ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Как явствует из их названия, трансурановые элементы это химические элементы, которые располагаются за ураном в ряду актиноидов. Это элементы от нептуния (атомный номер 93) до лоуренсия (атомный номер 103). Их синтезируют в ядерных реакциях из урана или некоторых других тяжелых элементов. Поэтому более корректно считать, что эти элементы были получены, а не открыты. Все трансурановые элементы радиоактивны.

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Открытие (получение). Нептуний. Первый из открытых трансурановых элементов был назван в честь планеты Нептун. В виде изотопа 239Np он был впервые получен Э.Макмилланом и Ф.Эйблсоном в 1940 в Калифорнийском университете в Беркли при бомбардировке урана нейтронами. 237Np с периодом полураспада 2,14Ч106 лет получают как побочный продукт при производстве плутония в ядерных реакторах. Следовые количества нептуния обнаружены в природе как результат реакций трансмутации в урановых рудах, вызываемых нейтронами, которые образуются в результате природного процесса деления урана.

Плутоний. Названный в честь планеты Плутон, плутоний в виде изотопа 238Pu открыли Г. Сиборг, Э.Макмиллан, Дж.Кеннеди и А.Валь в конце 1940 в Калифорнийском университете. Плутоний получается при бомбардировке урана дейтронами ядрами "тяжелого" водорода или атомами дейтерия. Благодаря совершенствованию ядерной технологии получения 239Pu из природного урана его производство исчисляется в килограммовых количествах. Следы плутония обнаружены в природе как результат распада урана и его облучения нейтронами. 239Pu имеет период полураспада 24360 лет и является источником нейтронов. Он успешно применяется как взрывчатый компонент ядерного оружия и как топливо в ядерной энергетике.

Америций. Четвертым открытым трансурановым элементом, но третьим по расположению в ряду актиноидов, был америций, названный в честь Америки. Он был открыт Г.Сиборгом, Р.Джеймсом, Л.Морганом и А.Гиорсо в конце 1944 начале 1945 в Металлургической лаборатории Чикагского университета. 241Am с периодом полураспада 470 лет получается при интенсивной нейтронной бомбардировке плутония. Америций используют во многих химических исследованиях. В настоящее время его получают в граммовых количествах.

Кюрий. Названный в честь супругов Марии Склодовской-Кюри и Пьера Кюри этот трансурановый элемент был идентифицирован Г.Сиборгом, Р.Джеймсом и А.Гиорсо в 1944 в Металлургической лаборатории Чикагского университета. При бомбардировке 239Pu ионами гелия (a-частицами) был получен кюрий-242. 242Cm (период полураспада 162,5 сут) и 244Cm (период полураспада 17,6 года) получаются и при нейтронной бомбардировке.

Берклий. Берклий пятый из синтезированных трансурановых элементов был открыт С.Томпсоном, А.Гиорсо и Г.Сиборгом в конце 1949 в Беркли (шт. Калифорния), в честь этого города и получил свое название. 243Bk получается при бомбардировке 241Am ионами гелия. Изотоп 249Bk (период полураспада 314 сут) был выделен в весовых количествах. Элемент может быть получен при длительной бомбардировке плутония нейтронами.

Калифорний. Названный так в честь одного из штатов США, этот элемент в виде 245Cf является шестым открытым трансурановым элементом. Он был получен С.Томсоном, К.Стритом, А.Гиорсо и Г.Сиборгом в начале 1950 при бомбардировке микрограммовых количеств 242Cm ионами гелия. Калифорний в виде смеси изотопов 249Cf, 250Cf, 251Cf, 252Cf выделен в весовых количествах после длительной нейтронной бомбардировки плутония.

