Таблиц менделеева с новыми элементами
Сколько всего открыто химических элементов?
В 2019 году таблице Менделеева исполнилось 150 лет. Первый ее вариант содержал лишь 63 элемента. Но процесс добавления туда элементов не остановился и по сей день.
Сколько же сейчас существует открытых химических элементов.
По состоянию на начало 2020 года учеными официально открыто 118 химических элементов, которые имеют соответствующие порядковые номера с 1 по 118. При этом 94 элемента имеют природное происхождение, а еще 24 открыты искусственным путем – при помощи проведения ядерных реакций.
Интересный факт: последний 118 химический элемент, официально открытый и подтвержденный 28 ноября 2016, носит название оганесон в честь Юрия Оганесяна – знаменитого академика. Это второй элемент, названный в честь ныне живущего человека (первый – сиборгий).
Раньше ученые открывали элементы, обнаруживая их в природе. Для этого исследовали различные минералы, разделяли их на отдельные компоненты. Но они не могут быть в бесконечном количестве – после урана последующие открытия осуществляются лишь синтетическим путем.
Как именно происходит процесс открытия нового элемента? Говоря простым языком, производится реакция слияния двух ядер. Одно ядро выступает «мишенью», а второе – атакующей частицей. Визуально это можно представить в виде капли жидкости, которая вибрирует и, в итоге, разделяется на две капли – образуется новый элемент. Сложность заключается в том, что одни элементы могут существовать долго, а другие распадаются буквально за считанные минуты. Это затрудняет изучение и открытие новых элементов. Также ученые пытаются создать тяжелые элементы, что на практике является еще более сложной задачей.
В современной версии таблицы элементы 104-118 являются сверхтяжелыми. Это значит, что они обладают существенной атомной массой. Элементов, тяжелее урана, не обнаружено – все последующие образуются только искусственно. В настоящее время ученые занимаются активными поисками элементов под номерами 119 и 120.
Основная цель – понять, насколько большой может оказаться таблица, и какие силы заставляют столь тяжелые атомы держаться вместе. Сверхтяжелые элементы открывают путем объединения двух легких. По такой схеме были обнаружены элементы 113, 115, 117 и 118.
Подобные исследования происходят лишь в считанных лабораториях, расположенных в разных странах мира. Есть такой специализированный объект и в России. Главным российским научным центром в данной области является Объединенный институт ядерных исследований, расположенный в технополисе Дубна (Московская область).
Именно здесь за последние 20 лет было искусственно создано 5 элементов – со 114 по 118. Также в Дубне создается Фабрика сверхтяжелых элементов – установка, которая должна упростить синтез.
Источник
Российские ученые намерены открыть новые элементы таблицы Менделеева
МОСКВА, 9 фев — РИА Новости. Специалисты Объединенного института ядерных исследований (Дубна, Московская область) могут в 2022 году приступить к работам по синтезу новых сверхтяжелых элементов таблицы Менделеева, заявил директор ОИЯИ академик РАН Григорий Трубников.
«Главная наша задача (в 2021 году) – наработать максимальную статистику с тем, чтобы понимать, где искать новые элементы – 119-й, 120-й, 121-й, и какие у них будут свойства», — добавил он.
Трубников пояснил, что на химические свойства сверхтяжелых элементов сильно влияют так называемые релятивистские эффекты, являющиеся следствием теории относительности. «Релятивистские эффекты сказываются таким образом, что по периодическому закону это должен быть газ, а он ведет себя как металл. И очень интересно, что же за границей оганесона – 118-го элемента, самого тяжелого элемента на данный момент», — добавил директор ОИЯИ.
Все элементы тяжелее урана получают в ядерных реакторах или с помощью ускорителей при столкновении ядер других элементов. А сверхтяжелые элементы ученые синтезируют только на ускорителях путем бомбардировки тяжелыми ионами мишеней из трансплутониевых элементов. При слиянии ядер мишени и «снаряда» на короткое время возникает ядро сверхтяжелого элемента.
