут.
Ядра с одинаковыми массовыми числами A (но разными Z и N) называются изобарами. Например:
Радиоактивный сверхтяжелый водород тритий 3H1 и
стабильный легкий гелий 3He2.
Радиоактивный углерод-14 ("радиоуглерод") 14C6 и
стабильный азот 14N7.

Искусственные химические элементы

До 1937г оставались неизвестными 4 элемента до
урана: с номерами Z = 43, 61, 85, 87. В 1937г итальянские физики К.Перрье (C.Perrier) и Э.Сегре (E.Segre), работавшие на циклотроне в г. Беркли (США),
облучая молибден дейтронами (ядрами дейтерия)
получили элемент №43, названный технецием:
2
H1 Mo42 Tc43 n
98
99
Для определения химических свойств технеция его
растворили в царской водке, и обнаружили, что он
не осаждается с цирконием, ниобием и молибденом,
а осаждается с марганцем и рением, которые, следовательно, являются химическими гомологами технеция, причем в периодической таблице один из них
находится выше технеция, а другой ниже.

Технеций (Technetium, Tc)

В настоящее время известно 16 изотопов технеция с
массовыми числами от 92 до 107. Наиболее долгоживущие из них: 98Tc43 (T1/2=4.2·106 лет) и 99Tc43 (T1/2=
2.1·105 лет). Позднее технеций в ничтожных количествах был обнаружен в урановых рудах, где он образуется при делении ядер урана. В свободном виде это
серебристо-серый металл, ρ = 11.5 г/см3, Тпл = 2172оС.
Используется как источник бета-частиц в различных
приборах, а также в медицине. Установлено также,
что соли технециевой кислоты (например, KTcO4) являются высокоэффективными ингибиторами коррозии. В количествах, достаточных для практического
использования, технеций получают из отходов атомной промышленности.

Франций

Элемент №87 был обнаружен в 1939 году французским радиохимиком Маргаритой Перей (Marguerite
Perey) в продуктах распада природного радиоактивного изотопа актиния-227:
227
Ac89
223
Fr87 He2
4
В настоящее время известно 34 изотопа франция с
массовыми числами от 199 до 232. Наиболее долгоживущий из них: 223Fr87 (T1/2=22 минуты). Он испытывает альфа- и бета-распады, при этом образуются
соответственно астат-219 и радий-223. В ядерной реакции 18O8 + 197Au79 → 210Fr87 + 5n получают изотоп
210Fr (T =3 минуты). Он испытывает альфа-распад,
87
1/2
при этом образуется астат-206.

Франций

Франций - первый элемент 7-го периода таблицы
Д.И.Менделеева и самый химически активный щелочной металл. Формула его электронной оболочки 7s1.
В настоящее время изотоп франция-223 используют
в радиохимических определениях актиния-227, т.к.
его бета-излучение легче регистрировать, чем
альфа-частицы актиния. Других практических применений франций и его соли не имеют в связи с
малым периодом полураспада. М.Перей пыталась
применить франций в медицине. Ей далось обнаружить, что франций накапливается в клетках ра-ковых
опухолей, но из-за быстрого распада не ус-певает
оказать терапевтическое действие.

Астат (Astatium, At)

Элемент №85 был получен в 1940 году (Д.Корсон,
К.Р.Маккензи, Э.Сегре, Калифорнийский университет в Беркли) в реакции:
4He
209Bi → 211At + 2n
+
2
83
85
В настоящее время известно 37 изотопов астата с
массовыми числами от 191 до 229. Наиболее долгоживущие из них: 209At85 (T1/2=5.5 часа), 210At85 (T1/2 =
8.3 часа) и 211At85 (T1/2=7.2 часа); они испытывают
альфа-распады и e-захваты, при этом образуются
соответственно висмут и полоний.
Гомологом астата является йод. Астат - предпоследний элемент 6-го периода; за ним следует инертный газ радон. Формула электронной оболочки астата 4f145d106s26p5.

Применение астата

Изотоп астат-211 считается перспективным для применения в медицине. Это чистый (т.е. без сопровождающего гамма- или бета-излучения) источник
альфа-частиц. При его распаде образуются альфа
-частицы, с энергией 6,8 МэВ. Длина их пробега в
биологических тканях составляет всего 60 мкм, поэтому при локализации астата в опухоли ионизация происходит в малом объёме, и окружающие
ткани не страдают от его радиоизлучения. Астат
считается эффективным средством лечения щитовидной железы, т.к. подобно йоду, может накапливаться в этом органе, а также меланомы (одного из
наиболее злокачественных новообразований).

Прометий (Prometium, Pm)

В 1945г американские химики Д.Маринский (J.Marinsky), Л.Гленденин (L.Glendenin) и Ч.Кориэлл (C.Coryell) с помощью ионообменных смол выделили 61й элемент из продуктов деления урана. R 1950-му
году химические свойства этого элемента были
исследованы, и комиссия IUPAC присвоила этому
элементу название прометий (в честь мифического героя Прометея).
В настоящее время известно 14 изотопов прометия с
массовыми числами от 140 до 154. Наиболее долгоживущий из них: 145Pm61 (T1/2=18 лет).
Прометий является одним из лантаноидов, и по химическим свойствам от них не отличается. Формула его электронной оболочки 6s24f5.

Применение прометия

Металлический прометий имеет гексагональную кристаллическую структуру, плотность 7.3г/см3, температура плавления ок.1100оС, кипения ок.3000оС.
Наибольшее практическое значение имеет бетаактивный изотоп 147Pm61 (T1/2=2.6 года), который образуется в ядерных реакторах. Его распад не сопровождается гамма-излучением, поэтому его используют для производства безопасных радиоизотопных источников тока, где он применяется в виде оксида Pm2O3, а также как компонент световых
составов радиолюминофоров (люминесцентных
составов, которые светятся под действием бетачастиц) длительного действия (несколько лет).

Первые трансурановые элементы: нептуний и плутоний

Эти элементы получают в результате реакции
радиационного захвата нейтрона ядрами ура238
239
на-238:
n
U 92
U 92
239
Np93 e e
(23мин)
Np93
239
Pu94 e e
(2.3дня)
239
239
U 92
Это тяжелые металлы с плотностью ок. 20 г/см3 и
температурой плавления ок. 640оС. Их физические и химические свойства изучены так же
хорошо, как и естественных элементов.

Нептуний и плутоний получили свои названия по
аналогии с названиями планет Солнечной системы: Нептун и Плутон, которые расположены за
Ураном. Нептуний впервые получили Э.Макмиллан (McMillan E.) и Ф.Абельсон (Abelson Ph.) в национальной лаборатории им. Э.Лоуренса в г. Беркли (США) в 1940 году. В той же лаборатории, в том
же 1940 году Э.Макмиллан и Г.Сиборг (Seaborg G.)
получили плутоний (нобелевская премия по химии
1951г). Для изучения физических и химических
свойств этих элементов к 1942 году ценой больших усилий удалось получить ок. 0.5 мг солей этих
элементов. В настоящее время изотоп 239Pu94 производится в количествах, измеряемых десятками
тонн в год.

