Контрольные работы, курсовые, дипломные, рефераты, а также подготовка докладов, чертежей, лабораторных работ, презентаций и еще много всего. Недорого и быстро.
Продукты распада - 4 металла и газ
2 - радиоак-
Открытие радиоактивных элементов радия и полония в урановых рудах неизбежно рождало вопрос: как эти элементы могли "появиться" из урана? Мы не ставим себе задачу проследить здесь извилистые и отмеченные многими ошибками пути, по которым шли первые исследователи естественной радиоактивности. Выявлением ряда радиоактивного распада занималось множество ученых. Сегодня мы знаем, что у радиоактивных элементов от номера 81 и выше можно проследить три ряда радиоактивного распада. Два из них начинаются изотопами урана с атомными массами 238 и 235, а"стартовая площадка" третьего -изотоп тория с атомной массой 232. Заканчиваются все эти ряды на изотопе свинца ибо он и есть конечный продукт радиоактивного распада.
Радиоактивные превращения элементов послужили прекрасным примером глубокого проникновения человека в закономерности и взаимосвязи форм существования материи. Этот факт отметил Фредерик Жолио-Кюри в своей речи по поводу присуждения ему Нобелевской премии в 1935 г. Он сказал: "Открытия показали, что во Вселенной нет неделимых атомов, созданных раз и навсегда и существующих неизменными вечно. В действительности мы можем наблюдать их, поскольку (и насколько) они уцелели при распаде". "Выживание" осколков атомов с короткими (по сравнению с геологическими эпохами) периодами полураспада возможно, разумеется, лишь тогда, когда их запасы постоянно пополняются в результате распада каких-то радиоактивных веществ.
Раоиоактивный распад: 1 - свинцовый экран; тивный препарат
г
ОС- Распад
Z
El-
-jHe _ го-4
/3- KiClKJA
Ж Z
El-
ж
^El+frievflie
Рассмотрим радиоактивный распад подробнее. При естественном распаде ядра появляются три вида излучения: альфа-излучение (это ядра атомов гелия 2 He2+ ), бета-излучение (электроны с отрицательным зарядом) и гамма-излучение (рентгеновское излучение с очень малой длиной волны). Под действием магнитного поля альфа- и бета-лучи отклоняются, причем в разные стороны и в различной степени.
При альфа-распаде заряд ядра (он равен атомному номеру) уменьшается на две единицы, а масса — на четыре. При бета-расплаве заряд ядра атома увеличивается на единицу, а новый элемент переходит в соседнюю клетку менделеевской таблицы.
Бета-распад - следствие перехода нейтрона ядра в протон. Высвобождающаяся при этом энергия выдается в виде бета-лучей (потока электронов).
Теперь обратимся к элементам (о радии и полонии говорить уже не будем), которые тоже входят в ряды радиоактивного распада.
Элемент № 89 — актиний, он же эманий. Результаты опытов супругов Кюри позволяли предположить, что в урановой смоляной руде должен быть еще один "радиоэлемент" из группы редкоземельных. Поисками этого элемента занялся уже известный нам Дебьерн, работавший в химико-физической лаборатории Сорбонны. Он охотно откликнулся на предложение Пьера Кюри заняться проблемами радиоактивности. Относительно скоро ему удалось открыть предполагаемый элемент, но после его выделения стало ясно, что он нередкоземельный. Дебьерн опубликовал свое сообщение в 1899 г. и назвал элемент актинием. Независимо от него элемент № 89 открыл в 1902 г. немецкий химик Ф.О.Гизель, назвавший его эманием.
Количества актиния, полученные в первые годы после его открытия, были очень малыми. При этом технологии, разработанной супругами Кюри, свидетельством, что химическая операция удалась, было излучение радиоактивного препарата. А о химических свойствах элемента можно было судить только по тем соединениям, которые выделились вместе с ним при химических разделениях.