К настоящему времени ученые из разных стран получили ряд сверхтяжелых химических элементов, заканчивающийся 118-м элементом. Наибольший вклад в достижение этих результатов внесли российские специалисты из ОИЯИ под руководством выдающегося мирового ученого академика Юрия Оганесяна. В его честь 118-й элемент назван «оганесон».
Ранее Оганесян не исключил, что в будущем, по мере синтеза новых сверхтяжелых элементов и изучения их свойств, таблица Менделеева может изменить свой нынешний привычный вид.
Сейчас в крупнейших ядерно-физических центрах мира фактически начаты работы по синтезу 119-го, 120-го и 121-го элементов, который назвали «большой гонкой». В Дубне намерены первыми получить новые элементы. В ОИЯИ работает уникальная по мировым меркам научная установка — так называемая «Фабрика сверхтяжелых элементов». Ее центральной частью стал ускоритель заряженных частиц — циклотрон DC-280. Благодаря этой новой технике эффективность экспериментов по синтезу сверхтяжелых элементов многократно повышается. В декабре 2020 года на этой «фабрике» начат цикл экспериментов по синтезу сверхтяжелых элементов.
«Думаю, что. за полгода-год мы бы наработали статистику по сверхтяжелым элементам, которую все человечество нарабатывало последние 20-30 лет во всех лабораториях мира – от Японии до Америки. Ну разве это не достижение? Это абсолютно точно укрепляет Россию не просто в первых рядах, а на первом месте в этой физике», — отметил Трубников.
Источник
Магия увлекла
Сообщение о создании учеными Киотского университета новой периодической системы химических элементов сразу облетело мировые СМИ. Что и понятно. Ведь когда-то таблица Менделеева стала одним из величайших открытий в химии. Она внесла удивительный порядок в, казалось бы, хаотическое нагромождение разнообразных элементов. Наш великий соотечественник расположил элементы так, чтобы соседи по столбцу имели схожие химические свойства.
Что же нового придумали японцы? Здесь важно подчеркнуть, что, создавая свою таблицу, Менделеев ничего не знал ни о строении атома, ни о его ядре, ни о том, что электроны расположены на оболочках. А самое главное, что в одном столбце его таблицы находятся элементы с одним и тем же числом электронов на последней электронной оболочке. Все это было открыто через много лет. Можно сказать, что Менделеев совершил свое открытие не только во сне, но с завязанными глазами. И очередной раз можно только поразиться его предвидению.
У японцев ситуация принципиально иная. У них глаза широко раскрыты. Их таблица создана на основе уже имеющихся знаний о ядре атомов, состоящих из протонов и нейтронов. Еще в 1963 году была присуждена Нобелевская премия за модель, согласно которой протоны и нейтроны в ядре тоже расположены на оболочках. Ядро, у которого последняя протонная нейтронная оболочка полностью заполнена, особенно устойчиво, не вступает в ядерные реакции. Но практически не вступают в химические реакции и инертные газы, у которых полностью заполнена последняя электронная оболочка.
Аналогия очевидна. Именно на ней японские ученые и построили свою периодическую таблицу, взяв за основу не электронные, а протонные оболочки атомных ядер. И подход очевиден: надо «плясать от печки» — от ядер с полностью заполненными протонными оболочками. Это гелий, кислород, кальций, никель, олово, свинец и флеровий. Число протонов в их ядрах составляет 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 114, соответственно. Эти числа называют магическими за ту особую устойчивость, которую они придают ядрам.
Именно эти элементы японские ученые расположили в одном столбце, аналогичном столбцу инертных газов в таблице Менделеева. На основе такого столбца они и создали свою таблицу, расположив в строках элементы слева направо по мере заполнения оболочек.
Исследователи надеются, что предложенный ими альтернативный способ представления химических элементов даст возможность другим ученым по-новому взглянуть на уже известные химические и физические закономерности и приведет к новым открытиям.
Описание новой таблицы японские ученые опубликовали в журнале Foundations of Chemistry.
Алексей Хохлов, академик РАН:
Некоторые СМИ уже сравнивают эту таблицу с той, что была создана великим Менделеевым. Говорят,что она может привести к новым открытиям.