В настоящее время известно 15 изотопов нептуния,
наиболее долгоживущий среди них изотоп 237Np93
(T1/2 =2.14·106 лет).
У плутония известно 20 изотопов, наиболее долгоживущий среди них изотоп 244Pu94 (T1/2=8.2·107 лет).
Изотоп 239Pu94 имеет T1/2 = 24100 лет.
По строению электронной оболочки атома и по своим химическим свойствам оба эти элемента относятся к актиноидам (идет заполнение 5f-оболочки
при заполненных 6s-, 6p- и 7s- оболочках). В свободном виде это серебристо-белые металлы, температура плавления ок. 640оС, кипения ок. 3500оС.
Как и все тяжелые металлы, эти элементы очень
токсичны, как в свободном виде, так и в виде химических соединений.

Америций
После того, как было накоплено достаточное количество плутония-239, появилась возможность получения следующих трансурановых элементов.
95-й элемент был получен в 1944 г также в лаборатории им. Э.Лоуренса в г. Беркли (США) группой
американских физиков под рук. Г.Сиборга в результате двух реакций захвата нейтрона ядрами
плутония и бета-распада плутония-241:
n
239
Pu94
240
Pu94
n 240 Pu94 241Pu94
241
Pu94
241
Am95 e e

Назван в честь страны открытия, латинское название Americium (Am). В настоящее время известно
11 изотопов америция, наиболее долгоживущий
среди них изотоп 243Am95 (T1/2 = 7370 лет).
По строению электронной оболочки атома и по своим химическим свойствам относится к актиноидам.
В свободном виде это серебристый металл, температура плавления ок. 1180оС, кипения 2070оС,
плотность 13.7 г/см3.
Применяется для изготовления нейтронных источников (в смеси с бериллием). Сообщалось также, что
некоторые изотопы америция имеют малую критическую массу, и могут использоваться для создания тактического ядерного оружия ("ядерных снарядов" и "ядерных пуль").

Кюрий
96-й элемент также был получен в 1944 г в той же
лаборатории в США той же группой физиков под
рук. Г.Сиборга в результате реакции
4
He2
239
Pu94
Cm96 n
242
Назван в честь Пьер Кюри и Марии Склодовской-Кюри, латинское название Curium (Cm). В настоящее
время известно 14 изотопов кюрия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 247Cm96 (T1/2 = 1.6·107
лет). По строению атома и по химическим свойствам относится к актиноидам. В свободном виде
это серебристо-белый металл, температура плавления ок. 1345оС, кипения 3200оС, плотность 13.5
г/см3. Применяется для изготовления компактных
источников тока в космонавтике.

Берклий
После накопления достаточного количества америция, в 1949 году в той же лаборатории в США под
рук. Г.Сиборга был получен 97-й элемент в результате реакции
4
241
243
He2
Am95
Bk97 2n
названный в честь города Беркли (Berkeley), латинское название Berkelium (Bk). В настоящее время
известно 10 изотопов берклия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 247Bk97 (T1/2 = 1380 лет). По
строению атома и по химическим свойствам относится к актиноидам. Температура плавления
986оС, кипения 2585оС, плотность 14.8 г/см3. Применяется, так же, как и кюрий, для изготовления
компактных источников тока в космонавтике.

Калифорний
После накопления достаточного количества кюрия, в
1950 году в США под рук. Г.Сиборга был получен
98-й элемент в результате реакции
4
He2 242Cm96 245Cf98 n
Латинское название Californium (Cf). Сейчас известно 15 изотопов калифорния, наиболее долгоживущий среди них изотоп 251Cf98 (T1/2 = 900 лет). По
строению атома относится к актиноидам. Температура плавления 900оС, плотность 15.1 г/см3.
Практическое значение имеет 252Cf98 (T1/2 = 2.6 г),
который является мощным источником нейтронов
(3·1012 нейтронов на 1 г 252Cf98). Возможно также
использование 251Cf98 для изготовления компактных ядерных пуль (критическая масса 10г).

Эйнштейний и Фермий
99-й и 100-й элементы открыли американские физики А.Гиорсо (A.Ghiorso), С.Томпсон (S.G.Thompson) и Г.Хиггинс (G.H.Higgins) в 1952г при анализе
продуктов взрыва водородной бомбы. В момент
взрыва за время 10-7с образуется 1024 нейтронов,
поэтому ядро урана успевает захватить сразу 1517 нейтронов, а дальше в результате цепочки бета-распадов образуются 99-й и 100-й элементы:
U 92 15n
238
U 92 ...
253
253
Es99
U 92 17n 255U 92 ... 255 Fm100
238
Названия даны в честь А.Эйнштейна и Э.Ферми. Латинские названия: Einsteinium (Es) и Fermium (Fm).

Позднее эти элементы были также получены по традиционной схеме, облучением ядер берклия и калифорния альфа-частицами.
В настоящее время известно 13 изотопов эйнштейния и 16 изотопов фермия. Наиболее долгоживущие среди них: изотоп 254Es99 (T1/2 = 276 дней) и
257Fm
100 (T1/2 = 94 дня).
По строению атома и по химическим свойствам оба
эти элемента относятся к тяжелым актиноидам
(почти заполнена 5f-оболочка: у эйнштейния 11
электронов, у фермия 12 электронов на 5f-оболочке при заполненных 6s-, 6p- и 7s- оболочках).
Мишени, содержащие атомы эйнштейния и фермия,
использовались для получения следующих трансурановых элементов.

Менделевий
После того, как было накоплено достаточное количество атомов эйнштейния, в 1955 году в той же лаборатории в США, что и предыдущие трансурановые элементы (рук. Г.Сиборг) был получен 101-й
элемент в реакции:
4
He2
253
Es99
256
Md101 n
Название дано в честь Д.И.Менделеева, латинское
название Mendelevium (Md).
По строению атома менделевий относится к тяжелым актиноидам: 13 электронов на 5f-оболочке
при заполненных 6s-, 6p- и 7s- оболочках. Сейчас
известно 9 изотопов менделевия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 258Md101 (T1/2 = 55 дней).

Нобелий, Nobelium (No)
Впервые о синтезе 102-го элемента сообщила в 1957
г международная группа физиков, работав-ших в
Стокгольме (Швеция), которая и назвала его в
честь А.Нобеля. Однако в дальнейшем это открытие не подтвердилось. В 1958 г группа Г.Сиборга объявила об открытии 254No102, однако свойства
этого изотопа были определены с большой погрешностью.
В 1961 г в России, в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковном г. Дубна был построен ускоритель тяжелых ионов: циклотрон У-400, на котором в 1963-1966 гг под рук.
Г.Н.Флерова были получены надежные сведения
об этом элементе.

