Библиотека, читать онлайн, скачать книги txt

БОЛЬШАЯ БИБЛИОТЕКА

МЕЧТА ЛЮБОГО


Свойства элементов таблицы менделеева

Все права принадлежат автору издателю и охраняются. ЕСТЬ ЛИ ПРЕДЕЛ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ ПЕРЕПИСКА С ЧИТАТЕЛЕМ Творчество юных ЕСТЬ ЛИ ПРЕДЕЛ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ ОТКРЫТИЕ НОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Свойства элементов таблицы менделеева систематизации химических элементов привлекла к себе пристальное внимание в середине XIX в. В хаосе элементов их соединений великий русский химик Менделеев первым навел порядок, создав свою периодическую таблицу элементов. Известные в то время 63 элемента ученый разместил в своей таблице таким образом, что главные свойства этих элементов их соединений менялись периодически по мере увеличения их атомной массы. Наблюдаемые изменения свойств элементов свойства элементов таблицы менделеева горизонтальном и вертикальном направлениях таблицы следовали строгим правилам. Например, ярко свойства элементов таблицы менделеева у элементов Iа группы металлический основный характер с увеличением атомной массы убывал по горизонтали таблицы и возрастал по вертикали. Опираясь на открытый закон, Менделеев предсказал свойства нескольких еще не открытых элементов их место в периодической таблице. Уже в 1875 г. В последующие годы таблица Менделеева служила и до сих пор служит ориентиром в поисках новых элементов и предвидении их свойств. Однако ни сам Менделеев, ни его современники не могли ответить на вопрос, в чем причины периодичности свойств элементов, существует ли и где проходит граница периодической системы. Менделеев предчувствовал, что причина представленной им взаимосвязи между свойствами и атомной массой элементов кроется в сложности самих свойства элементов таблицы менделеева. Лишь спустя много лет после создания периодической системы химических элементов в работах Свойства элементов таблицы менделеева и других ученых было доказано сложное строение атома. Последующие достижения атомной физики позволили решить многие неясные проблемы периодической системы химических элементов. Прежде всего оказалось, что место элемента в периодической таблице определяется не атомной массой, а зарядом ядра. Стала понятной природа периодичности химических свойств элементов их соединений. Атом стали рассматривать как систему, в центре которой находится положительно заряженное ядро, а вокруг него вращаются отрицательно заряженные электроны. При этом электроны группируются в околоядерном пространстве и движутся по определенным орбитам, входящим в электронные оболочки. Все электроны атома принято обозначать с помощью чисел и букв. Согласно этому обозначению главные квантовые числа 1, свойства элементов таблицы менделеева, 3, 4, 5, 6, 7 относятся к электронным оболочкам, а буквы s, p, d, f, g — к подоболочкам орбитам каждой оболочки. Первая оболочка считая от ядра имеет только s-электроны, вторая может иметь s- и p- электроны, третья — s- p- и d-электроны, четвертая — s- p- d- и f- электроны и т. Каждая оболочка может вместить вполне определенное число электронов: первая — 2, вторая — 8, третья — 18, четвертая и пятая — по 32. Этим определяется число элементов в периодах таблицы Менделеева. Химические свойства элементов обусловлены строением внешней и предвнешней электронных оболочек атомов, т. Ядро атома состоит из положительно заряженных частиц — протонов и электрически нейтральных частиц — нейтронов, часто называемых одним словом — нуклоны. Порядковый номер элемента его место в периодической таблице свойства элементов таблицы менделеева числом протонов в ядре атома данного элемента. Атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов в ядре являются его изотопами. Химические свойства разных изотопов одного и того же элемента не отличаются друг от друга, а ядерные — изменяются в широких пределах. Это проявляется прежде всего в стабильности или нестабильности изотопов, которая существенно зависит от соотношения числа протонов и нейтронов в ядре. Легкие стабильные изотопы элементов обычно характеризуются равным числом протонов и нейтронов. С ростом заряда ядра, т. У стабильных тяжелых ядер свойства элементов таблицы менделеева почти в полтора раза больше, чем протонов. Как и атомные электроны, нуклоны также образуют оболочки. С увеличением числа частиц в ядре