Алексей Хохлов: Подобные заявления могут делать только те, кто плохо в школе учил химию. Таблица Менделеева связана не с ядром атома, а с электронами. Они определяют практически все химические связи и химические закономерности. Японские ученые проиллюстрировали некоторые уже известные факты, связанные со строением атомного ядра. Но особенности строения ядра на химические свойства почти не влияют, это не та епархия. Разве что имеют отношение к радиоактивному распаду.
Источник
150 лет таблице Менделеева — как сейчас открывают новые элементы?
Егор Морозов | 4 Марта, 2019 — 17:10
Аппарат для генерирования пучков ионов в Центре исследований тяжелых газов в Дармштадте, с помощью которого происходит синтез сверхтяжелых элементов.
Редкое радиоактивное вещество доставили из Соединенных Штатов в Россию коммерческим рейсом в июне 2009 года. Таможенники отказались пропустить пакет, который был скрыт за свинцовой защитой и украшен предупреждениями и зловещими символами трилистника (знак ионизирующих излучений), отправив его назад на другую сторону Атлантики.
Американские ученые приложили дополнительные сопроводительные материалы, и посылка отправилась во вторую поездку, чтобы снова получить отпор. Все это время ценный груз, 22 миллиграмма элемента под названием берклий, созданный в ядерном реакторе Национальной лаборатории Ок-Риджа в штате Теннесси, постепенно терялся. День за днем его атомы распадались. «Мы все были безумно возмущены», — говорит Джули Эзольд, физик-ядерщик из Оук-Риджа.
С третьей попытки посылку растаможили. В лаборатории в Дубне, к северу от Москвы, ученые бомбардировали берклий ионами кальция, пытаясь создать еще более редкое вещество. После 150 дней бомбардировки исследователи обнаружили шесть атомов элемента, который никогда ранее не был замечен на Земле. В 2015 году, после того как другие эксперименты подтвердили открытие, элемент 117, теннесин, занял свое место в таблице Менделеева.
Реактор в Ок-Ридже, в котором и был получен берклий для отправки в Россию.
Ученые надеются продлить периодическую таблицу еще дальше, за пределы теннесина и трех других недавно открытых элементов (113, 115 и 118), которые попали в седьмую строку таблицы. Создание следующих элементов потребует кардинально новых технологий синтеза с использованием сверхмощных пучков ионов — электрически заряженных атомов. Не говоря уже о проблемах доставки большего количества радиоактивных материалов через границы.
Вопросы, связанные с пределами таблицы Менделеева, слишком заманчивы, чтобы не прилагать усилий для ответа на них. 150 лет назад русский химик Дмитрий Менделеев создал свою периодическую таблицу. Тем не менее, «мы до сих пор не можем ответить на вопрос: какой самый тяжелый элемент может существовать?», — говорит химик-ядерщик Кристоф Дюльман из Центра исследований тяжелых ионов в Дармштадте, Германия.
На дальнем краю таблицы Менделеева элементы распадаются практически в момент их формирования, что дает очень мало времени для изучения их свойств. На самом деле, ученые до сих пор мало что знают о последних новооткрытых элементах. Таким образом, в то время как некоторые ученые охотятся за никогда ранее не получаемыми элементами, другие хотят узнать больше о новичках в таблице и странном поведении, которое могут демонстрировать эти сверхтяжелые элементы.
Для таких огромных атомов химия может работать иначе, так как ядра, сердца в центре каждого атома, «распирает» от сотен протонов и нейтронов. Вокруг них кружатся огромные стаи электронов, некоторые из которых движутся со скоростью, близкой к скорости света. Такие экстремальные условия могут иметь серьезные последствия — например, они могут спутать привычный порядок периодической таблицы, в которой элементы в каждом столбце являются близкими родственниками, которые ведут себя схожим образом.
Владислав Щеглов осматривает емкости с берклием после их доставки в Россию.
Ученые продолжают открывать эти сверхтяжелые элементы в поисках того, что поэтично назвали «островом стабильности». Ожидается, что атомы с определенным количеством протонов и нейтронов будут жить дольше, чем их соседи, и сохраняться, возможно, часами, а не долями секунды. Такой остров даст ученым достаточно времени, чтобы более внимательно изучить эти элементы и понять их свойства. Первые проблески этого загадочного острова были обнаружены, но не ясно, как высадиться на его берегах.
