Строение атома. Периодический закон. Iv строение атома и периодическая система элементов логическая схема главы 154 155
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
Радиусы ионов 225 Если кристалл состоит из ионов, то межъядерное расстояние рас-сматривается как сумма ионных радиусов. Для ионных радиусов харак-терны следующие закономерности:
Положительный ион сильнее притягивает электроны, а в отрица-тельных ионах они отталкиваются.
Перспективы развития периодической системы
Как правило, ядра повышенной устойчивости характеризуются "ма-гическим" числом протонов или нейтронов. Особенно устойчивы "два-жды магические элементы", у которых и число протонов, и число ней-тронов в ядре магическое, т.е. выражается числами 2, 8, 20, 50, 82, 114, 126, 164. Удивительно, что многие элементы с числом протонов, отве-чающим магическим числам, попадают в IV группу периодической сис-темы, хотя нет прямой связи между зарядом ядра и стабильностью ядер. Не исключено, что после впадины неустойчивости, которая следует за 226 элементами №104, №105, №106, отличающимися крайне низкой ста-бильностью , последует остров стабильности, на котором будут нахо-диться ядра с так называемыми замкнутыми протонными и нейтронны-ми оболочками (это как раз те ядра , количество протонов и нейтронов в которых соответствует магическим числам или близко к ним).
Высказывая предположение о том, что элемент №114 будет обла-дать свойствами экасвинца, Сиборг полагал, что VII период после за-вершения ряда актинидов (№90 – №103) будет заполнен трансактинида-ми – 6d- и 7p-элементами (от №104 – экагафния до №118 – аналога радона). Далее, в VIII периоде после аналогов щелочных и щелочнозе-мельных элементов (№119, №120) и экаактиния (№121) будут следовать f- и g-элементы, так называемые суперактиниды (№122 – 153). За ними опять должны располагаться d- и p-элементы (№154 – 168), причем №168 – инертный газ. Следует отметить, что предсказание свойств элементов №114 (экас-винца), №113 (экагаллия) и других, находящихся вблизи острова ста-бильности, Сиборг основывает на закономерностях, вытекающих из пе-риодического закона. Например, он полагает, что элемент №114 должен быть преимущественно двухвалентным в своих соединениях, так как в подгруппе германия, сверхтяжелым аналогом которого, вероятно, этот элемент является, наблюдается тенденция к понижению степени окисле-ния от (IV) до (II) при переходе от легких аналогов к тяжелым. При этом Сиборг ссылается на термодинамические расчеты, согласно которым от Ge к Pb уменьшается прочность ковалентной связи, и более вероятным оказывается не sp3-гибридное состояние валентных электронов, а p-состояние. Перспективы синтеза сверхтяжелых элементов, проверка предпо-ложений об относительной стабильности ряда изотопов некоторых эле-ментов требуют разработки новых методов ядерного синтеза. При полу- 227 чении тяжелых актинидов и трансактинидов ( искусственных элементов VII периода ) Сиборг и Гиорсо с сотрудниками пользовались облучением нейтронами более легких ядер, чем получаемые. При этом заряд новых ядер увеличивался на один нуклон (реакция многократного захвата ней-тронов в интенсивных нейтронных потоках реакторов и ядерных взры-вов). Флеров с сотрудниками для тех же целей использовали метод бом-бардировки атомных ядер ускоренными ядрами неона. При такой бомбардировке заряд ядра увеличивался сразу на несколько единиц. Применяя разные методы синтеза сверхтяжелых ядер, советские и аме-риканские физики неизбежно получали разные изотопы сверхтяжелых элементов. Кроме того, они использовали неодинаковые методы иден-тификации полученных элементов. Это одна из причин длительных спо-ров о приоритете в открытии новых элементов. Оба способа имеют свои достоинства и недостатки, но совершенно очевидно, что оба они непригодны для синтеза элементов, следующих за впадиной неустойчивости и расположенных на предполагаемом острове стабильности. В самом деле, для синтеза, например, элемента №114 на-до было бы по методике, использовавшейся ранее, иметь для облучения легкими нуклонами (самый тяжелый из них – ядро неона) некоторое количество атомов более легких предшественников элемента №114, но эти элементы как раз попадают во впадину неустойчивости и не могут быть синтезированы. Очевидно, что получить сверхтяжелые атомные ядра можно лишь методами, исключающими необходимость предвари-тельного получения нестабильных ядер. Такими методами, согласно Флерову, могут быть следующие:
94Pu + 80Zn → 124Э. Число нейтронов в ядре элемента №124, получающемся таким об-разом, приближается к магическому N = 184. Однако ясно, что ускорить ядра 30Zn до больших энергий – трудная задача.