последовательно заполняются протонные и нейтронные оболочки. Ядра с полностью заполненными оболочками являются самыми стабильными. Подобные заполненные ядерные оболочки аналогичны заполненным электронным оболочкам атомов инертных газов, представляющих отдельную группу в периодической таблице. Стабильные ядра атомов с полностью заполненными протонными или нейтронными оболочками содержат определенные «магические» числа протонов или нейтронов: 2, 8, 20, 28, 50, свойства элементов таблицы менделеева, 114, 126, 184. Таким образом, атомам элементов в целом, как и по химическим свойствам, присуща также периодичность и ядерных свойств. Среди разных сочетаний числа протонов и нейтронов в ядрах изотопов четно-четных; четно-нечетных; нечетно-четных; нечетно-нечетных именно ядра, содержащие четное число протонов и четное число нейтронов, отличаются наибольшей устойчивостью. Природа сил, удерживающих в ядре протоны и нейтроны, пока недостаточно ясна. Полагают, что между нуклонами свойства элементов таблицы менделеева очень большие гравитационные силы притяжения, которые способствуют увеличению стабильности ядер. К середине тридцатых годов прошлого столетия периодическая таблица была разработана настолько, что показывала положение уже 92 элементов. Под порядковым номером 92 был уран — последний из найденных на Земле еще в 1789 г. Из 92 элементов таблицы только элементы с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87 в тридцатые годы не были точно установлены. Они были открыты изучены позже. Редкоземельный элемент с атомным номером 61 — прометий — был обнаружен в малых количествах в свойства элементов таблицы менделеева как продукт свойства элементов таблицы менделеева распада урана. Анализ атомных ядер недостающих элементов показал, что свойства элементов таблицы менделеева они радиоактивны, причем из-за коротких периодов их полураспада они не могут существовать на Земле в заметных свойства элементов таблицы менделеева. В связи с тем, что последним тяжелым элементом, найденным на Земле, был элемент с атомным номером 92, можно было бы предположить, что он и является естественным пределом периодической таблицы Менделеева. Однако достижения атомной физики указали путь, по которому оказалось возможным перешагнуть через поставленную природой границу периодической таблицы. Элементы с б ольшими атомными номерами, чем у урана, называют трансурановыми. По своему происхождению эти элементы являются искусственными синтетическими. Их получают путем ядерных реакций трансформации элементов, встречающихся в природе. Первую попытку, хотя не совсем удачную, открыть трансурановую область периодической системы предпринял итальянский физик Энрико Ферми в Риме вскоре после того, как было доказано существование нейтронов. Но лишь в 1940—1941 гг. В основе методов получения трансурановых элементов лежит несколько видов ядерных реакций. Первый вид — нейтронный синтез. В этом методе в ядрах тяжелых атомов, облученных нейтронами, происходит превращение одного из нейтронов в протон. Реакция сопровождается так называемым электронным распадом —-распадом — образованием и выбросом из ядра с огромной кинетической энергией отрицательно заряженной —-частицы электрона. Реакция возможна при избытке в ядре нейтронов. Противоположной реакцией является превращение протона в нейтрон с испусканием положительно заряженной +-частицы позитрона. Подобный позитронный распад +-распад наблюдается при недостатке в ядрах нейтронов и ведет к уменьшению заряда ядра, т. Аналогичный эффект достигается, когда протон превращается в нейтрон за счет захвата ближайшего орбитального свойства элементов таблицы менделеева. Новые трансурановые элементы вначале были получены из урана по методу нейтронного синтеза в ядерных реакторах как продукты взрыва ядерных бомба позже синтезированы с помощью ускорителей частиц — циклотронов. Второй вид — реакции между ядрами атомов исходного элемента «мишени» и ядрами атомов легких элементов изотопов водорода, гелия, азота, кислорода и другихиспользуемых в качестве бомбардирующих частиц. Протоны в ядрах «мишени» и «снаряда» имеют положительный электрический заряд испытывают сильное отталкивание при приближении друг к другу. Чтобы преодолеть силы отталкивания, образовать составное ядро, необходимо обеспечить атомы «снаряда» очень большой кинетической энергией. Такой огромной энергией бомбардирующие частицы запасаются