Так как актиния в урановой руде очень мало (примерно в 300 раз меньше, чем радия), долгое время не удавалось выделить ни сколько-нибудь заметных количеств актиниевых соединений, ни тем более самого металла. Это удалось только позже. Актиний теперь получают при бомбардировке радия нейтронами. Образуется радиоактивный изотоп радия 22 7Ra, который в результате бета-распада переходит в актиний:
226 Ra +n= 227 Ra ^ 227 Ac
88 88 89
Источник актиния — протактиний, долгоживущий изотоп бревия. Открытие актиния породило вопрос, откуда же он произошел, иными словами, при распаде какого элемента образуется актиний. В 1913 г. немецкие ученые К.Фаянс и О.Геринг открыли "радиоэлемент" UX2. Они считали, что это продукт превращения элемента UX1. Если перевести это на современный язык, то элемент UX2 — изотоп протактиния 234Pa, получающийся при бета-распаде изотопа тория 234Th (именно его Фаянс и Геринг называли элементом UXi); 234 Th - 234 Pa + /?
90 91
Но то, что нам сейчас (после открытия закона радиоактивного смещения) кажется таким "простым", вовсе не было простым в те времена. Правда, жизнь исследователям значительно облегчила четкая формулировка явления изотопии, которую предложил в 1910 г. Фредерик Содди.
Надо сказать, что в те годы среди тяжелых элементов периодической системы не было того порядка, к которому мы привыкли сегодня. Торий тогда относили к четвертой дополнительной группе, а уран — к шестой. Согласно найденному Фаянсом и Герингом отношению, элемент UXi помещался в пятой дополнительной группе, т.е. был эка-танталом. Период полураспада элемента UX2 был чуть больше минуты, за что открыватели и назвали его бревием (от латинского "бревис" — короткий, недолгий).
В связи с открытием элемента UX2, или бревия, - очень недолговечного радиоактивного элемента — вопрос о происхождении актиния стал особенно важным, но и особенно неясным. Так писал в научной автобиографии Отто Ган (1879-1968 гг.). Вместе со своей ассистенткой Лизой Мейтнер (1878—1968 гг.) он через несколько лет нашел элемент, из которого получался актиний.
Отто Ган был по образованию химиком, но еще в молодые годы увлекся радиоактивностью. Поводом к этому было "случайное" открытие им "радиотория" (2JoTh) во время пребывания в Лондоне в 1905 г., где Ган практиковался в институте Рамзая. Это "случайное открытие", как Ган сам называл его впоследствии, побудило Рамзая предложить Гану всерьез заняться радиоактивностью, Уильям Рамзай считал, что это очень перспективное дело.
Лиза Мейтнер была физиком. Осенью 1907 г. она приехала из Вены в Берлин, чтобы совершенствоваться в теоретической физике у великого Макса Планка (1858-1947 гг.) и продолжать работы в области радиоактивности. В эти годы между Ганом и Мейтнер возник исключительно тесный научный контакт, и они очень дружно работали более 30 лет, пока этому не помешали порядки фашистской Германии.
В 1913-1914 гг. несколько групп физиков и химиков из разных стран обсуждали возможные пути образования актиния, причем ответы на этот вопрос были самыми различными, а требовался один, но четкий ответ. Несмотря на это, Ган и Мейтнер "не теряли мужества, особенно когда узнали, что радий источником актиния быть не может", как вспоминал потом Отто Ган. Но тут разразилась первая мировая война и Берлинский физический институт приостановил начатые работы. Ган был призван на военную службу, а Мейтнер уехала в Австрию и стала работать медсестрой в рентгеновском кабинете. Только в 1917 г. оба ученых смогли вновь встретиться и продолжить прерванную работу. Довольно скоро им удалось экстрагировать азотной кислотой из остатков смоляной руды танталоподобный элемент — источник актиния с атомной массой 231 и периодом полураспада 32500 лет. Сообщение об этом открытии было опубликовано в начале 1918 г.: новый элемент назвали протактинием*.
*. Название происходит от двух слов: "протос" (по-гречески - первый) и актиний. Тем самым как бы подчеркивается, что протактиний - "родоначальник" актиния. Прим.ред.
Практически в то же время ц независимо от Гана и Мейтнер Фредерик Содди и Джон Крэнстон в Англии опубликовали сообщение о своих исследованиях источника актиния. Они пытались выделить элемент из смоляной руды возгонкой. В полученных ими продуктах наблюдалось возрастающее содержание актиния (вследствие распада протактиния), но по данным самих авторов нового вещества в продуктах отгонки были лишь следы.
