Матвеев А.Н. Квантовая механика (1185136), страница 51
Текст из файла (страница 51)
У следующих элементов, цезия и бария, заполняется бз-состояние. Затем у лантана дополнительный электрон добавляется на внутреннюю оболочку в 5г(-состоянии, а у последующих 14 элементов заполняется 41-состояние. Поскольку электроны в 4)'-состояний являются внутренними (более внешние оболочки уже заполнены), это заполнение 4)-состояния не изменяет существенным образом химических свойств элементов, которые определяются внешними электронами оболочки атома.
Поэтому все эти 14 элементов имеют близкие химические свойства и в таблице периодической системы элементов они занимают одну клетку под именем лантанидов. Аналогичная ситуация повторяется после актиния (Ас), когда заполняется в основном бг-состояния. Соответствующие элементы составляют группу актинидов. Из актинидов только торий, протактиний и уран существуют устойчиво в природе, остальные были получены лишь искусственно в лабораториях. Эти элементы называются трансурановыми. Их нестабильность обусловлена главным образом неустойчивостью ядер относительно спонтанного деления.
Подводя итог, можно сказать, что квантовая механика удовлетворительно объясняет все основные закономерности периодической системы элементов Менделеева. й 78. Трансурановые элементы Последним стабильным элементом в периодической системе элементов, который существует в природе, является уран. Известно несколько изотопов урана. В природе встречается главным образом изотоп ()хз6 в смеси с небольшим количеством ()2".
Изотоп (323' служит горючим в ядерных котлах. Более тяжелые элементы существовать устойчиво не могут. Это объясняется главным образом тем, что силы кулоновского расталкивания протонов в ядре не могут быть уравновешены ядерными силами притяжения, и ядро оказывается неустойчивым.
Перевес сил кулоиовского отталкивания протонов в ядре над 264 силами ядерного притяжения между нуклонами ядра наступает потому, что кулоновские силы являются дальнедействующими. Каждый протон практически взаимодействует со всеми другими протонами ядра, благодаря чему энергия взаимодействия растет пропорционально квадрату числа протонов в ядре )у'. учитывая, что число протонов в тяжелых ядрах примерно пропорционально числу нейтронов, мы заключаем, что кулоновская энергия взаимодействия прямо пропорциональна квадрату числа частиц в ядре: Ф'. С другой стороны, силы ядерного притяжения являются короткодействующими силами, их действие проявляется лишь на расстояниях порядка 10 " см, т.
е. посредством ядерных сил между собой могут взаимодействовать лишь соседние ядерные частицы. А это означает, что энергия ядерного взаимодействия возрастает пропорционапьно первой степени числа частиц в ядре Ф, а не квадрату числа частиц как в случае кулоновской энергии взаимодействия. Следовательно, энергия ядерного взаимодействия, возрастает с числом частиц в ядре медленнее, чем энергия кулонов- ского взаимодействия При малом числе частиц энергия ядерного взаимодействия значительно больше, чем энергия кулоновского взаимодействия, потому что ядерные силы значительно больше кулоновских снл. 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.
Однако ряд нестабильных элементов периодической системы, лежащих после урана, может быть получен искусственно. Эти элементы называются трансурановыми. Как было сказано в конце предыдущего параграфа, они относятся к ряду актинидов. Лишь три элемента из этого ряда, а именно; торий (Я =- 90), протактиний (2 = 91) и уран (Л = 92) — существуют стабильно в природе. В ряду актинидов происходит заполнение глубоко лежащих 6)'-состояний, в то время как состояния бз, бр, 7з и частично бг( заполнены. Нетрудно видеть, что в ряде актинидов повторяется ситуацня, которая существует в ряде лантанидов, когда происходит заполнение 41-состояний.
К числу трансурановых элементов, полученных искусственным путем, относятся следующие: нептуний (2 = 93), плутоний (7. = 94), америций (Я = 95), кюрий (2 = 96), берклий (г". = 97), калифориий (2 =- 98), эйнштейний (2 = — 99), фермий (У = 100), менделеевий (г = !О1,) нобелий (2 =- 102), лоуренсий (2 = 103). Первые трансурановые элементы — нептуний и плутоний — были получены в 1940 г.
Нобелий был получен в 1958 г., лоуренсий — в 1961 г. Большинство нз трансурановых элементов получены в лаборатории, которой руководит Г. Сиборг. Мы приведем здесь лишь некоторые данные о трансурановых элементах, так как подробное описание их свойств выходит за рамки настоящей книги. 265 Первый из трансурановых элементов — нептуний (2 = 93, символ Ир) — был 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 1)'~'. Затем этот изотоп урана с периодом полураспада в 23 мин испускает электрон и превращается в нептуний 1Чр"'.
Период полураспада И'" равен 2,3 дня. Известны изотопы нептуния от 1чрем до й)рм'. Периоды полураспада изотопов нептуния варьируются в широких пределах, от 7,3 мин до 2,2х х 10' лет. Свое название нептуний получил по аналогии с названием планеты Нептун, которая в солнечной системе следует за планетой Уран. Получены весовые количества нептуния. Следующий трансурановый элемент — плутоний (2 = 94, символ Рп) — был открыт в том же 1940 г.