в циклотронах. Образовавшееся промежуточное составное ядро обладает довольно большой свойства элементов таблицы менделеева энергией, которая должна быть высвобождена для стабилизации нового ядра. В случае тяжелых трансурановых элементов эта избыточная энергия, когда не происходит деления ядер, рассеивается путем испускания -лучей высокоэнергетического свойства элементов таблицы менделеева излучения и «испарения» нейтронов из возбужденных ядер. Ядра атомов нового элемента являются радиоактивными. Они стремятся достигнуть более высокой устойчивости путем изменения внутреннего строения через радиоактивный электронный —-распад либо -распад и самопроизвольное деление. Такие ядерные реакции присущи наиболее тяжелым атомам элементов с порядковыми номерами выше 98. Реакция спонтанного, самопроизвольного деления ядер атомов радиоактивных элементов была открыта нашим соотечественником Флеровым и чехом Петржаком в Объединенном институте ядерных исследований ОИЯИ, г. Дубна в опытах с ураном-238. Увеличение порядкового номера приводит к быстрому уменьшению времени полураспада ядер атомов радиоактивных элементов. В связи с этим фактом выдающийся американский ученый Сиборг, лауреат Нобелевской премии, участвовавший в открытии девяти трансурановых элементов, полагал, что открытие новых элементов, вероятно, закончится приблизительно на элементе с свойства элементов таблицы менделеева номером 110 по свойствам аналогичном платине. Эта мысль о границе периодической таблицы была высказана в 60-е годы прошлого столетия с оговоркой: если не будут открыты новые методы синтеза элементов и существование пока неизвестных областей устойчивости самых тяжелых элементов. Некоторые из таких возможностей были выявлены. Третий вид ядерных реакций синтеза новых элементов — реакции между высокоэнергетическими ионами со средней атомной массой кальция, титана, хрома, никеля в качестве бомбардирующих частиц и атомами стабильных элементов свинца, висмута в качестве «мишени» вместо тяжелых радиоактивных изотопов. Этот путь получения более тяжелых элементов был предложен в 1973 г. Оганесяном из ОИЯИ и успешно использован в других странах. Главное достоинство предложенного метода синтеза свойства элементов таблицы менделеева в образовании менее «горячих» составных ядер при слиянии ядер свойства элементов таблицы менделеева и «мишени». Высвобождение избыточной энергии составных ядер в этом случае происходило в результате «испарения» существенно меньшего числа нейтронов одного или двух вместо четырех или пяти. Свойства элементов таблицы менделеева ядерная реакция между ионами редкого изотопа Са-48, ускоренными в циклотроне У-400, и атомами актиноидного элемента кюрия Cm-248 с образованием элемента-114 «экасвинца» была открыта в Дубне в 1979 г. Было установлено, что в этой реакции образуется «холодное» ядро, не «испаряющее» ни одного нейтрона, а всю избыточную энергию уносит одна -частица. Это означает, что для синтеза новых элементов может быть реализован также четвертый вид ядерных реакций между ускоренными ионами атомов со средними массовыми числами и атомами тяжелых трансурановых элементов. В развитии теории периодической системы химических элементов большую роль сыграло сопоставление химических свойств и строения электронных оболочек лантаноидов с порядковыми номерами 58—71 и актиноидов с порядковыми номерами 90—103. Было показано, что сходство химических свойств свойства элементов таблицы менделеева и актиноидов обусловлено подобием их электронных структур. Обе группы элементов являются примером внутреннего переходного ряда с последовательным заполнением 4 f- или 5 f-электронных оболочек соответственно после заполнения внешних свойства элементов таблицы менделеева и р-электронных орбиталей. Элементы с порядковыми номерами в периодической таблице 110 и выше были названы сверхтяжелыми. Продвижение к открытию этих элементов становится все более трудным и долгим, т. Трудности вызваны тем, что для изучения свойств новых элементов доступным оказывается небольшое число атомов. Время же, в течение которого можно изучать новый элемент до того, как произойдет радиоактивный распад, обычно очень невелико. В свойства элементов таблицы менделеева случаях, даже когда получен всего один атом нового элемента, для его обнаружения и предварительного изучения некоторых характеристик используют метод радиоактивных индикаторов. Элемент-109 — мейтнерий — это последний элемент в периодической таблице, представленной в большинстве учебников по химии. Элемент-110, принадлежащий к той же группе периодической таблицы, что и платина, был впервые синтезирован в г. Дармштадт Германия в 1994 г. В августе 2003 г. Там же, в Дармштадте, в 1994 г. Своим решением в 2004 г. ИЮПАК свойства элементов таблицы менделеева открытие и одобрил предложение назвать элемент-111 рентгением, Rg, в честь выдающегося немецкого физика Рентгена, открывшего Х-лучи, которым он дал такое название из-за неопределенности их природы. По информации, полученной из ОИЯИ, в Лаборатории ядерных реакций им. Флерова осуществлен синтез элементов с порядковыми номерами 110—118 за исключением элемента-117. В результате синтеза по реакции: в Дармштадте в 1996 г. Период полураспада этого изотопа составлял всего 240 микросекунд. Немного позже в ОИЯИ поиск новых изотопов элемента-112 провели, облучая атомы U-235 ионами Са-48. В феврале 2004 г. Этой группой ученых в экспериментах, проведенных в июле—августе 2003 г. Все четыре атома элемента-115 быстро распадались с выделением -частиц и образованием изотопов элемента-113 с массовыми числами 282 и 284. Наиболее стабильный изотоп 284113 имел период полураспада около 0,48 с. Он разрушался с эмиссией -частиц и превращался в изотоп рентгения 280Rg. В сентябре 2004 г. Поскольку это первый искусственный элемент, полученный японскими учеными, они посчитали, что вправе сделать предложение назвать его «японием». Выше уже отмечался необычный синтез изотопа элемента-114 с массовым числом 288 из кюрия. Было также заявлено об открытии элементов с порядковыми номерами 118 и 116 в результате длительных совместных исследований ядерных реакций изотопов калифорния Cf-249 и кюрия Сm-245 c пучком тяжелых ионов Са-48, проведенных российскими и американскими учеными в период 2002—2005 гг. Элемент-118 замыкает 7-й период таблицы Менделеева, по своим свойствам является аналогом благородного газа радона. Элемент-116 должен обладать некоторыми свойствами, общими с полонием. По сложившейся традиции открытие новых химических элементов их идентификация должны быть подтверждены решением ИЮПАК, но право предложить названия элементам предоставляется первооткрывателям. Подобно карте Земли, периодическая таблица отразила названия территорий, стран, городов и научных центров, где были открыты изучены элементы их соединения, увековечила имена знаменитых ученых, внесших большой вклад в развитие периодической системы химических элементов. И не случайно элемент-101 назван именем Для ответа на вопрос, где может проходить граница периодической таблицы, в свое время была проведена оценка электростатических сил притяжения внутренних электронов атомов к положительно заряженному ядру. Чем больше порядковый номер элемента, тем сильнее сжимается электронная «шуба» вокруг ядра, тем сильнее притягиваются внутренние электроны к ядру. Должен наступить такой момент, когда электроны начнут захватываться ядром. В результате такого захвата и уменьшения заряда ядра существование очень тяжелых элементов становится невозможным. Подобная катастрофическая ситуация должна возникнуть при порядковом номере элемента, равном 170—180. Эта гипотеза была опровергнута и показано, что нет ограничений для существования очень тяжелых элементов с точки зрения представлений о строении электронных оболочек. Ограничения возникают в результате неустойчивости самих ядер. Однако надо сказать, что время жизни элементов уменьшается нерегулярно с ростом атомного номера. Следующая ожидаемая область устойчивости сверхтяжелых элементов, обусловленная появлением замкнутых нейтронных или протонных оболочек ядра, должна лежать в окрестности дважды магического ядра с 164 протонами и 308 нейтронами. Возможности открытия таких элементов пока не ясны. Таким образом, вопрос о границе периодической таблицы элементов по-прежнему сохраняется. Исходя из правил заполнения электронных оболочек с увеличением атомного номера элемента, свойства элементов таблицы менделеева 8-й период таблицы Менделеева должен содержать суперактиноидные элементы. Отводимое им место в периодической таблице Менделеева соответствует III группе элементов, подобно уже известным редкоземельным и актиноидным трансурановым элементам. АЛЕКСАНДРОВА, ученица 11-го класса Свойства элементов таблицы менделеева.



copyright © altaygorniy.ru