У-400

Ускоритель тяжелых ионов Дубненский циклотрон
У-400

102-й элемент был получен в 3-х реакциях:
15
N7 243 Am95 254 No102 4n
16
O8 242 Pu94 254 No102 4n
22
Ne10
U 92
238
256
No102 4n
В настоящее время известно 10 изотопов нобелия,
наиболее долгоживущий среди них изотоп 259No102
(T1/2 = 58 минут).
Нобелий является последним элементом группы актиноидов: у него полностью заполнена 5f-оболочка
(14 электронов), а также заполнены 6s-, 6p- и 7sоболочки.

Лоуренсий, Lawrencium (Lr)
Впервые о синтезе ядер 103-го элемента в 1961 г сообщил А.Гиорсо (лаборатория в Беркли). Название дано в честь американского физика Эрнеста
Лоуренса, создателя циклотрона (нобелевская
премия 1939г). В 1965-1967 гг Г.Н.Флеров в Дубненской лаборатории ОИЯИ получил 103-й элемент в реакции 18
243
256
O8
Am95
Lr103 5n
и исследовал свойства этого элемента. Сейчас известны 9 изотопов лоуренсия, наиболее долгоживущий среди них изотоп 260Lr103 (T1/2 = 3 минуты).
По современным уточненным данным Лоуренсий является уже d-элементом, т.к. с него начинается заполнение d-оболочки (1 электрон на 6d-оболочке).

Резерфордий (Rf)
С 60-х гг прошлого века, после того, как был построен У-400, дубненская лаборатория получила возможность на-равных соревноваться в синтезе трансурановых элементов с лабораторией в Беркли. Первый изотоп 104-го элемента был получен Г.Н.Флеровым в 1964 г в реакции 22
242
260
Ne10
Pu94
Rf104 4n
Вскоре после этого Г.Сиборг в Беркли получил несколько других изотопов. Сейчас известно 8 изотопов
резерфордия, наиболее долгоживущий среди них
изотоп 261Rf104 (T1/2 = 70 секунд). По химическим свойствам резерфордий является d-элементом, аналогом гафния и циркония (2 электрона на 6d-оболочке). В России 104-й элемент назывался Курчатовий,
но в 1997г ИЮПАК утвердил название Резерфордий

105-й элемент Дубний (Db) впервые получен в 1970 г
в Дубне в реакции
22
Ne10 243 Am95 262 Db105 4n
Сейчас известно 4 изотопа дубния, наиболее долгоживущий среди них изотоп 262Db105 (T1/2=40 секунд).
106-й элемент Сиборгий (Sg) получен в 1974 г в реакции
54
207
259
Cr24
Pb82
Sg106 2n
назван в честь Гленна Сиборга.
107-й элемент Борий (Bh) получен в 1976г в реакции
54
Cr24
209
Bi83
261
Bh107 2n
назван в честь Нильса Бора (N.Bohr).

108-й элемент Хассий (Hs) синтезирован в 1984 г в
лаборатории г. Дармштадт (Германия) в реакции:
58
Fe26 208 Pb82 265 Hs108 n
Назван в честь немецкой земли Гессен (Hassia). Наиболее долгоживущий изотоп 270Hs108 (T1/2 = 22с).
109-й элемент Мейтнерий (Mt) синтезирован там же
в 1982 г в реакции: 58
209
266
Fe26
Bi83
Mt109 n
Назван в честь австрийской ученой Лизе Мейтнер.
Наиболее долгоживущий изотоп 278Mt109 (T1/2 = 7.6с).
110-й элемент Дармштадтий (Ds) синтезирован там
же в 1995г в реакции
62
Ni28
208
Pb82
269
Ds110 n
Наиболее долгоживущий изотоп 281Ds110 (T1/2 = 9.6с).

111-й элемент Рентгений (Rg) синтезирован в 1994 г
в лаборатории г. Дармштадт в реакции:
64
Ni28 209 Bi83 272 Rg111 n
Наиболее долгоживущий изотоп 281Rg111 (T1/2 = 26с).
112-й элемент Коперниций (Cn) синтезирован там же
в 1996 г в реакции:
70
Zn30
208
Pb82
Cn112 n
277
Наиболее долгоживущий изотоп 285Cn112 (T1/2 = 30с).
113-й элемент Нихоний (Nh) синтезирован в 2004г в
Японском исследовательском центре в реакции
48
Ca20
237
Np93
282
Nh113 3n
Японцы называют свою страну Нихон (страна восходящего солнца). Наиболее долгоживущий изотоп
286Nh
113 (T1/2 =19.6с).

114-й элемент Флеровий (Fl) синтезирован в России
в ОИЯИ (г. Дубна) в 1999 г в реакции:
48
Ca20 244 Pu94 288 Fl114 4n
Назван в честь Георгия Николаевича Флерова. Наиболее долгоживущий изотоп 289Fl114 (T1/2 = 2.7с).
115-й элемент Московий (Mc) синтезирован в 2004 г
там же в реакции: 48
243
272
Ca20
Am95
Mc115 2n
Наиболее долгоживущий изотоп 289Mc115 (T1/2 =0.16с).
116-й элемент Ливерморий (Lv) синтезирован в США
в 2000г в исследовательском центре в г. Ливермор
в реакции
48
Ca20 248Cm96 293 Lv116 3n
Наиболее долгоживущий изотоп 293Lv116 (T1/2 = 53мс).

117-й элемент Теннесин (Ts) синтезирован в США в
2010 г в реакции: 48
249
294
Ca20
Bk97
Ts117 3n
Назван в честь штата Теннеси, где в г. Ок-Ридж находится Национальная лаборатория Министерства энергетики США. Наиболее долгоживущий изотоп 294Ts117 (T1/2 = 51мс).
118-й элемент Оганесон (Og) синтезирован в России
в ОИЯИ (г. Дубна) в 2006 г в реакции:
86
Kr36 208 Pb82 293Og118 n
Назван в честь Юрия Цолаковича Оганесяна. Пока
известен один изотоп, T1/2=0.89мс. Оганесон завершает седьмой период таблицы Менделеева, по химическим свойствам он должен быть аналогом инертных газов, отсюда название ("он", а не "ий").

Зависимость энергии связи ядра от параметра деформации

Пунктирная кривая соответствует Z2/A > 49, т.е.
Z > 125, A > 320.
Для сплошной кривой
Z2/A < 49.
Оценки с помощью капельной модели ядра показывают, что ядро с числом
протонов Z > 125, должно "мгновенно" (за ядерное
время 5·10-22 с) разделиться на осколки, т.е. периодическая таблица Менделеева должна закончиться в районе 125-го элемента.