Между этими группами исследователей спор о приоритете никогда не возникал. Поэтому Содди и Крэнстон согласились с названием нового элемента, хотя и считали его не вполне корректным. Ведь подлинными открывателями элемента № 91 были Фаянс и Геринг, нашедшие протактиний еще в 1913 г. в виде его изотопа с атомной массой 234. Правда, его период полураспада был чуть больше минуты и международной комиссии практически нечего было предъявить, а у элемента, открытого Ганом и Мейтнер, период полураспада составлял много тысяч лет и никак не оправдывал названия "бревий". Ган поэтому считал, что вполне корректным, но, увы, не слишком лаконичным, было бы название "протактиний долгоживущий изотоп брения".
Несколько лет спустя сотрудник Гана Аристид фон Гроссе выделил первые несколько миллиграммов чистой окиси протактиния Pa2O5. Так, химики получили еще один радиоактивный (после радия) элемент в пригодных для исследования количествах.
Еще два элемента — франций и астат. Долгое время не было отбоя от желающих завершить первую основную группу периодической системы открытием эка-цезия. Но все "открытия" этого элемента не выдерживали никакой серьезной критики. Лишь в 1939 г. француженке Маргарите Перей, сотруднице института Кюри в Париже, удалось открыть элемент № 87.
Маргарита Перей занималась в то время исследованием одного препарата актиния, который она хотела очистить от продуктов его распада — тория-227, радия-223 и др. При этом она отметила резкое увеличение бета-излучения, которое не могло быть вызвано бета-распадом актиния. Она занялась тщательным исследованием и обнаружила, что актиний большей частью в результате бета-распада переходит в изотоп тория (радиоактиний), а кроме этого, при альфа-распаде образуется еще не известный радиоактивный элемент, характеризующийся сильным бета-излучением. Перей извлекла этот элемент на свет божий и назвала его "актиний К" Но новичок был очень недолговечным - его период полураспада был всего 22 мин. При бета-распаде нового элемента получался радий-223, т.е. тот элемент, который лежал на давно известном "тракте":
227 Ac ^ 227 Th " 223 Ra.
Отсюда ясно, почему "актиний К" так долго ускользал от пытливых исследователей. Маргарита Перей в последующие годы занималась химическими свойствами открытого ею элемента. Полученные результаты однозначно подтвердили, что этот элемент и есть эка-цезий. В 1946 г. исследовательница предложила назвать новый элемент францием в честь своей родины, а обозначить его символом Fa . Международный союз чистой и прикладной химии (ИЮПАК) принял это название, но предложил для элемента символ Fr.
Сегодня исследователи имеют франций в достаточных количествах, чтобы определить его свойства. Правда, его источник - актиний — трудно выделять из урановых руд; проще получать его нейтронной бомбардировкой радия:
Изотоп франция с атомной массой 231 имеется в ряду распада искусственного радиоактивного элемента нептуния. Здесь он получается из изотопа актиния 225Ac После альфа-распада из франция образуется элемент № 85 (астат) с атомной массой 217.
История астата такова. В 1931 г. Ф. Аллисон с сотрудниками опубликовали в американском журнале "Физикл ревью" сообщение об открытии элемента № 85 — эка-йода. Но впоследствии это открытие не подтвердилось. Элемент № 85 был открыт в 1940 г. в Радиационной лаборатории Калифорнийского университета в Беркли Э. Сегре, Д.Р. Корсоном и К.Р. Мак-Кензи и при бомбардировке висмутовых проб альфа-частицами на циклотроне. Первые радиохимические исследования показали, что искусственно получен (правда, в количествах, не достаточных для изучения) новый элемент, высший гомолог иода:
209 Bi + 4 Не = элемент№85 + 2 iu
83 2
Стало ясно также, что этот элемент - металл. Но вскоре исследования пришлось прекратить, так как началась вторая мировая война и многие физики-атомщики США вынуждены были переключиться на решение задач, связанных с войной. Когда правительство президента Рузвельта решило создать атомную бомбу (эти работы получили кодовое название "Манхаттан-проект"), среди других ученых в Лос-Аламос прибыл и Сегре. До 1946 г. он руководил там группой и был одним из ведущих специалистов в создании атомной бомбы. В 1946 г. он вернулся в Беркли и стал там профессором физики. Ему и его прежним сотрудникам удалось вернуться к исследованию элемента № 85. Через семь лет после своего первого открытия этот элемент получил имя астатин и символ At. На выбор названия повлияло то, что период полураспада нового элемента был очень небольшим, а на греческо-латинском жаргоне слово "астатин" означает неустойчивый.
