А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Дальнейшее заполнение состояний происходит также с отступлением от идеальной последовательности. Заметим, что у ксенона Хе завершается заполнение 4ет'-состояний, 5к- и 5р-состояний, но 4(состояния, 5ет-, 5(ъ 58-состояния остаются незаполненными, У цезия и бария заполняются ба-состояния. За~ем у лантана дополнительный электрон добавляешься на внутреннюю оболочку в 5е(-состоянии, а у следующих за ним 14 элементов заполняется 4(-'состояние.
Поскольку электроны в 4('-состоянии являются внутренними (более внешние оболочки уже заполнены), это заполнение 4('-состояния существенно не изменяет химических свойств элементов, которые определяются внешними электронами обо- лочки атома. Поэтому все эти 14 элементов имеют близкие химические свойства и в периодической системе элементов занимают одну клетку под именем лантанидов. Аналогичная ситуация повторяешься после актиния Ас, когда заполняется в основном 5('-состояние. Соответствующие элементы составляют группу актинидов. Из актинидов только торий, протактиний и уран существую~ устойчиво в природе, остальные были получены лишь искусственно в лабораториях.
Эти элементы называются трансурановьы ми. Их нестабильность обусловлена главным образом неустойчивостью ядер относительно спонтанного деления. 11одводя итог, можно сказать, что квантовая механика удовлетворительно объясняет все основные закономерности периодической системы элементов Менделеева. 5б. Трансурановые элементы Приводятся основные сведения о трансурановых элементах Причины нестабильности трансурановых элементов.
Последним стабильным элементом в периодической системе элементов, который существует в природе, является уран. Известно несколько изотопов урана. В природе встречается главным образом изотоп '~~() в смеси с небольшим количеством ~~~(). Изотоп '~'() служит горючим в ядерных котлах. Более тяжелые элементы существовать устойчиво не могут. Это объясняется тем, что силы кулоновского отталкивания протонов в ядре не могут быть уравновешены ядерными силами притяжения и ядро оказывается неустойчивым. Перевес сил кулонов- ского отталкивания протонов в ядре над силами ядерного притяжения б бб Трансурановые элементы зч ззч Менделеев дмвтйнв Ивгеовнч 0834-19077 Русский химик, ученый н педагог, прогрессивный общественный деятель. Открыл периодический закон химических злементов, предложил способ фракционного разлеления нефти, изобрел внд бездымного пороха. Автор фундаментальных работ по химии, физике, метрологии, воздухоплаванннк метеорологии, зкономике и др.
между нуклонами ядра наступает потому, что кулоновские силы являются дальнодействующими. Каждый протон практически взаимодействует со всеми другими протонами ядра, благодаря чему энергия взаимодействия растет пропорционально квадрату числа протонов в ядре ( зурз). учитывая, что число протонов в тяжелых ядрах примерно пропорционально числу нейтронов, заключаем, что кулоновская энергия взаимодействия прямо пропорциональна квадрату числа частиц в ядре: - !у'. С другой стороны, силы ядерного притяжения являются коротко- действующими, их действие проявляется лишь на расстояниях порядка 10 'з см, т.е. посредством ядерных сил между собой могут взаимодействовать лишь соседние ядерные частицы. А зто означает, что энергия ядерного взаимодействия возрастает пропорционально первой степени числа частиц Аз в ядре, а не квадрату числа частиц, как в случае кулоновской энергии взаимодействия.
Следовательно, энергия ядерного взаимодействия возрастает с числом частиц в ядре медленнее, чем энергия кулоновского взаимодействия. При малом числе ча- стиц энергия ядерного взаимодействия значительно больше энергии кулоновского взаимодействия, потому что ядерные силы значительно больше кулоновских сил. Но при увеличении числа частиц наступает такой момент, когда ядерные силы притяжения уже не в состоянии хотя бы уравновесить кулоновские силы отталкивания, и ядро становится нестабильным.
Этим и обусловливается наличие конца периодической системы элементов. Характеристика полученных трансурановых элементов. Однако ряд нестабильных элементов периодической системы, лежащих после урана, может быть получен искусственно. Эти элементы называются трансуранрвбь ми. Они относятся к ряду актинидов (см. й 55).
Лишь три элемента из этого ряда, а именно: .торий (У = 90), протактиний (У = 91) и уран (У = = 92)-существуют стабильно в природе. В ряду актинилов происходит заполнение глубоко лежащих 57-состояний, в то время как состояния бу, 617, 7д и частично бс( заполнены. Нетрудно видеть, что в ряду актинидов повторяется ситуация, которая существует в ряду лантанидов, когда происходит заполнение 4г"-состояний. К числу трансурановых элементов, полученных искусственным путем, относятся следующие: нептуний (У = 93), плутоний (У = 94), америций (д. = 95), кюрий (У = 96), берклий (д. = 97), калифорний (д. = 98), эйнштейний (У= 99), фермий (У= 100), менделевий (д.