Зависимость T1/2
спонтанного деления от параметра
Z2/A. Белые кружочки - экспериментальные данные; пересекающая рисунок сплошная кривая рассчитана по капельной модели
ядра.
(10-6 года = 31.5с)

Из 26 известных в настоящее время трансурановых элементов 24 не встречаются на нашей планете. Они были созданы человеком. Как же синтезируют тяжелые и сверхтяжелые элементы?
Первый список из тридцати трех предполагаемых элементов, «Таблицу субстанций, принадлежащих всем царствам природы, которые могут считаться простейшими составными частями тел», опубликовал Антуан Лоран Лавуазье в 1789 году. Вместе с кислородом, азотом, водородом, семнадцатью металлами и еще несколькими настоящими элементами в нем фигурировали свет, теплород и некоторые окислы. А когда 80 лет спустя Менделеев придумал Периодическую систему, химики знали 62 элемента. К началу XX века считалось, что в природе существуют 92 элемента - от водорода до урана, хотя некоторые из них еще не были открыты.Тем не менее уже в конце XIX века ученые допускали существование элементов, следующих в таблице Менделеева за ураном (трансуранов), но обнаружить их никак не удавалось. Сейчас известно, что в земной коре содержатся следовые количества 93-го и 94-го элементов - нептуния и плутония. Но исторически эти элементы сначала получили искусственно и лишь потом обнаружили в составе минералов.
Из 94 первых элементов у 83 имеются либо стабильные, либо долгоживущие изотопы, период полураспада которых сравним с возрастом Солнечной системы (они попали на нашу планету из протопланетного облака). Жизнь остальных 11 природных элементов много короче, и потому они возникают в земной коре лишь в результате радиоактивных распадов на краткое время. А как же все остальные элементы, от 95-го до 118-го? На нашей планете их нет. Все они были получены искусственным путем.
Первый искусственный
Создание искусственных элементов имеет долгую историю. Принципиальная возможность этого стала понятна в 1932 году, когда Вернер Гейзенберг и Дмитрий Иваненко пришли к выводу, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Два года спустя группа Энрико Ферми попыталась получить трансураны, облучая уран медленными нейтронами. Предполагалось, что ядро урана захватит один или два нейтрона, после чего претерпит бета-распад с рождением 93-го или 94-го элементов. Они даже поспешили объявить об открытии трансуранов, которые в 1938 году в своей Нобелевской речи Ферми назвал аусонием и гесперием. Однако немецкие радиохимики Отто Ган и Фриц Штрассман вместе с австрийским физиком Лизой Мейтнер вскоре показали, что Ферми ошибся: эти нуклиды были изотопами уже известных элементов, возникшими в результате расщепления ядер урана на пары осколков приблизительно одинаковой массы. Именно это открытие, совершенное в декабре 1938 года, сделало возможным создание ядерного реактора и атомной бомбы.Первым же синтезированным элементом стал вовсе не трансуран, а предсказанный еще Менделеевым экамарганец. Его искали в различных рудах, но безуспешно. А в 1937 году экамарганец, позднее названный технецием (от греческого??? - искусственный) был получен при обстреле молибденовой мишени ядрами дейтерия, разогнанными в циклотроне Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Легкие снаряды
Элементы с 93-го до 101-го были получены при взаимодействии ядер урана либо следующих за ним трансуранов с нейтронами, дейтронами (ядрами дейтерия) или альфа-частицами (ядрами гелия). Первого успеха здесь добились американцы Эдвин Макмиллан и Филип Эйбелсон, которые в 1940 году синтезировали нептуний-239, отработав идею Ферми: захват ураном-238 медленных нейтронов и последующий бета-распад урана-239.Следующий, 94-й элемент - плутоний - впервые обнаружили при изучении бета-распада нептуния-238, полученного дейтронной бомбардировкой урана на циклотроне Калифорнийского университета в Беркли в начале 1941 года. А вскоре стало понятно, что плутоний-239 под действием медленных нейтронов делится не хуже урана-235 и может служить начинкой атомной бомбы. Поэтому все сведения о получении и свойствах этого элемента засекретили, и статья Макмиллана, Гленна Сиборга (за свои открытия они разделили Нобелевскую премию 1951 года) и их коллег с сообщением о втором трансуране появилась в печати лишь в 1946 году.Американские власти почти на шесть лет задержали и публикацию об открытии 95-го элемента, америция, который в конце 1944 года был выделен группой Сиборга из продуктов нейтронной бомбардировки плутония в ядерном реакторе. Несколькими месяцами ранее физики из этой же команды получили первый изотоп 96-го элемента с атомным весом 242, синтезированный при бомбардировке урана-239 ускоренными альфа-частицами. Его назвали кюрием в знак признания научных заслуг Пьера и Марии Кюри, открыв тем самым традицию наименования трансуранов в честь классиков физики и химии.60-дюймовый циклотрон Калифорнийского университета стал местом сотворения еще трех элементов, 97-го, 98-го и 101-го. Первые два назвали по месту рождения - берклием и калифорнием. Берклий был синтезирован в декабре 1949 года при обстреле альфа-частицами мишени из америция, калифорний - двумя месяцами позже при такой же бомбардировке кюрия. 99-й и 100-й элементы, эйнштейний и фермий, были обнаружены при радиохимическом анализе проб, собранных в районе атолла Эниветок, где 1 ноября 1952 года американцы взорвали десятимегатонный термоядерный заряд «Майк», оболочка которого была изготовлена из урана-238. Во время взрыва ядра урана поглощали до пятнадцати нейтронов, после чего претерпевали цепочки бета-распадов, которые и вели к образованию этих элементов. 101-й элемент, менделевий, был получен в начале 1955 года. Сиборг, Альберт Гиорсо, Бернард Харви, Грегори Чоппин и Стэнли Томсон подвергли альфа-частичной бомбардировке около миллиарда (это очень мало, но больше просто не было) атомов эйнштейния, электролитически нанесенных на золотую фольгу. Несмотря на чрезвычайно высокую плотность пучка (60 трлн альфа-частиц в секунду), было получено лишь 17 атомов менделевия, но при этом удалось установить их радиационные и химические свойства.
Тяжелые ионы
Менделевий стал последним трансураном, полученным с помощью нейтронов, дейтронов или альфа-частиц. Для получения следующих элементов требовались мишени из элемента номер 100 - фермия, которые тогда было невозможно изготовить (даже сейчас в ядерных реакторах фермий получают в нанограммовых количествах).Ученые пошли другим путем: использовали для бомбардировки мишеней ионизированные атомы, чьи ядра содержат более двух протонов (их называют тяжелыми ионами). Для разгона ионных пучков потребовались специализированные ускорители. Первую такую машину HILAC (Heavy Ion Linear Accelerator) запустили в Беркли в 1957 году, вторую, циклотрон У-300 - в Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне в 1960-м. Позднее в Дубне заработали и более мощные установки У-400 и У-400М. Еще один ускоритель UNILAC (Universal Linear Accelerator) с конца 1975 года действует в немецком Центре по исследованию тяжелых ионов имени Гельмгольца, в Виксхаузене, одном из районов Дармштадта.В ходе бомбардировок тяжелыми ионами мишеней из свинца, висмута, урана или трансуранов возникают сильно возбужденные (горячие) ядра, которые либо разваливаются, либо сбрасывают избыточную энергию посредством испускания (испарения) нейтронов. Иногда эти ядра испускают один-два нейтрона, после чего претерпевают и другие превращения - например, альфа-распад. Такой тип синтеза называется холодным. В Дармштадте с его помощью получили элементы с номерами от 107 (борий) до 112 (коперниций). Этим же способом в 2004 году японские физики создали один атом 113-го элемента (годом ранее он был получен в Дубне). При горячем синтезе новорожденные ядра теряют больше нейтронов - от трех до пяти. Этим способом в Беркли и в Дубне синтезировали элементы со 102-го (нобелий) до 106-го (сиборгий, в честь Гленна Сиборга, под руководством которого было создано девять новых элементов). Позднее в Дубне таким путем изготовили шесть самых массивных сверхтяжеловесов - с 113-го по 118-й. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry) пока утвердил лишь имена 114-го (флеровий) и 116-го (ливерморий) элементов.
Всего три атома
118-й элемент с временным названием унуноктий и символом Uuo (по правилам IUPAC, временные имена элементов образуются от латинских и греческих корней названий цифр их атомного номера, un-un-oct (ium) - 118) был создан совместными усилиями двух научных групп: дубнинской под руководством Юрия Оганесяна и Ливерморской национальной лаборатории под руководством Кентона Муди, ученика Сиборга. Унуноктий в таблице Менделеева расположен под радоном и поэтому может быть благородным газом. Однако его химические свойства пока выяснить не удалось, поскольку физики создали лишь три атома этого элемента с массовым числом 294 (118 протонов, 176 нейтронов) и периодом полураспада около миллисекунды: два в 2002 году и один в 2005-м. Их получили бомбардировкой мишени из калифорния-249 (98 протонов, 151 нейтрон) ионами тяжелого изотопа кальция с атомной массой 48 (20 протонов и 28 нейтронов), разогнанными на ускорителе У-400. Общее число кальциевых «пуль» составило 4,1х1019, так что производительность дубнинского «унуноктиевого генератора» крайне мала. Однако, по словам Кентона Муди, У-400 - единственная в мире машина, на которой можно было синтезировать 118-й элемент.«Каждая серия опытов по синтезу трансуранов добавляет новую информацию о структуре ядерной материи, которую используют для моделирования свойств сверхтяжелых ядер. В частности, работы по синтезу 118-го элемента позволили отбросить несколько прежних моделей, - вспоминает Кентон Муди. - Мы сделали мишень из калифорния, поскольку более тяжелые элементы в нужных количествах были недоступны. Кальций-48 содержит восемь добавочных нейтронов по сравнению со своим основным изотопом кальцием-40. При слиянии его ядра с ядром калифорния образовывались ядра со 179 нейтронами. Они находились в сильно возбужденных и поэтому особо нестабильных состояниях, из которых быстро выходили, сбрасывая нейтроны. В результате мы получили изотоп 118-го элемента со 176 нейтронами. И это были настоящие нейтральные атомы с полным набором электронов! Живи они чуть подольше, можно было бы судить и об их химических свойствах».
Мафусаил номер 117
Элемент 117, он же унунсептий, был получен позже - в марте 2010 года. Этот элемент был рожден на той же машине У-400, где, как и раньше, обстреливали ионами кальция-48 мишень из берклия-249, синтезированного в Окриджской национальной лаборатории. При столкновении ядер берклия и кальция возникали сильно возбужденные ядра унунсептия-297 (117 протонов и 180 нейтронов). Экспериментаторам удалось получить шесть ядер, пять из которых испарили по четыре нейтрона и превратились в унунсептий-293, а оставшееся испустило три нейтрона и дало начало унунсептию-294.В сравнении с унуноктием унунсептий оказался настоящим Мафусаилом. Период полураспада более легкого изотопа - 14 миллисекунд, а более тяжелого - целых 78 миллисекунд! В 2012 году дубнинские физики получили еще пять атомов унунсептия-293, позже - несколько атомов обоих изотопов. Весной 2014 года ученые из Дармштадта сообщили о синтезе четырех ядер 117-го элемента, два из которых имели атомную массу 294. Период полураспада этого «тяжелого» унунсептия, измеренный немецкими учеными, составил около 51 миллисекунды (это хорошо согласуется с оценками ученых из Дубны).Сейчас в Дармштадте готовят проект нового линейного ускорителя тяжелых ионов на сверхпроводящих магнитах, который позволит провести синтез 119-го и 120-го элементов. Аналогичные планы осуществляют и в Дубне, где строится новый циклотрон ДС-280. Не исключено, что всего через несколько лет станет возможным синтез новых сверхтяжелых трансуранов. И сотворение 120-го, а то и 126-го элемента со 184 нейтронами и открытие острова стабильности станут реальностью.
Долгая жизнь на острове стабильности
Внутри ядер существуют протонные и нейтронные оболочки, в чем-то похожие на электронные оболочки атомов. Ядра с полностью заполненными оболочками особо устойчивы по отношению к спонтанным превращениям. Числа нейтронов и протонов, соответствующих таким оболочкам, называются магическими. Некоторые из них определены экспериментально - это 2, 8, 20 и 28. Оболочечные модели позволяют вычислить «магические числа» сверхтяжелых ядер и теоретически - правда, без полной гарантии. Есть основания ожидать, что нейтронное число 184 окажется магическим. Ему могут соответствовать протонные числа 114, 120 и 126, причем последнее опять-таки должно быть магическим. Если это так, то изотопы 114-го, 120-го и 126-го элементов, содержащие по 184 нейтрона, будут жить куда дольше своих соседей по таблице Менделеева - минуты, часы, а то и годы (эту область таблицы принято называть островом стабильности). Самые большие надежды ученые возлагают на последний изотоп с дважды магическим ядром.
Дубнинский метод

