Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Реакции под действием нейтронов 1В + оп — + зЬ! + 2Не ~В(п, о)2Ь! 2,Со + оа т 2!Со + 7 2',Со(п 7)2!Со 5. Реакции под действием фотонов (7-излучение) 22Сц + 7 т 22С + оп ~~Со(7, п)22Сп ~зА» + 7 — Ф ~2Мд + 1п ыА1( 7, р)~2М8 * 1 эВ = 1,60201 10'э Дж; 1 эВ/моль = 96486 Дж/моль. ** Принята следующая сокращенная зались ядерных реакций: в скобках сначала указывают бомбардирующую частицу, затем частицу, получаемую в результате реакции; слева от скобок ставят символ исходного ядра с соответствующими индексами, справа — символ получаемого ядра и его индексы.
12 Решающую роль в развитии ядерной химии сыграло открытие в 1939 г. процесса деления ядер урана при облучении нейтронами: В реакциях деления ядро расщепляется на два новых сильно радиоактивных ядра с неодинаквыми массами. Реакция деления ядра сопровождается выделением огромного количества энергии. При протекании, например, рассматриваемой реакции выделяется энергия 2 10!о кДж/моль или 8,4 10'о кДж/кг 21%.
Это соответствуег теплоте сгорания 2 млн. кг высококалорийного каменного угля. В реакции деления на один затраченный нейтрон образуется 2 — 3 новых нейтрона, которые, в свою очередь, могут вызывать реакцию деления ядер. Таким образом может произойти лавинообразное увеличение числа расщепляемых ядер, т.е. пепкая реак1п1я. Если не регулировать развитие цепей, то процесс протекает практически мгновенно и сопровождается взрывом.
На этом основано действие атомной бомбы. Управляемые реакции деления ядер (урана, плутония) используются в ядерных реакторах. При этом производится энергия и получаются радиоактивные изотопы других элементов. Важным видом ядерных реакций являются гп!Ршоядсрнме реахщ1к. Это реакции слияния (синтеза) атомных ядер в более сложные.
В качестве примера термоядерной реакции можно привести синтез ядер гелия из ядер водорода (протонов) по суммарному уравнению: 4!Н вЂ” т 4Не + 2»»' Термоядерные реакции сопровождаются выделением колоссального количества энергии. Так, в результате синтеза гелия из водорода должна выделиться огромная энергия, равная 644 мли. кДж на 1 г водорода. Она в 3 млн. раз больше, чем энергия, выделяемая при сжигании водорода, и в 15 млн.
раз больше энергии, получаемой при сжигании высококалорийного каменного угля. Решение проблемы управляемых термоядерных реакций позволит человечеству использовать неисчерпаемые запасы внутриядерной энергии. Изучение закономерностей ядерных превращений важно для установления природы ядерных сил и создания теории строения ядра. Изучение ядерных реакций имеет и большую практическую ценность, Это прежде всего использование ядерной энергии, искусственное полу— чение новых химических элементов, разнообразных радиоактивных изотопов, Развитие техники ускорения частиц позволило воссоздавать 13 в лаборатории процессы, приближающиеся к происходящим в земной коре и космическом пространстве. Это дает возможность представить генезис химических элементов в природе.
г 5. СИНТЕЗ ЭЛЕМЕНТОВ В 1869 г., когда Д,И. Менделеевым был открыт периодический закон, было известно всего 63 элемента. На основании периодического закона Д.И. Менделеев предсказал существование 12 новых элементов и для трех из них (Оа, Ое, Вс) описал свойства. В течение полувека (1875 — 1925) были обнаружены в природе почти все элементы, расположенные в таблице Менделеева до урана. Путеводной нитью для поиска н установления химической природы элементов явился периодический закон и метод предсказания, использованный Д.И.
Монделеевым. С 1925 г. оставались не открытыми только элементы с атомными номерами 43, 61, 85 и 87, которые, как оказалось, не образуют устойчивых изотопов. Первым был получен синтетическим путем технеций Тс — 43-й элемент, который заполнил пустовавшую до 1937 г. клетку в периодической системе между молибденом и рутением. Технеций впервые был получен прн облучении молибдена дейтронами: в,"Мо + Н вЂ” в ыТс -|- 'и нли 'гМо(в), и) вТ В 1940 г.