Движущей силой всех этих усилий является любопытство — как элементы действуют на границах периодической таблицы? «Это может показаться банальным, но на самом деле это просто чистое научное любопытство», — говорит ядерный химик Дон Шонесси из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии. «У нас есть вещи, которые действительно находятся на краю материи, и мы не понимаем, как они себя ведут».
Каждый химический элемент определяется количеством протонов, которые он содержит. Создайте атом с большим количеством протонов, чем когда-либо прежде, и вы получите совершенно новый элемент. Каждый элемент имеет различные подвиды, известные как изотопы, различающиеся по количеству нейтронов в ядре. Изменение количества нейтронов в ядре атома изменяет тонкий баланс сил, что делает ядро стабильным или заставляет его быстро распадаться. Разные изотопы элемента могут иметь совершенно разные периоды полураспада — то есть период времени, в течение которого половина атомов в образце распадается на более мелкие элементы.
Периодическая таблица Менделеева, представленная Российскому химическому сообществу 6 марта 1869 года, содержала только 63 элемента. Поначалу ученые дополняли ее, выделяя элементы из природных материалов: например, изучая минералы и разделяя их на составные части. Но было очевидно, что это рано или поздно закончится. Все элементы за пределами урана (элемент 92) должны быть созданы искусственно — они не существуют в значительных количествах в природе. Ученые открывают элементы за пределами урана, бомбардируя атомы нейтронами или маленькими атомными ядрами, или же просеивая «ядерные обломки» в результате испытаний термоядерного оружия.
Но, чтобы сделать самые тяжелые элементы, исследователи используют новый подход — грубую силу: бомбардируют тяжелыми атомами цель — диск, который состоит из атомов другого элемента. И, если ученым повезет, атомы в пучке и мишени сливаются, создавая новый атом с более тяжелым ядром, который, возможно, содержит больше протонов, чем любой другой известный.
Исследователи используют эту стратегию для поиска элементов 119 и 120. Ученые хотят создать такие невиданные ранее атомы, чтобы проверить, как далеко заходит периодическая таблица, удовлетворить любопытство о силах, которые удерживают атомы вместе, и понять, какая странная химия может происходить с этими экстремально тяжелыми атомами.
Такой процесс объединения двух легких элементов в новый, более тяжелый, происходит только на узкоспециализированных объектах в нескольких точках земного шара, включая лаборатории в России и Японии. Исследователи тщательно выбирают структуру пучка и цели в надежде создать атом желаемого элемента. Так были созданы четыре новейших элемента: нихоний (элемент 113), московий (115), теннесин (117) и оганесон (118).
Текущий вид таблицы Менделеева. Синим показаны сверхтяжелые элементы, красным — те, которые сейчас активно ищут.
Например, для создания теннесина ученые объединили пучки кальция с мишенью из беркелия — когда, наконец, берклий прошел через таможню в России. Объединение имеет смысл, если учесть количество протонов в каждом ядре. В кальции 20 протонов, а в беркелии — 97, что в сумме составляет 117 протонов: количество, найденное в ядре теннесина. Объедините кальций со следующим элементом в таблице, калифорнием, и вы получите элемент 118, оганесон.
Использование пучков кальция — в частности, стабильного изотопа кальция с общим числом протонов и нейтронов, равным 48, известного как кальций-48 — было очень успешным. Но для создания сверхтяжелых ядер потребовались бы все более экзотические материалы. Калифорний и берклий, использовавшиеся в предыдущих работах, настолько редки, что целевые материалы приходилось изготавливать в Ок-Ридже, где исследователи «варят» материалы в ядерном реакторе в течение нескольких месяцев и тщательно обрабатывают выходящий высокоактивный продукт. Вся эта работа может производить только миллиграммы материала.
Чтобы обнаружить элемент 119 с использованием пучка кальция-48, исследователям понадобится мишень из эйнштейния (элемент 99), который встречается еще реже калифорния и берклия. «Мы не можем сделать достаточно эйнштейния», — говорит физик Джеймс Роберто из Оук-Риджа. Ученым нужен новый подход. Они переключились на новые, пока еще непроверенные методы, основанные на использовании различных пучков частиц.