При попадании тяжелого иона в область ядерных сил мишени может образоваться составное ядро в возбужденном состоянии. Оно либо распадается на осколки примерно равной массы, либо испускает (испаряет) несколько нейтронов и переходит в основное (невозбужденное) состояние.
«Элементы со 113-го по 118-й созданы на основе замечательного метода, разработанного в Дубне под руководством Юрия Оганесяна, - объясняет участник дармштадской команды Александр Якушев. - Вместо никеля и цинка, применявшихся для обстрела мишеней в Дармштадте, Оганесян взял изотоп с куда меньшей атомной массой - кальций-48. Дело в том, что использование легких ядер повышает вероятность их слияния с ядрами мишени. Ядро кальция-48 к тому же дважды магическое, поскольку сложено из 20 протонов и 28 нейтронов. Поэтому выбор Оганесяна сильно способствовал выживанию составных ядер, возникающих при обстреле мишени. Ведь ядро может сбросить несколько нейтронов и дать начало новому трансурану только в том случае, если оно сразу после рождения не разваливается на осколки. Чтобы синтезировать таким образом сверхтяжелые элементы, дубнинские физики делали мишени из наработанных в США трансуранов - сначала плутония, потом америция, кюрия, калифорния и, наконец, берклия. Кальция-48 в природе всего 0,7%. Его извлекают на электромагнитных сепараторах, это дорогая процедура. Один миллиграмм этого изотопа стоит около $200. Этого количества хватает на час-другой обстрела мишени, а эксперименты длятся месяцами. Сами мишени еще дороже, их цена достигает миллиона долларов. Оплата счетов за электричество тоже встает в копеечку - ускорители тяжелых ионов потребляют мегаваттные мощности. В общем, синтез сверхтяжелых элементов - удовольствие не из дешевых».