облучением висмута а-частицами получен 85-й элемент астат Ав: вгВ| +,'Не — В ввАВ + 2ап или в~В)(о, 2п) ввА1 Элементы 61-й (прометнй Рвп) и 87-й (франций Рг) были обнаружены в продуктах ядерного распада урана. Для синтеза трансурановых элементов используются реакции, в которых участвуют нейтроны, дейтроны, а-частицы с энергией порядка 3 10'г кДж/моль н многозарядные ионы ('аВв', 'гСв', 'вХв', '"Ов', ггХе'а') с энергией до 1,2 10'в кДж/моль (130 МэВ). Успехи в синтезе и изучении трансурановых элементов в основном связаны с работой американских ученых Калифорнийского уннверсиь тета (г.
Берклн) под руководством Г. Сиборга и ученых Института ядерных исследований (г. Дубна) под руководством Г Н. Флерова. В 1987 г, в Дубне при бомбардировке ядер тория ионами кальция, а урана ионами аргона был синтезирован элемент 110. Период полураспада трансурановых элементов быстро уменьшается с ростом заряда ядра. Однако имеются основания считать, что среди сверхтяжелых элементов повышенной устойчивостью должны обладать ядра с замкнутыми нуклоннымн слоями с магическими числами протонов Я = 114 и 126 и нейтронов А| = 184. Развитие физики и химии трансурановых элементов непосредственно основывается на периодическом законе Д.И.
Менделеева. В свою очередь исследования в области трансурановых элементов не только углубляют сведения о строении и свойствах атомных ядер, но также расширяют наши представления о структуре периодической системы. Несмотря на огромные достижения науки за прошедшее столетие, система Д.И. Менделеева в принципах построения не претерпела сколько-нибудь заметных изменений, развитие представлений о периодической системе по сути дела коснулось лишь расширения ее нижней границы.
Уместно здесь вспомнить высказывание Д.И. Менделеева: аПериодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает". 3 6. ЯДЕРНЪ|Е РЕАКЦИИ В ПРИРОДЕ На изучении закономерностей ядерных реакций и радиоактивного распада строятся теории происхождения химических элементов и их распространенности в природе, Как показывают данные ядерной физики и астрофизики, синтез и превращение элементов происходят на всех стадиях эволюции звезд как закономерный процесс их развития. Образование ядер с усложнением их состава может происходить в природе либо путем слияния заряженных частиц (элементарных частиц или атомных ядер) друг с другом, либо в результате реакций поглощения нейтронов.
Условия, необходимые для этих процессов, возникают либо в недрах звезд различных типов, где заряженные частицы ускоряются при высоких температурах (порядка сотен миллионов градусов), либо в звездных атмосферах, где частицы ускоряются мощными электромагнитными полями. При 10 — 20 млн. градусов в звездах протекают реакции превращения водорода в гелий.
Эта реакция — основной источник огромной энергии, поддерживающей Солнце и большинство звезд в раскаленном состоянии. В звездах другого типа и возраста при температурах выше 150 млн. градусов протекают термоядерные реакции гелия с образованием устойчивых изотопов углерода, кислорода, неона, магния, серы, аргона, кальция и дрэ ~Не(вв, у)вВе(о, 7)вгС(п, 7)ыО(п . )гаыс(е 7)гвМ8 15 Протекают также реакции с участием протонов и нейтронов и образуются элементы вплоть до висмута. Образование самых тяжелых элементов — урана, тория, трансурановых элементов — происходит при взрыве сверхновых звезд.
При таком взрыве высвобождается колоссальнан энергия, и температура достигает порядка 4 млрд, градусов, что позволяет осуществиться реакциям образования самых тяжелых элементов. В недрах планет не могут возникать столь высокие температуры, а следовательно, и протекать столь разнообразные ядерные реакции, как в горячих звездах. На Земле превращение элементов в основном обусловливается радиоактивным распадом. Это приводит к некоторому изменению изотопного состава существующих элементов, из которых 25% радиоактивны. В недрах Земли обнаружены также ничтожные количества некоторых из синтезированных в лаборатории элементов (прометия, франция, нептуния, плутония, технеция и др.).
По-видимому, они возникали когда-то в значительных количествах, однако вследствие неустойчивости исчезли. В настоящее время эти элементы образуются в результате ядерных реакций, вызываемых космическими лучами, или как продукты радиоактивного распада других элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