Процесс получение оганесона: бомбардировка ионами кальция мишени из калифорния.
Но любой новый подход должен позволять производить новые элементы достаточно часто, чтобы иметь смысл. Японскому эксперименту потребовалось почти девять лет, чтобы доказать существование нихония. За это время исследователи обнаружили признаки синтеза этого элемента всего три раза.
Чтобы избежать такого долгого ожидания, ученые тщательно выбирают свою тактику и приборы, чтобы ускорить поиск. Команда из центра RIKEN недалеко от Токио использует пучки ванадия (элемент 23), а не кальция, бомбардируя ими мишень из кюрия (элемент 96), в надежде найти элемент 119 и обрести славу. Группа начинала с существующего ускорителя и вскоре переключится на более новый ускоритель, модернизированный для откачки ионных пучков, что должно усилить бомбардировку. Этот обновленный ускоритель должен быть готов в течение года, говорит ядерный химик из RIKEN Хиромицу Хаба.
Между тем, новая лаборатория в Объединенном институте ядерных исследований, или ОИЯИ, в Дубне, называемая Заводом сверхтяжелых элементов, может похвастаться ускорителем, который будет запускать пучки ионов, которые бьют по цели в 10 раз быстрее, чем его предшественник. В предстоящем эксперименте ученые планируют направить пучки атомов титана (элемент 22) в мишени из берклия и калифорния, чтобы попытаться получить элементы 119 и 120.
Установка в Дубне, с помощью которой будут синтезировать элементы с индексами 119 и 120.
Как только новый эксперимент ОИЯИ будет запущен, элемент 119 может быть обнаружен через пару лет, говорит физик-ядерщик ОИЯИ Юрий Оганесян, в честь которого был назван один из открытых там элементов — оганесон.
На этом мы заканчиваем первую часть статьи — во второй (и заключительной) поговорим о том, есть ли конец у таблицы Менделеева, и как в открытие новых элементов вмешивается теория относительности Эйнштейна.
Источник
В Дубне создали самую большую в Евразии таблицу Менделеева
Самая большая в Евразии Периодическая таблица Менделеева, почти в два раза больше той, что находится в Испании, открылась в подмосковной Дубне. Событие приурочено к 65-летию расположенного здесь Объединенного института ядерных исследований и самого города.
Как сообщили «МК» в ОИЯИ, площадь таблицы составляет более 284 кв. м, ее разместили на стене плавательного бассейна «Архимед» на набережной Волги. Таблица хорошо просматривается и со стороны города, и с проплывающих мимо круизных теплоходов.
Примечательно, что именно в ОИЯИ, в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флёрова под руководством академика РАН Юрия Оганесяна, были получены все известные к настоящему времени сверхтяжелые элементы — от 113-го до 118-го (последний даже назван в честь ученого — «оганесон Og»). Юрий Цалакович является вторым в мире ученым, в честь которого новый элемент Периодической таблицы назван при его жизни (первым был американский ученый Гленн Теодор Сиборг).
— Если вы посмотрите таблицу Менделеева в Интернете, там их огромное количество, по-моему, 1500 видов, — говорит сам Юрий Цалакович. — Мы выбрали не просто декоративный вариант, но и содержательный с точки зрения науки. Наша таблица будет очень хорошо смотреться ночью, с подсветкой. Кроме того, рядом с таблицей слева есть свободное поле, на нем можно транслировать лекции, рассказывать об истории открытия элементов, об их химических свойствах. Панно станет новой достопримечательностью наукограда Дубны, популяризирующей науку.
Ученые Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) внесли выдающийся вклад в открытие наиболее тяжелых элементов Периодической таблицы. Всего со дня образования ОИЯИ (1956 год) таблица пополнилась 18 новыми элементами (со 101-го по 118-й), из которых в ОИЯИ синтезировано 10, в том числе 5 самых тяжелых элементов. Названия двух из открытых в ОИЯИ элементов: дубний и московий — связаны с местом расположения института, а еще двух: флеровий и оганесон — с именами выдающихся ученых.
Источник