Эйнштейний. Седьмой трансурановый элемент был назван в честь А.Эйнштейна. Он был обнаружен вместе с другим новым элементом (фермием) в Лос-Аламосской исследовательской лаборатории в образцах, отобранных после экспериментального термоядерного взрыва в 1952. Сверхтяжелые изотопы урана, возникшие под действием на уран интенсивного нейтронного потока, образовавшегося при этом взрыве, распадались на элемент-99 (эйнштейний) и элемент-100 (фермий) наряду с другими трансурановыми элементами. Эйнштейний-253 (период полураспада 20 сут) открыли в конце 1952 Гиорсо и его коллеги из Радиационной лаборатории Калифорнийского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Лос-Аламосской исследовательской лаборатории. Сравнительно долгоживущий изотоп 254Es (период полураспада 276 сут) получен нейтронной бомбардировкой, этот элемент был выделен в весовых количествах. Наиболее долгоживущий изотоп 252Es имеет период полураспада 471,7 сут.

Фермий. Этот элемент открыт вместе с эйнштейнием (см. выше). Он был назван в честь Э.Ферми, физика, который руководил созданием первого атомного реактора. 255Fm (период полураспада 20 ч) открыли А.Гиорсо с сотр. в начале 1953 во время экспериментов по обнаружению эйнштейния. Долгоживущим изотопом фермия является 257Fm (период полураспада около 80 сут).

Менделевий. Менделевий девятый трансурановый элемент назван в честь Д.И.Менделеева, русского химика, открывшего периодический закон и предложившего классификацию элементов в соответствии с увеличением их атомной массы. Впервые 256Md (период полураспада около 1 ч) был обнаружен А.Гиорсо, Б.Харви, Г.Шоппеном, С.Томсоном и Г.Сиборгом в 1955 при бомбардировке ничтожных количеств 253Es ионами гелия в 152-см циклотроне в Беркли. Первая идентификация элемента была удивительна, так как в опытах было получено всего 1 или 2 атома элемента. 258Md был получен в 1967. Оказалось, что он имеет исключительно большой период полураспада (~2 мес).

Нобелий. Открыт А.Гиорсо, Т.Сиккеландом, Дж.Уолтоном и Г.Сиборгом в апреле 1958. В линейном ускорителе тяжелых ионов (Калифорнийский университет в Беркли) был получен изотоп с массовым числом 254 и периодом полураспада 55 с. (В 1957 об открытии 102-го элемента сообщила международная группа ученых, работавшая в Нобелевском институте физики в Швеции. Воспроизвести их результаты не удалось ученым в Беркли и в Дубне.)

Лоуренсий. Открыт А.Гиорсо, Т.Сиккеландом, А.Ларшем и Р.Латимером в Калифорнийском университете в апреле 1961. Элемент был получен бомбардировкой калифорния ионами бора в линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли. Полученный изотоп (либо 258Lr, либо 259Lr) имел период полураспада ~8 с. Это завершающий элемент ряда актиноидов.

Свойства. Все трансурановые элементы являются семейством химически сходных элементов актиноидного ряда и обладают большим химическим сходством с лантаноидами. На основании изучения свойств трансурановых элементов и их соединений установлено, что элементы в соответствии с их электронной конфигурацией образуют две сходные группы. Внутренний электронный слой четырнадцати 5f-электронов заполняется по мере увеличения атомного номера актиноида, аналогичный процесс происходит при застройке 4f-оболочки лантаноидов. Все трансурановые элементы проявляют валентность (степень окисления) III и образуют комплексные ионы с неорганическими и органическими лигандами. Сульфаты, нитраты, хлориды и перхлораты элементов растворимы, а трифториды и оксалаты нерастворимы в кислотах. Np, Pu, Am в водных растворах проявляют степени окисления IV, V и VI, стабильность этих состояний в сравнении со степенью окисления III уменьшается с ростом атомного номера. Bk проявляет в водном растворе степени окисления IV и III. Растворы соединений трансурановых элементов нередко окрашены. Например, ионы Np(III) окрашивают раствор в бледнопурпуровый цвет, Pu(III) в темнопурпуровый, Pu(IV) в зеленый цвет, а Am(III) в розовый. Методом ионообменной хроматографии изучены химические свойства многих соединений актиноидов. Этот метод совместно с методикой сопоставления с лантаноидами способствовал открытию и обнаружению элементов, расположенных после кюрия.

См. также

АТОМА СТРОЕНИЕ;

АТОМНОГО ЯДРА СТРОЕНИЕ.