Синтези́рованные (иску́сственные) хими́ческие эле́менты - элементы, впервые идентифицированные как продукт искусственного синтеза. Часть из них (тяжёлые трансурановые элементы, все трансактиноиды), по-видимому, отсутствует в природе; другие элементы впоследствии были обнаружены в следовых количествах в земной коре (технеций, прометий, астат, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний), в фотосферах звёзд (технеций и, возможно, прометий), в оболочках сверхновых (калифорний и, вероятно, продукты его распада - берклий, кюрий, америций и более лёгкие).

Последним из элементов, найденным в природе до того, как он был синтезирован искусственно, стал франций (1939 год). Первым синтезированным химическим элементом был технеций в 1937 году. По состоянию на 2012 год, синтезированы ядерным слиянием или распадом элементы до унуноктия с атомным номером 118, а также предпринимались попытки синтеза следующих сверхтяжёлых трансурановых элементов. Синтез новых трансактиноидов и суперактиноидов продолжается.

Наиболее известными лабораториями, синтезировавшими по несколько новых элементов и несколько десятков или сотен новых изотопов, являются Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли и Ливерморская национальная лаборатория в США, Объединённый институт ядерных исследований в СССР/России (Дубна), Европейский Центр по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца в Германии, Кавендишская лаборатория Кембриджского университета в Великобритании, Институт физико-химических исследований в Японии и другие последние десятилетия над синтезом элементов в американских, немецком и российском центрах работают международные коллективы.

• 1 Открытие синтезированных элементов по странам
  • 1.1 СССР, Россия
  • 1.2 США
  • 1.3 Германия
  • 1.4 Спорные приоритеты и совместные результаты
    • 1.4.1 США и Италия
    • 1.4.2 СССР и США
    • 1.4.3 Россия и Германия
    • 1.4.4 Россия и Япония
• 2 Примечания
• 3 Ссылки

Открытие синтезированных элементов по странам

СССР, Россия

В СССР и России были синтезированы элементы нобелий (102), флеровий (114), унунпентий (115), ливерморий (116), унунсептий (117), унуноктий (118).

США

В США были синтезированы элементы прометий (61), астат (85), нептуний (93), плутоний (94), америций (95), кюрий (96), берклий (97), калифорний (98), эйнштейний (99), фермий (100), менделевий (101), сиборгий (106).

Германия

В Германии были синтезированы элементы хассий (108), мейтнерий (109), дармштадтий (110), рентгений (111), коперниций (112).

Спорные приоритеты и совместные результаты

Для ряда элементов приоритет равноутверждён согласно решению совместной комиссии ИЮПАК и ИЮПАП или остаётся спорным:

США и Италия

Технеций (43) - в результате совместной работы получен на ускорителе в Беркли, Калифорния и химически идентифицирован в Палермо, Сицилия.

СССР и США

Лоуренсий (103), резерфордий (104), дубний (105).

Россия и Германия

Борий (107).

Россия и Япония

Унунтрий (113).

Примечания

1. Emsley John. Nature"s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. - New. - New York, NY: Oxford University Press, 2011. - ISBN 978-0-19-960563-7.
2. Институт в Дубне стал четвёртым в мире по количеству открытых изотопов
3. Isotope ranking reveals leading labs англ.
4. http://flerovlab.jinr.ru/rus/elements.html
5. Временное название для 115-го элемента; предложено название ланжевений.
6. Временное название для 117-го элемента;
7. Временное название для 118-го элемента; предложено название московий.
8. R. C. Barber et al. Discovery of the transfermium elements (англ.) // Pure and Applied Chemistry. - 1993. - Т. 65. - № 8. - С. 1757-1814.
9. последнее время мне неоднократно приходилось писать о ситуации с попранием приоритета советских ученых в синтезе сверхтяжелых
10. О защите приоритета
11. Chemistry: Periodic Table: darmstadtium: historical information
12. http://element114.narod.ru/Projects/ao-iupac.html
13. О защите приоритета
14. Временное название для 113-го элемента; предложены названия беккерелий, японий, рикений, нихоний.

7.Естествознание как феномен общечеловеческой культуры. Фундамен-тальные естественнонаучные направления: предмет и методы исследо-вания.

8.Причины, по которым знания, накопленные древними цивилизациями Вавилона, Египта, Китая, не могут считаться научными.

9.Природные и социальные катаклизмы, способствовавшие зарождению истоков научного знания в Древней Греции.

10.Принципы и правила истинного познания, заложенные Фалесом Милет-ским. Поиск первоначал и концепция атомистики (Левкипп и Демокрит).

12.Основы учения о движении тел по Аристотелю. Первая система мироздания Аристотеля – Птолемея.

14.Причины угасания интереса к научному знанию, расцвет монотеистических религий, роль арабских и восточных народов в сохранении и развитии древнегреческих знаний

15.Причины разработки критериев научного знания в Средние века. По-следующие вехи в развитии научного метода, его составляющие и его творцы

20.Типы и механизмы фундаментальных взаимодействий в природе.

21.Проявления фундаментальных взаимодействий в механике, термодинамике, ядерной физике, химии, космологии.

22.Проявления фундаментальных взаимодействий и структурные уровни организации материи.

26.Специфика законов природы в физике, химии, биологии, геологии, космологии.

27.Базовые принципы, лежащие в основе картин мироздания от Аристотеля до наших дней.

32.Современная реализация атомистической концепции Левкиппа – Демокрита. Поколения кварков и лептонов. Промежуточные бозоны как переносчики фундаментальных взаимодействий.

34.Строение химических элементов, синтез трансурановых элементов.

35.Атомно-молекулярный «конструктор» строения вещества. Различие физического и химического подходов в изучении свойств вещества.