В это же время австрийские исследователи Б. Карлик и Т. Бернет обнаружили астат в трех рядах естественного радиоактивного распада. Встречается он и в ряду распада нептуния. Самый долгоживущий изотоп астата — это астат-210: его период полураспада всего 8,3 час. А вот изотоп с атомной массой 216 из ряда распада тория имеет период полураспада около трех десятитысячных секунды! Да, астат оправдывает свое имя.
Газ со многими именами (радон). После открытия инертных газов неона, криптона и ксенона казалось, что группа этих элементов уже укомплектована. Об эка-ксеноне никто и не думал, да и в этой области периодической системы было много неясного. Правда, в том же 1898 г., когда были открыты три инертных газа, супруги Кюри открыли полоний с атомным номером 84, но следующий элемент., т.е. эка-йод, еще не был открыт. Было
бы логичным включить и эка-ксенон в ряд висмут - полоний — эка-иод. Но если гомолог йода был открыт лишь в 1940 г., то на след эка-ксенона напали гораздо раньше.
Вскоре после открытия радия в 1898 г. исследователи обратили внимание, что все вещества, находящиеся в непосредственной близости к радиевым солям, тоже становятся радиоактивными. Если же эти вещества удалить от радиевых солей, то они довольно быстро теряют свою радиоактивность. Одним из первых исследователей этого трудно объяснимого факта был немецкий физик Фридрих Эрнст Дорн. В 1900 г. он пришел к выводу, что радий должен испускать газ (тоже радиоактивный), который осаждается на находящиеся близко от радия вещества. Вскоре новозеландец Эрнест Резерфорд (1871— 1937 гг.), работавший тогда в Монреальском университете профессором физики, со своим учеником и сотрудником Фредериком Содди (1877—1956 гг.) сумел доказать это предположение. Газ назвали "эманацией"* радия". Уильям Рамзай исследовал его спектр и в 1910 г. определил атомную массу нового газа. Оказалось, что он примерно в ПО раз тяжелее водорода (если при нормальных условиях литр водорода весит 0,09 г. то эманация радия весила 9,9 г). Ра мзай дал газу имя нитон, так как в ожиженном состоянии в стеклянной трубке он блестел и светился, как при фосфоресценции (по-латыни "нитенс" — блестящий).
Но оказалось, что радиоактивные газы появляются не только у радия. Были обнаружены "эманация актиния" и "эманация тория". Все они входили в ряды радиоактивного распада, а когда Содди в 1910 г. открыл явление изотопии, выяснилось, что все они — изотопы элемента № 86. Решением Международной комиссии по радиоактивности этот элемент был назван радон**.
В природе радон имеется в исчезающе малых количествах. Его доля в земной коре составляет всего 6,2-10"16 %. Он встречается там, где есть минералы, содержащие торий и уран. Обнаружен радон и в некоторых источниках. По своему химическому поведению радон — типичный инертный газ, одноатомный и очень плохо вступающий в реакции. Лишь в последнее время удалось провести реакцию радона с фтором. Точный состав получающегося фторида установить пока не удалось, так как выделяющаяся при альфа-распаде радона энергия сильно затрудняет анализ. Применяется радон в очень небольших масштабах, например при лучевой терапии злокачественных опухолей, для измерения скорости прохождения газа через доменную печь и при испытании подземных газопроводов на плотность швов.
Blockchain http://python-uk.org/ development |
Вы находитесь на сайте Xenoid v2.0: |
|
Copyright © 2005-2013 Xenoid v2.0
Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки
Химия: решение задач