Он получается из нептуния в результате испускания последним электрона с периодом полураспада 2,3 дня. Известны изотопы плутония от Рп"' до Рньм. Периоды полураспада изотопов плутония заключены в пределах от 20 мин до 4,9-10м лет. В частности, период полураспада Ри'~' составляет 24 360 лет, а его время жизни относительно спонтанного деления равно 5,5 1О" лет. Свое название плутоний получил по аналогии с порядком планет в солнечной системе (после Нептуна следует Плутон).
Америций (2 = 95, символ Агп) был открыт в !944 г. Изотоп плутония Рнмт в результате испускания электрона с периодом полураспада в !3 лет превращается в изотоп АпР". Этот изотоп имеет период полураспада 470 лет. Известны изотопы америция от Агп"' до Ашм~ 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 (х = 96, символ Сгп) впервые был обнаружен в 1944 г, среди продуктов облучения Рн"' ионами гелия с энергией 32 Мзв.
Известны изотопы кюрия от Сш'" до Сш"" 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. Кюрнй получен в миллиграммовых количествах. Берклий (2 = 97, символ Вк) впервые был получен в 1949 г. в результате облучения мишени из АпР" ионами гелия. Известны изотопы берклия от Вкмх до Вк' " с периодами полураспада от =3 ч до 7000 лет.
Название дано в честь города Беркли, где находится лаборатория, в которой были получены многие трансурановые элементы. Берклий получен в количестве десятых долей микрограмма. Калифорний (Я = 98, символ С1) был получен в 1950 г. в результате облучения нескольких миллиграммов Сшм' ионами гелия Юб с энергией 35 А4эа. Известны изотопы калифорния от СР" до СРм 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 этот элемент. Эйнштейний (У = 99, символ Ез) был получен в 1952 г. Одновременно с ним был открыт фермий (2 = 100, символ Гш). Они были обнаружены при анализе образцов, содержащих тяжелые элементы, после термоядерного взрыва. Известны изотопы эйнштейния от ЕРм до ЕРмс временами полураспада от нескольких минут до примерно 300 дней. В весовых количествах получен не был.
Обнаружены были лишь индикаторные количества. Назван в честь А. Эйнштейна. Фермий (2 =- 100, символ Ггп) имеет изотопы от ГпР~ до ГпРм с периодами полураспада от получаса до примерно 30 часов. Получены лишь индикаторные количества этого элемента. Назван в честь Э. Ферми. Менделсевий (Я = 101, символ Мб) был открыт в 1955 г. в результате облучения мишеней, содержащих очень малые количества Ез"', ионами гелия с энергией 41 А(эв. В экспериментах было получено только 17 атомов менделеевия с периодом полураспада около 3,5 н. Массовые числа изотопов менделеевия лежат в пределах от 251 до 261, а периоды полураспада — в пределах от нескольких секунд до часа.
В последующем было получено несколько сотен атомов менделеевия. Назван в честь Д. И. Менделеева. Нобелий (2 = 102, символ Хо) был получен в 1958 г. в результате облучения мишени, содержащей СпР", ионами углерода С". Получающийся при этом изотоп нобелия й)огм с периодом полураспада порядка 3 сея превращается в Ггп'м. Назван в честь Нобеля. Лоуренсий (У = 103, символ 1 г) был открыт в 1961 г.
Назван в честь Лоуренса, изобретателя циклотрона, потому что с помощью частиц, ускоренных в циклотроне, было открыто большинство трансурановых элементов. Лоуренсием заканчивается ряд актинндов. Следующий возможный элемент с 2 = 104 уже не может принадлежать к группе актинидов, поскольку эта группа завершена лоуренсием. Элемент с 2= 104 должен быть аналогом гафния, но резко отличным по своим свойствам.
Вероятность спонтанного деления тяжелых трансурановых элементов столь велика, что их получение становится практически невозможным, так как они распадаются быстрее, чем успевают образоваться в достаточных количествах. 9 79. Рентгеновские лучи Рентгеновскими лучами называются электромагнитные волны с длиной порядка ангстрема (1 А = 10 ' см). Рентгеновские спектры бывают двух видов — сплошные и линейчатые. Сплошные спектры возникают при торможении быстрых электронов в веществе анти- катода и являются обычным тормозным излучением электронов.
Строение сплошного спектра не зависит от материала антикатода. Линейчатый спектр состоит из отдельных линий излучения. Он зависит от материала антикатода и полностью характеризуется им. Каждый элемент обладает своим, характерным для него линейчатым спектром. Поэтому линейчатые рентгеновские спектры называются также характеристическими. Особенности рентгеновских спектров. Между рентгеновскими линейчатыми спектрами и оптическими линейчатыми спектрами существует три коренных разли- Р чия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