= 101), нобелий (У = 102), лоуренсий (У = 103). Первые трансурановые элементы-нептуний и плутоний — получены в 1940 г. Нобелий был открыт в 1958 г., лоуренсий — в 1961 г. Большинство из трансурановых элементов найдено в лаборатории, которой руководил Г. Сиборг. 290 11 Многоэлектронные атомы Ы.~Ы 3 ЫОЫ 4~ ЫЕ Я, Ыя Й ~таЫтты 1 фф т -ЫЫ "' ие Ы Ы Ы Ы Ы Ы Ы а ЬЫ ! Ы Ы 3 Ы $ о Ы Д < Ы Ы 1 об Трансурановые элементы 2Э! Мы приведем лишь некоторые данные о трансурановых элементах, так как подробное описание их свойсчв выходит за рамки книги. Первый из трансурановых элементов — нептуний (Чр (Х = 93) — получен в 1940 г. при облучении урана дейтронами, ускоренными в циклотроне.
В результате захвата ураном нейтрона, который первоначально входит в состав дейтрона, образуется изотоп урана ээе(). Затем этот изотоп урана с периодом полураспада 23 мин испускает электрон и превращается в нептуний 44~Яр. Период полураспада э еМр равен 2,3 дня. Известны изотопы нептуния от тэг1чр до '4а!Чр. Периоды полураспада изотопов нептуния варьируются в широких пределах, от 7,3 мин до 2,2. 10е лет. Название «нептунийн исходит из аналогии с названием планеты Нептун, которая в Солнечной системе следует за планетой Уран.
Получены весовые количества нептуния. Следующий трансурановый элемент — плуз опий Рц (У = 94) — получен в том же 1940 г. из нептуния в результате испускания последним электрона с периодом полураспада 2,3 дня. Известны изотопы плутония от ~'~Ри до э4еРц. Периоды полураспада изотопов плутония заключены в пределах от 20 мин до 4,9.10'о лет. В частности, период полураспада ээаРи составляет 24 360 лет, а его время жизни ВФ Последним стабильным элементом, который существует в природе, явлвется уран. Невоаможность стабнпьнога существования более тяжелых впементов объясняется твм, что силы кулаковского отталкивания протонов в ядре не могут быть уравновешены ядерными силам» притяжения и ядро атановитая неустойчивым. Перевес снл кулоновского отталкмвания протонов в ядре мад снламм ядерного притяжения между муклонами ядра обусловливается дальнодействующим характером кулоновских сил.
н' относительно спонтанного деления равно 5.5 1О" лет. Название произошло от аналогии с порядком планет в Солнечной системе (после Нептуна следует Плутон). Америций Агп (е = 95) открыт в 1944 г. Изотоп плутония эвгРц в результате испускания электрона с периодом полураспада 13 лет превращается в изотоп '4'Аш. Этот изотоп имеет период полураспада 470 лет. Известны изотопы америция от "'Агп до э4еАгп с периодами полураспада, варьирующими от 25 мин до примерно 8000 лет. В ряду лантанидов этому элементу соответствует европий, названный в честь Европы.
Элемент с 2 = 95 назван америцием в честь Америки. Америций получен в граммовых количествах. Кюрий Ст (4. = 96) открыт в 1944 г. среди продуктов облучения "" Рц ионами гелия с энергией 32 МэВ. Известны изотопы кюрия от эеСт до эвеСш с периодами полураспада от нескольких часов до десятков миллионов лет. Название было дано этому элементу в честь Пьера и Марии Кюри, выдающихся исследователей в области естественной радиоактивности.
Кюрий получен в миллиграммовых количествах. Берклий Вк (2. = 97) найден в 1949 г. в результате облучения мишени из '4'Агп ионами гелия. Известны изотопы берклия от ~~'Вк до ээоВк с периодами полураспада от = Зч до 7000 лет. Название пошло от города Беркли, где находится лаборатория, в которой были получены многие зрансурановые элементы. Берклий получен в количестве десятых долей микрограмма.
Калифорний Сг" (х. = 98) обнаружен в 1950 г. в результате облучения нескольких миллиграммов '4эСгп ионами гелия с энергией 35 МэВ. Извест- 2Э2 11 Многоэлектронные атомы ны изотопы калифорния от гааСГ до гэаС( с периодами полураспада от 25 мин до нескольких сотен лет. Калифорний получен в количестве сотых долей микрограмма. Назван в честь штата Калифорния и Калифорнийского университета, где был открыт. Эйнштейний Ез (2 = 99) был найден в 1952 г. Одновременно с ним был открыв фермий Ргп (Х = 100). Они были обнаружены при анализе образцов, содержащих тяжелые элементы, после термоядерного взрыва. Известны изотопы эйнштейния от 'аеЕз до г'аЕз с временами полураспада от нескольких мннуг до примерно 300 дней.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