228 изотопы, сильно обогащенные нейтронами (по сравнению с естествен-ными изотопами тех же элементов). Так, облучение урана ксеноном, как полагает Флеров, приведет к синтезу достаточно стабильных, недефи-цитных по нейтронам изотопов элементов с Z = 114 – 126 и № ≈ 184. Достижение центра "острова стабильности" возможно только с ис-пользованием тяжелых ядер:
Перспективна также бомбардировка урана ураном или урана ксено- ном. Последние успехи ядерного синтеза связаны с получением элемен-тов №107 – №110. В 1984 г. в Дубне на новом мощном циклотроне V-
Pb + Fe → 108Э, Bi + Mn → 108Э были получены три изотопа элемента №108. Они были зафиксированы по характерному для них α -излучению (44 акта распада). Авторы откры-тия считают, что обнаруженные изотопы элемента с Z = 108 значитель-но более стабильны к спонтанному делению, чем элементы №104 и №106, что дает надежду на получение еще более стабильных элементов при увеличении Z. Действительно , синтез элемента №110 показал, что период полураспада , полученного бомбардировкой тория и урана ядра-ми Ca и Ar, изотопа элемента №110 составляет сотые доли секунды. Это говорит о значительно большей стабильности элемента №110, чем, на-пример, элемента №108, для которого период полураспада выделенного изотопа составлял только 2 мс. Синтез элемента №110 вселил в авторов этого исследования оптимизм – они считают, что уже нащупывается "почва острова стабильности". Синтез новых сверхтяжелых элементов, достижение "острова ста-бильности" и, по крайней мере, экспериментальная проверка упомяну-тых гипотез сдерживаются сейчас отсутствием чрезвычайно мощных ускорителей тяжелых ионов. Однако существует способ проверки суще-ствующих гипотез. Он связан с поиском сверхтяжелых элементов в при-роде. Действительно, можно предположить, что некоторые изотопы элементов, находящихся в районе "острова стабильности", достаточно устойчивы к спонтанному распаду и поэтому могут быть обнаружены на 229 Земле и в Космосе. Например, по расчетам Сиборга, ядро элемента №114 с дважды магическим числом нуклонов (Z = 114, N = 184) должно иметь период спонтанного полураспада, равный 1016 лет, а период полу-распада, сопровождающегося α -излучением, равный ∼1 году (β -распад не предполагается). Резко повысился интерес к поискам элемента №114 в природных объектах после того, как Фаулер (США) в 1967 г. в следах космических лучей на эмульсиях обнаружил треки, которые могли оставить элементы
Можно предположить, что в земной коре имеется долгоживущий, спонтанно делящийся излучатель. Следы его деления наблюдались в некоторых образцах свинцовых стекол. Следы деления нельзя приписать обычному свинцу, но они могут принадлежать его тяжелому аналогу. Если период полураспада экасвинца больше, чем 108 лет, то содержание его в образцах достаточно для обнаружения. Для этих целей использует-ся чрезвычайно чувствительная аппаратура – так называемые пропор-циональные счетчики, в которых фон, определяемый космическим излу-чением, сведен к минимуму – 1 импульс за 30 суток. В таких условиях фиксируемые акты распада предполагаемого экасвинца составляют 85 – 90% от общей фиксируемой активности. Надо отметить, однако, что не все исследователи согласны с тем, что обнаруженный спонтанный распад принадлежит экасвинцу. С их точки зрения период полураспада обнаруженного элемента слишком мал для того, чтобы данный изотоп до нашего времени мог сохраниться. Не исключено, что ошибка состоит как раз не в самом факте обнаруже-ния, а в определении периода полураспада. Так или иначе поиски сверх-тяжелых элементов в природе (космическая пыль в снегах Арктики, свинцовые руды, метеориты и т.д.) продолжаются. Контрольные вопросы
230
Задачи 231
n > 0
Какие порядковые номера имеют в такой Вселенной первые два инертных газа, учитывая, что к этим атомам применимы обычные пра-вила заполнения электронных орбиталей?
Дополнительная литература
школа, 1978. С. 5-78.
232
Мир. 1982. С. 302-414.
Изд-во МГУ, 1991. С. 338-377.
103.
школа. 1973. С. 22-49.
233 |