40.Основные задачи космологии. Решение вопроса о происхождении Вселенной на разных этапах развития цивилизации.

41.Физические теории, послужившие основой для создания теории «горячей» Вселенной г.А. Гамова.

42.Причины незначительной продолжительности во время начальных «эр» и «эпох» в истории Вселенной.

43.Основные события, происходившие в эру квантовой гравитации. Проблемы «моделирования» этих процессов и явлений.

44.Объяснить с энергетической точки зрения, почему Эпоха адронов предшествовала Эпохе лептонов.

45.Энергии (температуры), при которых произошло отделение излучения от вещества, и Вселенная стала «прозрачной».

46.Строительный материал для формирования крупномасштабной структуры Вселенной.

49.Cвойства черных дыр и их обнаружения себя во Вселенной.

50.Наблюдаемые факты, подтверждающие теорию «горячей» Вселенной.

51.Методы определения химического состава звезд и планет. Наиболее распространенные химические элементы во Вселенной.

34.Строение химических элементов, синтез трансурановых элементов.

В 1861 году выдающийся русский химик А.М.Бутлеров

создал и обосновал теорию химического строения вещества, согласно

которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в

молекулах и их взаимным влиянием. В 1869 году Д.И.Менделеев открыл9

один из фундаментальных законов естествознания - периодический закон

химических элементов, современная формулировка которого такова:

свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от электрического заряда их ядер.

35.Атомно-молекулярный «конструктор» строения вещества. Различие физического и химического подходов в изучении свойств вещества.

Атомом называется наименьшая частица данного химического элемента. Все существующие в природе атомы представлены в периодической системе элементов Менделеева.

Атомы соединяются в молекулу за счет химических связей, основанных на электрическом взаимодействии. Число атомов в молекуле может быть разным. Молекула может состоять из одного атома, из двух, трех и даже нескольких сотен атомов.

Примером двухатомных молекул могут служить СО, NO, O 2 , H 2 , трехатомных – CO 2 , H 2 O, SO 2 , четырехатомных – NH 3 . Таким образом, молекула состоит из одного или нескольких атомов одного или разных химических элементов.

Можно определить молекулу как наименьшую частицу данного вещества, обладающую его химическими свойствами. Между молекулами любого тела существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Силы притяжения обеспечивают существование тела как целого. Для того чтобы разделить тело на части, необходимо приложить значительные усилия. Существование сил отталкивания между молекулами обнаруживается при попытке сжать тело.

40.Основные задачи космологии. Решение вопроса о происхождении Вселенной на разных этапах развития цивилизации.

Космология занимается изучением физических свойств Вселенной как целого. В частности, ее целью является создание теории всей охваченной астрономическими наблюдениями области пространства, которую принято называть Метагалактикой.

Как известно, теория относительности приводит к выводу о том, что присутствие больших масс влияет на свойства пространства - времени. Свойства привычного на евклидова пространства (например, сумма углов треугольника, свойства параллельных линий) вблизи больших масс изменяются или, как говорят, пространство "искривляется". Это искривление пространства, создаваемое отдельными массами (например, звездами), очень мало.

Так, следует ожидать, что вследствие искривления пространства луч света вблизиСолнца должен изменить свое направление. Точные измерения положений звезд вблизи Солнца но время полных солнечных затмений позволяют уловить этот эффект, правда, на пределе точности измерений.

Однако суммарное действие гравитирующих (т.е. обладающих притяжением) масс всех галактик и сверхгалактик может вызвать определенную кривизну пространства в целом, что существенным образом повлияет на его свойства, а следовательно, и на эволюцию всей Вселенной.

Даже сама постановка задачи определения (на основе законов теории относительности) свойств пространства и времени при произвольном распределении масс чрезвычайно трудна. Поэтому обычно рассматриваются некоторые приближенные схемы, называемые моделями Вселенной.

Самые простые из них основаны на предположении, что вещество во Вселенной в больших масштабах распределено одинаково (однородность), а свойства пространства одинаковы по всем направлениям (изотропность). Такое пространство должно обладать некоторой кривизной, а соответствующие ему модели называются

однородными изотропными моделями Вселенной.

Решения эйнштейновских уравнений тяготения для случая однородной изотропной

модели показывают, что расстояния между отдельными неоднородностями, если

исключить их индивидуальные хаотические движения (пекулярные скорости), не могут сохраняться постоянными: Вселенная должна либо сжиматься, либо, что

соответствует наблюдениям, расширяться. Если отвлечься от пекулярных скоростей

галактик, то скорость взаимного удаления любых двух тел во Вселенной тем больше, чем больше расстояние между ними. Для относительно малых расстояний эта зависимость линейна, причем коэффициентом пропорциональности служит постоянная Хаббла. Из сказанного следует, что расстояние между любой парой тел есть функция времени. Вид этой функции зависит от знака кривизны пространства. Если кривизна отрицательна, то "Вселенная" все время расширяется. При нулевой кривизне, соответствующей; евклидову пространству, расширение происходит с замедлением, причем скорость расширения стремится к нулю. Наконец, расширение "Вселенной", обладающей положительной кривизной, в некоторую эпоху должно смениться сжатием.

В последнем случае в силу неевклидовой геометрии пространство должно быть

конечным, т.е. иметь в любой момент времени определенный конечный объем,

конечное число звезд, галактик и т.д. Однако "границ" у Вселенной, естественно,

не может быть ни в каком случае.

Двумерной моделью такого замкнутого трехмерного пространства является

поверхность раздуваемого шара. Галактики в такой модели изображаются плоскими

фигурами, начерченными на поверхности. При растяжении шара увеличивается площадь поверхности и расстояние между фигурами. Хотя в принципе такой шар может неограниченно расти, площадь его поверхности конечна в каждый момент времени.

Тем не менее в его двумерном пространстве (поверхности) границ нет. Кривизна пространства в однородной изотропной модели за-висит от значения средней плотности вещества Если плотность меньше некоторого критического значения, кривизна отрицательна и имеет место первый случай. Второй случай (нулевая кривизна) осуществляется при критическом значении плотности. Наконец, при плотности больше критической ¾ кривизна положительна (третий случай). В процессе расширения абсолютное значение кривизны может меняться, но знак ее

остается постоянным.

Критическое значение плотности выражается через постоянную Хаббла Н и гравитационную постоянную f следующим образом: при Н = 55 км/сек × Мпс, r кр = 5 × 10-30 г/см3 Учет всех известных в Метагалактике масс приводит к оценке средней плотности около 5×10-31 г/см3

Однако это заведомо нижний предел, так как еще не известна масса невидимой среды между галактиками. Поэтому имеющаяся оценка плотности не дает оснований судить о знаке кривизны реального пространства.

В принципе возможны другие пути эмпирического выбора наиболее реальной модели Вселенной на основе определения красного смещения наиболее далеких объектов (от которых свет, дошедший до нас, был испущен сотни миллионов и миллиарды лет назад) и сопоставления этих скоростей с расстояниями до объектов, найденными другими методами. Фактически таким путем из наблюдении определяется изменение во времени скорости расширения. Современные наблюдения еще не настолько точны, чтобы можно было уверенно судить о знаке кривизны пространства. Можно сказать только, что кривизна пространства Вселенной близка к нулю.

Постоянная Хаббла, играющая такую важную роль в теории однородной изотропной

Вселенной, имеет любопытный физический смысл. Чтобы пояснить его, следует

обратить внимание на то, что обратная величина 1 / H имеет размерность времени и

равна 1/H = 6×1017 сек или 20 миллиардам лет. Легко сообразить, что это есть

промежуток времени, необходимый для расширения Метагалактики до современного состояния при условии, что в прошлом скорость расширения не менялась. Однако вопрос о постоянстве этой скорости, о предшествующей и последующей (по отношению к современной) стадиях расширения Вселенной еще плохо изучен.

Подтверждением того, что Вселенная действительно когда-то находилась в некотором особом состоянии, является открытое в 1965 г. космическое радиоизлучение, названное реликтовым (т.е. остаточным). Его спектр тепловой и воспроизводит кривую Планка для температуры около 3 ёК. [Заметим, что согласно формуле максимум такого излучения приходится на длину волны около 1 мм, близкую к доступному для наблюдений с Земли диапазону электромагнитного спектра.

Отличительной чертой реликтового излучения является одинаковость его

интенсивности по всем направлениям (изотропность). Именно этот факт и позволил выделить столь слабое излучение, которое не удавалось связать ни с каким объектом или областью на небе.

Название "реликтовое" дано потому, что это излучение должно быть остатком

излучения Вселенной, существовавшего в эпоху большой ее плотности, когда она

была непрозрачна к собственному излучению. Расчет показывает, что это должно

было иметь место при плотности r > 10-20 г/см3 (средняя концентрация атомов

порядка 104 см -3), т.е. когда плотность в миллиард раз превышала современную.

Поскольку плотность меняется обратно пропорционально кубу радиуса, то, полагая

расширение Вселенной в прошлом таким же, как и сейчас, получим, что в эпоху

непрозрачности все расстояния во Вселенной были в 1000 раз меньше. Во столько же раз была меньше и длины волны l . Поэтому кванты, имеющие сейчас длину волны 1мм, ранее имели длину волны около 1 мк, соответствующую максимуму излучения при температуре около 3000 ёК.

Таким образом, существование реликтового излучения является не только указанием на большую плотность Вселенной в прошлом, но и на ее высокую температуру ("горячая" модель Вселенной).

О том, была ли Вселенная в еще более плотных состояниях, сопровождавшихся

значительно более высокими температурами, в принципе можно было бы судить на

основании аналогичного изучения реликтовых нейтрино. Для них непрозрачность

Вселенной должна наступить при плотностях r " 107 г/см3 что могло быть только

на сравнительно очень ранних этапах развития Вселенной. Как и в случае

реликтового излучения, когда вследствие расширения Вселенная переходит в

состояние с меньшей плотностью, нейтрино перестают взаимодействовать с остальным веществом, как бы "отрываются" от него, и в дальнейшем претерпевают только космологическое красное смещение, обусловленное расширением. К сожалению, регистрация таких нейтрино, которые в настоящее время должны обладать энергией всего лишь в несколько десятитысячных долей электрон-вольт, вряд ли сможет быть осуществлена в скором времени.

Космология в принципе позволяет получить представление о наиболее общих

закономерностях строения и развития Вселенной. Легко понять, какое огромное

значение имеет этот раздел астрономии для формирования правильного

материалистического мировоззрения. Изучая законы всей Вселенной в целом, мы еще глубже познаем свойства материи, пространства и времени. Некоторые из них,

например, свойства реального физического пространства и времени в больших

масштабах, можно изyчить только в рамках космологии. Поэтому ее результаты имеют важнейшее значение не только для астрономии и физики, которые получают возможность уточнить свои законы, но и для философии, приобретающей обширный материал для обобщения закономерностей материального мира.

С момента возникновения нашей планеты прошло около 4,5 миллиардов лет. Сейчас на Земле сохранились только те элементы, которые не распались за это время, то есть смогли «дожить» до сегодняшнего дня - иными словами, время их полураспада дольше, чем возраст Земли. Названия этих элементов мы можем увидеть в Периодической таблице элементов (до урана).

Все элементы тяжелее урана образовались когда-то в процессе ядерного синтеза, но не дожили до наших дней. Потому что уже распались.

Вот поэтому люди вынуждены воспроизводить их заново.

Например: Плутоний. Период его полураспада всего 25 тысяч лет - совсем немного по сравнению с жизнью Земли. Этот элемент, утверждают эксперты, непременно существовал при зарождении планеты, но уже распался. Плутоний производится искусственно десятками тонн и является, как известно, одним из мощных источников энергии.

Что представляет собой процесс искусственного синтеза?

Ученые не в состоянии воссоздать ситуацию условного «сотворения мира» (т.е. необходимое состояние материи при температурах в миллиарды градусов Цельсия) в лабораторных условиях. «Сотворить» элементы в точности так, как это происходило при образовании Солнечной системы и Земли, невозможно. В процессе искусственного синтеза специалисты действуют доступными здесь на Земле средствами, но получают общее представление о том, как могло это происходить тогда и как, возможно, происходит сейчас на далеких звездах.

В общих чертах эксперимент происходит следующим образом. К ядру природного элемента (к примеру, кальция) добавляются нейтроны до тех пор, пока ядро не перестает принимать их. Последний изотоп, перегруженный нейтронами, проживает очень недолго, а произвести следующий не получается вообще. Это и есть критическая точка: предел существования ядер, перегруженных нейтронами.

Как много новых элементов можно создать?

Неизвестно. Вопрос о границе Периодической системы до сих пор открыт.

Кто придумывает название для новых элементов?

Сама процедура признания нового элемента очень сложна. Одним из ключевых требований является то, что открытие должно быть независимо перепроверено, экспериментально подтверждено. Значит, его надо повторить.

Так, например, для официального признания 112-го элемента, который был получен в Германии в 1996 году, понадобилось 14 лет. Церемония «крещения» элемента прошла только в июле 2010 года.

В мире есть несколько наиболее известных лабораторий , сотрудникам которых удалось синтезировать один или даже несколько новых элементов. Это Объединенный институт ядерных исследований в Дубне (Московская область), Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса в Калифорнии (США), Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли (США), Европейский Центр по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца в Дармштадте (Германия) и др.

После того, как Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) признает факт синтеза новых химических элементов, право предлагать для них названия получают их официально признанные первооткрыватели.

При подготовке использованы материалы статей и интервью академика Юрия Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне.