Нобелий - Nobelium

Не путать с ниобий.
Нобелий,102Нет
Нобелий
Произношение
Массовое число[259]
Нобелиум в периодическая таблица
ВодородГелий
ЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеон
НатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргон
КалийКальцийСкандийТитанаВанадийХромМарганецУтюгКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптон
РубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийБанкаСурьмаТеллурЙодКсенон
ЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоМеркурий (элемент)ТаллийСвинецВисмутПолонийАстатинРадон
ФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклиумКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБориумКалийМейтнерийДармштадтиумРентгенийКопернициумNihoniumФлеровийМосковиумЛиверморийTennessineОганессон
Yb
↑
Нет
↓
(Уф)
менделевий ← нобелий → лоуренсий
Атомный номер (Z)102
Группагруппа н / д
Периодпериод 7
Блокироватьf-блок
Категория элемента  Актинид
Электронная конфигурация[Rn ] 5f14 7 с2
Электронов на оболочку2, 8, 18, 32, 32, 8, 2
Физические свойства
Фаза вSTPтвердый (предсказано)[1]
Температура плавления1100 K (827 ° C, 1521 ° F) (предсказано)[1]
Плотность (возлеr.t.)9,9 (4) г / см3 (предсказано)[2]
Атомные свойства
Состояния окисления+2, +3
ЭлектроотрицательностьШкала Полинга: 1,3 (предсказано)[3]
Энергии ионизации
  • 1-й: 639[4] кДж / моль
  • 2-я: 1254,3 кДж / моль
  • 3-я: 2605,1 кДж / моль
  • (все, кроме первой оценки)
Другие свойства
Естественное явлениесинтетический
Кристальная структура ​гранецентрированная кубическая (fcc)
Гранецентрированная кубическая кристаллическая структура нобелия

(предсказано)[2]
Количество CAS10028-14-5
История
Именованиепосле Альфред Нобель
ОткрытиеОбъединенный институт ядерных исследований (1966)
Главный изотопы нобелия
ИзотопИзобилиеПериод полураспада (т1/2)Режим распадаПродукт
253Нетсин1,6 мин80% α249FM
20% β+253Мкр
254Нетсин51 с90% α250FM
10% β+254Мкр
255Нетсин3,1 мин61% α251FM
39% β+255Мкр
257Нетсин25 с99% α253FM
1% β+257Мкр
259Нетсин58 мин.75% α255FM
25% ε259Мкр
<10% SF
Категория Категория: Нобелиум
| Рекомендации

Нобелий это синтетический химический элемент с символ Нет и атомный номер 102. Назван в честь Альфред Нобель, изобретатель динамит и благотворитель науки. А радиоактивный металл, это десятый трансурановый элемент и является предпоследним членом актинидный ряд. Как и все элементы с атомным номером более 100, нобелий можно производить только в ускорители частиц путем бомбардировки более легких элементов заряженными частицами. Всего двенадцать изотопы нобелия известно о существовании; самый стабильный 259Нет с период полураспада 58 минут, но недолговечный 255Нет (период полураспада 3,1 минуты) чаще всего используется в химии, потому что его можно производить в более крупных масштабах.

Химические эксперименты подтвердили, что нобелий ведет себя как более тяжелый гомолог к иттербий в периодической таблице. Химические свойства нобелия до конца не известны: они в основном известны только в водный раствор. До открытия нобелия предсказывалось, что он покажет стабильную +2 степень окисления а также состояние +3, характерное для других актинидов: эти предсказания были позже подтверждены, так как состояние +2 намного более стабильно, чем состояние +3 в водный раствор а нобелий трудно удерживать в состоянии +3.

В 1950-х и 1960-х годах многие заявления об открытии нобелия делались из лабораторий в Швеция, то Советский союз, а Соединенные Штаты. Хотя шведские ученые вскоре отказались от своих претензий, приоритет открытия и, следовательно, название элемента было оспорено между советскими и американскими учеными, и только в 1997 г. Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) приписал открытие советской группе, но сохранил нобелий, шведское предложение, в качестве названия элемента из-за его давнего использования в литературе.

Вступление

Этот раздел включен из Знакомство с самыми тяжелыми элементами. (редактировать | история )
Смотрите также: Сверхтяжелый элемент § Введение
Графическое изображение реакции ядерного синтеза
Графическое изображение термоядерная реакция реакция. Два ядра сливаются в одно, испуская нейтрон. Реакции, в результате которых к этому моменту были созданы новые элементы, были похожими, с той единственной возможной разницей, что иногда выделялось несколько единичных нейтронов или ни одного.
Внешнее видео
значок видео Визуализация неудачного ядерного синтеза, на основе расчетов Австралийский национальный университет[5]

Наитяжелейший[а] атомные ядра создаются в ядерных реакциях, которые объединяют два других ядра неравного размера[b] в один; грубо говоря, чем более неравны два ядра по массе, тем больше вероятность их реакции.[11] Материал, сделанный из более тяжелых ядер, превращается в мишень, которую затем бомбардирует луч более легких ядер. Два ядра могут только предохранитель в одно, если они достаточно близко подходят друг к другу; обычно ядра (все положительно заряженные) отталкиваются друг от друга из-за электростатическое отталкивание. В сильное взаимодействие может преодолеть это отталкивание, но только на очень коротком расстоянии от ядра; ядра пучка, таким образом, сильно ускоренный чтобы такое отталкивание было незначительным по сравнению со скоростью ядра пучка.[12] Одного сближения недостаточно для слияния двух ядер: когда два ядра сближаются, они обычно остаются вместе примерно на 10−20 секунды, а затем расходятся (не обязательно в том же составе, что и до реакции), а не образуют единое ядро.[12][13] Если слияние все же произойдет, временное слияние, называемое составное ядро -является возбужденное состояние. Чтобы потерять энергию возбуждения и перейти в более стабильное состояние, составное ядро ​​либо деления или же выбрасывает один или несколько нейтроны,[c] которые уносят энергию. Это происходит примерно через 10−16 секунды после первоначального столкновения.[14][d]

Луч проходит через цель и достигает следующей камеры - сепаратора; если новое ядро ​​производится, оно переносится этим лучом.[17] В сепараторе вновь образованное ядро ​​отделяется от других нуклидов (ядра исходного пучка и любых других продуктов реакции).[e] и переведен в детектор поверхностного барьера, который останавливает ядро. Отмечается точное место предстоящего удара о детектор; также отмечена его энергия и время прибытия.[17] Перевод занимает около 10−6 секунды; Чтобы ядро ​​было обнаружено, оно должно выжить так долго.[20] Ядро регистрируется снова после регистрации его распада и определения местоположения. энергия, и время затухания.[17]

Устойчивость ядра обеспечивается сильным взаимодействием. Однако его диапазон очень мал; по мере того, как ядра становятся больше, его влияние на самые удаленные нуклоны (протоны и нейтронов) ослабевает. В то же время ядро ​​разрывается электростатическим отталкиванием между протонами, так как оно имеет неограниченный радиус действия.[21] Таким образом, теоретически предсказываются ядра самых тяжелых элементов.[22] и до сих пор наблюдались[23] в основном распадаться через моды распада, которые вызваны таким отталкиванием: альфа-распад и спонтанное деление;[f] эти моды преобладают для ядер сверхтяжелые элементы. Альфа-распады регистрируются испускаемыми альфа-частицы, а продукты распада легко определить до фактического распада; если в результате такого распада или серии последовательных распадов образуется известное ядро, исходный продукт реакции можно определить арифметически.[грамм] Однако при спонтанном делении образуются различные ядра, поэтому исходный нуклид не может быть определен по его дочерним элементам.[час]

Таким образом, информация, доступная физикам, стремящимся синтезировать один из самых тяжелых элементов, - это информация, собираемая детекторами: местоположение, энергия и время прибытия частицы к детектору, а также данные о ее распаде. Физики анализируют эти данные и пытаются сделать вывод, что это действительно было вызвано новым элементом и не могло быть вызвано другим нуклидом, чем заявленный. Часто предоставленных данных недостаточно для вывода о том, что новый элемент определенно был создан, и нет другого объяснения наблюдаемых эффектов; были допущены ошибки в интерпретации данных.

Открытие

Элемент назван в честь Альфред Нобель.

Открытие 102-го элемента было сложным процессом, и на него претендовали группы из Швеция, то Соединенные Штаты, а Советский союз. Первый полный и неопровержимый отчет о ее обнаружение только прибыл в 1966 году из Объединенный институт ядерных исследований в Дубна (тогда в СССР).[30]

Первое сообщение об открытии 102-го элемента было объявлено физиками на Нобелевский институт в Швеции в 1957 году. Группа сообщила, что они бомбили кюрий цель с углерод-13 ионы в течение двадцати пяти часов с получасовыми интервалами. Между бомбардировками, ионный обмен химия была выполнена на мишени. Двенадцать из пятидесяти бомбардировок содержали образцы, испускающие (8,5 ± 0,1)МэВ альфа-частицы, которые находились в каплях, элюированных раньше, чем фермий (атомный номер Z = 100) и калифорний (Z = 98). В период полураспада сообщалось, было 10 минут и было назначено либо 251102 или 253102, хотя возможность того, что наблюдаемые альфа-частицы были предположительно короткоживущими менделевий (Z = 101) изотоп, образовавшийся в результате электронного захвата 102-го элемента, не исключался.[30] Команда предложила название нобелий (Нет) для нового элемента,[31][32] который был немедленно одобрен ИЮПАК,[33] решение, которое дубненская группа в 1968 году охарактеризовала как поспешное.[34] В следующем году ученые из Национальная лаборатория Лоуренса Беркли повторил эксперимент, но не смог найти никаких событий с энергией 8,5 МэВ, которые не были бы фоновыми эффектами.[30]

В 1959 году шведская группа попыталась объяснить неспособность команды Беркли обнаружить элемент 102 в 1958 году, утверждая, что они действительно его обнаружили. Однако более поздняя работа показала, что нет изотопов нобелия легче, чем 259Нет (более тяжелые изотопы не могли быть получены в шведских экспериментах) с периодом полураспада более 3 минут не существует, и что результаты шведской группы, скорее всего, получены из торий -225, который имеет период полураспада 8 минут и быстро подвергается тройному альфа-распаду до полоний -213 с энергией распада 8,53612 МэВ. Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что торий-225 легко может быть получен в ходе используемой реакции и не может быть выделен с помощью используемых химических методов. Более поздняя работа с нобелием также показала, что двухвалентное состояние более стабильно, чем трехвалентное, и, следовательно, образцы, испускающие альфа-частицы, не могли содержать нобелий, поскольку двухвалентный нобелий не элюировался бы с другими трехвалентными актинидами.[30] Таким образом, шведская группа позже отказалась от своих претензий и связала активность с фоновыми эффектами.[33]

Команда Беркли, состоящая из Альберт Гиорсо, Гленн Т. Сиборг, Джон Р. Уолтон и Торбьёрн Сиккеланд, затем в 1958 г. заявили о синтезе 102-го элемента. Команда использовала новый тяжелыйион линейный ускоритель (HILAC) для бомбардировки кюрий цель (95% 244См и 5% 246См) с 13C и 12Ионы C. Они не смогли подтвердить заявленную шведами активность 8,5 МэВ, но вместо этого смогли обнаружить распад фермия-250, предположительно дочери 254102 (произведенный из кюрия-246), который имел видимую период полураспада ~ 3 с. Позже работы в Дубне в 1963 г. подтвердили, что 254102 может быть произведено в этой реакции, но его период полураспада на самом деле был 50±10 с. В 1967 году команда Беркли попыталась защитить свою работу, заявив, что найденный изотоп действительно 250Fm, но изотопом, с которым фактически были связаны измерения периода полураспада, был калифорний-244, внучка из 252102, произведенный из более распространенного кюрия-244. Затем различия в энергии были отнесены к «проблемам с разрешением и дрейфом», хотя о них ранее не сообщалось, и они также должны были повлиять на другие результаты. 1977 эксперименты показали, что 252102 действительно имел период полураспада 2,3 секунды. Однако работа 1973 г. также показала, что 250Отдачу Fm можно было легко получить от изомерный переход из 250мFm (период полураспада 1,8 с), который также мог образоваться в реакции при использованной энергии.[30] Учитывая это, вполне вероятно, что в этом эксперименте нобелий фактически не производился.[30]

В 1959 году группа продолжила свои исследования и заявила, что они смогли получить изотоп, который распадался преимущественно за счет испускания альфа-частицы с энергией 8,3 МэВ с период полураспада 3 с с соответствующими 30% спонтанное деление ответвляться. Изначально эта деятельность была назначена 254102, но позже изменен на 252102. Однако они также отметили, что нет уверенности в том, что нобелий был произведен из-за сложных условий.[30] Команда Беркли решила принять предложенное шведской командой название «nobelium» для элемента.[33]

244
96См
 + 12
6C
 → 256
102Нет
*
 → 252
102Нет
 + 4 1
0
п

Между тем в Дубне в 1958 и 1960 годах проводились эксперименты по синтезу 102-го элемента. Первый эксперимент 1958 года подвергся бомбардировке плутоний-239 и -241 с кислород-16 ионы. Наблюдались некоторые альфа-распады с энергией чуть более 8,5 МэВ, и они были отнесены к 251,252,253102, хотя команда писала, что образование изотопов из вести или же висмут нельзя исключать примесей (которые не производили бы нобелий). В то время как позже в 1958 году эксперименты показали, что новые изотопы могут быть получены из Меркурий, таллий, примеси свинца или висмута, ученые по-прежнему придерживались своего вывода о том, что элемент 102 может быть получен в результате этой реакции, с указанием периода полураспада менее 30 секунд и энергии распада (8,8 ± 0,5) МэВ. Более поздние эксперименты 1960 года показали, что это были фоновые эффекты. Эксперименты 1967 г. также снизили энергию распада до (8,6 ± 0,4) МэВ, но оба значения слишком высоки, чтобы соответствовать значениям 253Нет или 254Нет.[30] Команда из Дубны позже заявляла в 1970 и 1987 годах, что эти результаты не являются окончательными.[30]

В 1961 году ученые Беркли заявили об открытии элемент 103 в реакции калифорния с бор и ионы углерода. Они утверждали, что производство изотопа 257103, а также утверждал, что синтезировал альфа-распадающийся изотоп элемента 102 с периодом полураспада 15 с и энергией альфа-распада 8,2 МэВ. Они назначили это 255102 без указания причины переуступки. Ценности не согласуются с известными сейчас 255Нет, хотя они согласны с теми, кто сейчас известен 257Нет, и хотя этот изотоп, вероятно, сыграл роль в этом эксперименте, его открытие было безрезультатным.[30]

Работа над 102-м элементом также продолжалась в Дубне, и в 1964 г. там были проведены эксперименты по обнаружению дочерних альфа-распадов изотопов 102-го элемента путем синтеза 102-го элемента из реакции уран-238 цель с неон ионы. Продукты везли серебро улавливающая фольга и химически очищенная, а изотопы 250FM и 252Fm были обнаружены. Урожайность 252Fm был истолкован как доказательство того, что его родительский 256102 также был синтезирован: как было отмечено, 252Fm также мог быть получен непосредственно в этой реакции путем одновременного испускания альфа-частицы с избыточными нейтронами, были приняты меры для обеспечения того, чтобы 252Fm не мог перейти непосредственно к улавливателю фольги. Период полураспада, обнаруженный для 256102 было 8 с, что намного выше, чем более современное значение 1967 г. (3,2 ± 0,2) с.[30] Дальнейшие эксперименты были проведены в 1966 г. 254102, используя реакции 243Являюсь (15N, 4н)254102 и 238U (22Не, 6н)254102, обнаружив период полураспада (50 ± 10) с: в то время несоответствие между этим значением и более ранним значением Беркли не было понято, хотя более поздние работы доказали, что образование изомера 250мFm был менее вероятен в экспериментах в Дубне, чем в экспериментах в Беркли. Оглядываясь назад, можно сказать, что Дубна 254102 были, вероятно, правильными и теперь могут считаться окончательным обнаружением элемента 102.[30]

Еще один очень убедительный эксперимент из Дубны был опубликован в 1966 году, снова с использованием тех же двух реакций, в результате которого был сделан вывод, что 254102 действительно имел период полураспада намного больше, чем 3 секунды, заявленные Беркли.[30] Позже работал в 1967 году в Беркли и в 1971 году в Национальная лаборатория Окриджа полностью подтвердили открытие 102-го элемента и уточнили более ранние наблюдения.[33] В декабре 1966 года группа Беркли повторила эксперименты в Дубне и полностью подтвердила их, а также использовала эти данные, чтобы окончательно правильно определить изотопы, которые они синтезировали ранее, но еще не могли идентифицировать в то время, и таким образом утверждали, что открыли нобелий в 1958-1961 годах .[33]

238
92U
 + 22
10Ne
 → 260
102Нет
*
 → 254
102Нет
 + 6 1
0
п

В 1969 году команда из Дубны провела химические эксперименты с элементом 102 и пришла к выводу, что он ведет себя как более тяжелый гомолог иттербий. Российские ученые предложили название иолиотий (Jo) для нового элемента после Ирен Жолио-Кюри, который недавно умер, создавая споры об именах элементов эта проблема не будет решена в течение нескольких десятилетий, и каждая группа будет использовать свои собственные предложенные имена.[33]

В 1992 г. ИЮПАК -IUPAP Рабочая группа по трансфермию (TWG) пересмотрела заявления об открытии и пришла к выводу, что только дубненская работа 1966 года правильно обнаружила и приписала распад ядер с атомным номером 102 в то время. Таким образом, дубненская команда официально признана первооткрывателями нобелия, хотя не исключено, что он был обнаружен в Беркли в 1959 году.[30] В следующем году Беркли раскритиковал это решение, назвав возобновление дел с 101 по 103 «бесполезной тратой времени», в то время как Дубна согласилась с решением ИЮПАК.[34]

В 1994 году, в рамках попытки разрешения спора об именах элементов, ИЮПАК ратифицировал имена для элементов 101–109. Для элемента 102 он утвердил название нобелий (Нет) на том основании, что он укоренился в литературе в течение 30 лет и что Альфред Нобель следует отмечать таким образом.[35] Из-за протестов по поводу названий 1994 года, которые в основном не учитывали выбор первооткрывателей, последовал период комментариев, и в 1995 году ИЮПАК назвал элемент 102 флеровий (Fl) как часть нового предложения после любого Георгий Флёров или его одноименный Лаборатория ядерных реакций им. Флерова.[36] Это предложение также не было принято, и в 1997 году название «нобелиум» было восстановлено.[35] Сегодня название «флеровий» с тем же символом относится к элемент 114.[37]

Характеристики

Физический

Энергия, необходимая для продвижения f-электрона к d-подоболочке для лантаноидов и актинидов f-блока. Выше примерно 210 кДж / моль эта энергия слишком высока, чтобы ее можно было обеспечить за счет большего кристаллическая энергия трехвалентного состояния и, таким образом, эйнштейний, фермий и менделевий образуют двухвалентные металлы, такие как лантаноиды европий и иттербий. Ожидается, что нобелий также будет образовывать двухвалентный металл, но это еще не подтверждено.[38]

в периодическая таблица, нобелий расположен справа от актинида менделевий, слева от актинида лоуренсий, а ниже лантаноида иттербий. Металлический нобелий еще не производился в больших количествах, и в настоящее время массовое приготовление невозможно.[39] Тем не менее, в отношении его свойств был сделан ряд предсказаний и некоторые предварительные экспериментальные результаты.[39]

Лантаноиды и актиниды в металлическом состоянии могут существовать как двухвалентные (например, европий и иттербий ) или трехвалентных (большинство других лантаноидов) металлов. Первые имеют fп+1s2 конфигураций, тогда как последние имеют fпd1s2 конфигурации. В 1975 году Йоханссон и Розенгрен изучили измеренные и предсказанные значения для когезионные энергии (энтальпии кристаллизации) металлического лантаноиды и актиниды, как двухвалентные, так и трехвалентные металлы.[40][41] Был сделан вывод, что повышенная энергия связи [Rn] 5f136d17 с2 конфигурация по [Rn] 5f147 с2 конфигурации для нобелия было недостаточно, чтобы компенсировать энергию, необходимую для продвижения одного 5f-электрона до 6d, как и для очень поздних актинидов: эйнштейний, фермий, менделевий, и нобелий должны были быть двухвалентными металлами, хотя для нобелия это предсказание еще не подтвердилось.[40] Возрастающее преобладание двухвалентного состояния задолго до завершения ряда актинидов приписывается релятивистский стабилизация 5f-электронов, которая увеличивается с увеличением атомного номера: результатом этого является то, что нобелий является преимущественно двухвалентным, а не трехвалентным, в отличие от всех других лантаноидов и актинидов.[42] В 1986 году было установлено, что металлический нобелий имеет энтальпия сублимации между 126 кДж / моль, значение, близкое к значениям для эйнштейния, фермия и менделевия и подтверждающее теорию о том, что нобелий образует двухвалентный металл.[39] Как и другие двухвалентные поздние актиниды (за исключением трехвалентного лоуренсия), металлический нобелий должен иметь гранецентрированная кубическая Кристальная структура.[2] Двухвалентный металл нобелий должен иметь металлический радиус около 197вечера.[39] Предполагается, что температура плавления нобелия составляет 827 ° C, то же самое, что и для соседнего элемента менделевия.[43] Его плотность, по прогнозам, составит около 9,9 ± 0,4 г / см.3.[2]

Химическая

Химический состав нобелия не полностью охарактеризован и известен только в водном растворе, в котором он может принимать +3 или +2 состояния окисления, причем последняя более стабильна.[31] До открытия нобелия в значительной степени ожидалось, что в растворе он будет вести себя так же, как и другие актиниды, с преобладанием трехвалентного состояния; однако в 1949 г. Сиборг предсказал, что состояние +2 также будет относительно стабильным для нобелия, поскольку2+ ион будет иметь электронную конфигурацию основного состояния [Rn] 5f14, в том числе конюшня заполненная 5f14 ракушка. Прошло девятнадцать лет, прежде чем это предсказание подтвердилось.[44]

В 1967 году были проведены эксперименты по сравнению химического поведения нобелия с химическим поведением тербий, калифорний, и фермий. Все четыре элемента подверглись реакции хлор и образовавшиеся хлориды осаждались по трубке, по которой они уносились газом. Было обнаружено, что полученный хлорид нобелия сильно адсорбированный на твердых поверхностях, доказывая, что это было не очень летучий, как и хлориды трех других исследованных элементов. Однако как NoCl2 и NoCl3 Ожидается, что они будут проявлять нелетучие свойства, и, следовательно, этот эксперимент не дал окончательных результатов в отношении предпочтительной степени окисления нобелия.[44] Определение предпочтения nobelium состояния +2 пришлось отложить до следующего года, когда катионообменная хроматография и соосаждение экспериментов было проведено около пятидесяти тысяч 255Нет атомов, обнаружив, что он ведет себя иначе, чем другие актиниды и больше похож на двухвалентный щелочноземельные металлы. Это доказало, что в водном растворе нобелий наиболее устойчив в двухвалентном состоянии при сильной окислители отсутствуют.[44] Более поздние эксперименты в 1974 г. показали, что нобелий элюируется щелочноземельными металлами между Ca2+ и Sr2+.[44] Нобелий - единственный известный элемент f-блока, для которого состояние +2 является наиболее распространенным и стабильным в водном растворе. Это происходит из-за большой энергетической щели между 5f и 6d орбиталями в конце актинидного ряда.[45]

Ожидается, что релятивистская стабилизация подоболочки 7s сильно дестабилизирует дигидрид нобелия, NoH2, и релятивистская стабилизация 7p1/2 спинор над 6d3/2 spinor означают, что возбужденные состояния в атомах нобелия имеют вклад 7s и 7p вместо ожидаемого 6d-вклада. Длинные расстояния No – H в NoH2 молекулы и значительный перенос заряда приводят к экстремальной ионности с дипольный момент из 5,94D для этой молекулы. Ожидается, что в этой молекуле нобелий будет проявлять основная группа поведение, в частности, действуя как щелочноземельный металл с этими пs2 конфигурация валентной оболочки и ядро-подобные 5f орбитали.[46]

Нобелиум комплексирование способность с хлористый ионов наиболее похож на барий, который комплексуется довольно слабо.[44] Его комплексообразующая способность с цитрат, оксалат, и ацетат в водном растворе 0,5 Мнитрат аммония находится между кальцием и стронцием, хотя несколько ближе к стронцию.[44]

В стандартный восстановительный потенциал из E° (Нет3+→ Нет2+) пара оценивалась в 1967 году в диапазоне от +1,4 до +1,5V;[44] Позже было обнаружено, что в 2009 году она составляла всего около +0,75 В.[47] Положительное значение показывает, что Нет2+ стабильнее, чем Нет3+ и что нет3+ является хорошим окислителем. Хотя указанные значения для E° (Нет2+→ Нет0) и E° (Нет3+→ Нет0) варьируются от источника к источникам, принятые стандартные оценки составляют −2,61 и −1,26 В.[44] Было предсказано, что значение для E° (Нет4+→ Нет3+) пара будет +6,5 В.[44] В Энергии Гиббса образования для Нет3+ и нет2+ оцениваются в -342 и -480кДж / моль, соответственно.[44]

Атомный

У атома нобелия 102 электрона, три из которых могут действовать как валентные электроны. Предполагается, что они будут расположены в конфигурации [Rn] 5f147 с2 (основное состояние термин символ 1S0), хотя экспериментальная проверка этой электронной конфигурации еще не проводилась по состоянию на 2006 год.[39] При образовании соединений все три валентных электрона могут быть потеряны, оставив после себя [Rn] 5f13 core: это соответствует тенденции, заданной другими актинидами с их [Rn] 5fп электронные конфигурации в триположительном состоянии. Тем не менее, более вероятно, что только два валентных электрона могут быть потеряны, оставив после себя стабильную [Rn] 5f14 сердцевина с заполненным 5f14 ракушка. Первый потенциал ионизации нобелия не превышало (6,65 ± 0,07)эВ в 1974 г., исходя из предположения, что электроны 7s ионизируются раньше, чем электроны 5f;[48] это значение с тех пор еще не уточнялось из-за дефицита нобелия и высокой радиоактивности.[49] Ионный радиус шестнадцатеричный и октакоординат Нет3+ по предварительной оценке в 1978 г. составляла около 90 и 102 часов соответственно;[44] ионный радиус No2+ было экспериментально установлено, что от 100 до двух значимые фигуры.[39] В энтальпия гидратации из Нет2+ было рассчитано как 1486 кДж / моль.[44]

Изотопы

Основная статья: Изотопы нобелия

Известно двенадцать изотопов нобелия, причем массовые числа 250–260 и 262; все радиоактивны.[50] Кроме того, ядерные изомеры известны массовые числа 251, 253 и 254.[51][52] Из них самым долгоживущим изотопом является 259Нет с периодом полураспада 58 минут, а самый долгоживущий изомер 251 кв.м.Нет с периодом полураспада 1,7 секунды.[51][52] Однако еще не обнаруженный изотоп 261Прогнозируется, что период полураспада No1 будет еще больше - 170 мин.[51][52] Кроме того, более короткоживущие 255Нет (период полураспада 3,1 минуты) чаще используется в химических экспериментах, потому что его можно получить в больших количествах при облучении калифорний-249 с углерод-12 ионы.[50] После 259Нет и 255Нет, следующие наиболее стабильные изотопы нобелия - это 253Нет (период полураспада 1,62 минуты), 254Нет (51секунды ), 257Нет (25 секунд), 256Нет (2,91 секунды) и 252Нет (2,57 секунды).[50][51][52] Все оставшиеся изотопы нобелия имеют период полураспада менее секунды, а самый короткий из известных изотопов нобелия (250Нет) имеет период полураспада всего 0,25миллисекунды.[50][51][52] Изотоп 254Теоретически нет особенно интересен, так как он находится в середине серии вытянутый ядра из 231Па к 279Rg, а образование его ядерных изомеров (два из которых известны) контролируется протонные орбитали например 2f5/2 которые находятся чуть выше сферической протонной оболочки; его можно синтезировать в реакции 208Pb с 48Ca.[53]

Периоды полураспада изотопов нобелия плавно увеличиваются от 250Нет 253Нет. Однако на 254Нет, и помимо этого период полураспада даже-даже изотопы нобелия резко падают при спонтанное деление становится доминирующей модой распада. Например, период полураспада 256Нет, почти три секунды, но 258Нет - всего 1,2 миллисекунды.[50][51][52] Это показывает, что в нобелии взаимное отталкивание протонов ограничивает область долгоживущих ядер в актинид серии.[54] Четно-нечетные изотопы нобелия в основном продолжают иметь более длительный период полураспада по мере увеличения их массовых чисел, с понижением в тенденции на 257Нет.[50][51][52]

Подготовка и очистка

Изотопы нобелия в основном образуются при бомбардировке актинидных мишеней (уран, плутоний, кюрий, калифорний, или же эйнштейний ), за исключением нобелия-262, который производится как дочь лоуренсия-262.[50] Наиболее часто используемый изотоп, 255Нет, может быть произведено бомбардировкой кюрий -248 или калифорний-249 с углеродом-12: последний метод более распространен. Облучение 350мкг см−2 мишень из калифорния-249 с тремя триллионами (3 × 1012) 73 МэВ Ионы углерода-12 в секунду в течение десяти минут могут произвести около 1200 атомов нобелия-255.[50]

После того, как нобелий-255 произведен, его можно отделить таким же образом, как при очистке соседнего актинида менделевия. Отдача импульс полученных атомов нобелия-255 используется для их физического удаления от мишени, из которой они созданы, на тонкую металлическую фольгу (обычно бериллий, алюминий, платина, или же золото ) сразу за мишенью в вакууме: это обычно сочетается с захватом атомов нобелия в газовой атмосфере (часто гелий ), и унося их вместе с газовой струей через небольшое отверстие в реакционной камере. Используя длинный капиллярная трубка, и в том числе хлорид калия аэрозолей в газообразном гелии, атомы нобелия могут переноситься на десятки метры.[55] Тонкий слой нобелия, собранный на фольге, затем можно удалить разбавленной кислотой без полного растворения фольги.[55] Затем нобелий можно выделить, используя его склонность к образованию двухвалентного состояния, в отличие от других трехвалентных актинидов: при обычно используемых элюирование условия (бис- (2-этилгексил) фосфорная кислота (HDEHP) как неподвижная органическая фаза и 0,05 Mсоляная кислота в качестве подвижной водной фазы или с использованием 3 М соляной кислоты в качестве элюента от катионообменный смолы), нобелий будет проходить через колонку и элюироваться, в то время как другие трехвалентные актиниды остаются на колонке.[55] Однако, если используется золотая фольга прямого «улавливания», процесс усложняется необходимостью отделить золото с помощью анионообменный хроматография перед выделением нобелия элюированием из хроматографический экстракционные колонки с использованием HDEHP.[55]

Примечания

  1. ^ В ядерная физика, элемент называется тяжелый если его атомный номер высокий; вести (элемент 82) - один из примеров такого тяжелого элемента. Термин «сверхтяжелые элементы» обычно относится к элементам с атомным номером больше, чем 103 (хотя есть и другие определения, например, атомный номер больше 100[6] или же 112;[7] иногда термин представлен как эквивалент термина «трансактинид», который ставит верхний предел перед началом гипотетического суперактинид серии).[8] Термины «тяжелые изотопы» (данного элемента) и «тяжелые ядра» означают то, что можно понять на обычном языке - изотопы большой массы (для данного элемента) и ядра большой массы соответственно.
  2. ^ В 2009 г. команда ОИЯИ под руководством Оганесяна опубликовала результаты своей попытки создать хасиум в симметричном 136Xe +136Xe реакция. Они не смогли наблюдать ни одного атома в такой реакции, поставив верхний предел сечения, меру вероятности ядерной реакции, равным 2,5pb.[9] Для сравнения, реакция, которая привела к открытию хассиума, 208Pb + 58Fe, имел поперечное сечение ~ 20 пбн (точнее, 19+19
    −11     пб), по оценке первооткрывателей.[10]
  3. ^ Чем больше энергия возбуждения, тем больше нейтронов выбрасывается. Если энергия возбуждения ниже, чем энергия, связывающая каждый нейтрон с остальной частью ядра, нейтроны не испускаются; вместо этого составное ядро ​​снимает возбуждение, испуская гамма-луч.[14]
  4. ^ Определение Совместная рабочая группа IUPAC / IUPAP заявляет, что химический элемент может быть признан обнаруженным только в том случае, если его ядро ​​не разложившийся в пределах 10−14 секунд. Это значение было выбрано в качестве оценки того, сколько времени требуется ядру, чтобы получить свой внешний вид. электроны и таким образом проявлять свои химические свойства.[15] Эта цифра также обозначает общепринятый верхний предел времени жизни составного ядра.[16]
  5. ^ Это разделение основано на том, что образовавшиеся ядра движутся мимо мишени медленнее, чем непрореагировавшие ядра пучка. Сепаратор содержит электрическое и магнитное поля, влияние которых на движущуюся частицу компенсируется при определенной скорости частицы.[18] Такому разделению также может способствовать времяпролетное измерение и измерение энергии отдачи; комбинация этих двух может позволить оценить массу ядра.[19]
  6. ^ Не все моды распада вызваны электростатическим отталкиванием. Например, бета-распад вызвано слабое взаимодействие.[24]
  7. ^ Поскольку масса ядра не измеряется напрямую, а скорее рассчитывается на основе массы другого ядра, такое измерение называется косвенным. Возможны и прямые измерения, но для наиболее тяжелых ядер они по большей части недоступны.[25] О первом прямом измерении массы сверхтяжелого ядра сообщили в 2018 году на LBNL.[26] Масса определялась по местоположению ядра после переноса (местоположение помогает определить его траекторию, которая связана с отношением массы к заряду ядра, поскольку перенос был произведен в присутствии магнита).[27]
  8. ^ Спонтанное деление было обнаружено советским физиком. Георгий Флеров,[28] являлся ведущим ученым ОИЯИ, а значит, был «коньком» для установки.[29] Напротив, ученые LBL полагали, что информации о делении недостаточно для утверждения о синтезе элемента. Они считали, что спонтанное деление недостаточно изучено, чтобы использовать его для идентификации нового элемента, поскольку было трудно установить, что составное ядро ​​испускает только нейтроны, а не заряженные частицы, такие как протоны или альфа-частицы.[16] Таким образом, они предпочли связывать новые изотопы с уже известными последовательными альфа-распадами.[28]

Рекомендации

  1. ^ а б Лиде, Дэвид Р., изд. (2003). CRC Справочник по химии и физике (84-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. ISBN  0-8493-0484-9.
  2. ^ а б c d Фурнье, Жан-Марк (1976). «Связь и электронная структура актинидов металлов». Журнал физики и химии твердого тела. 37 (2): 235–244. Bibcode:1976JPCS ... 37..235F. Дои:10.1016/0022-3697(76)90167-0.
  3. ^ Дин, Джон А., изд. (1999). Справочник Ланге по химии (15 изд.). Макгроу-Хилл. Раздел 4; Таблица 4.5, Электроотрицательность элементов.
  4. ^ https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b09068
  5. ^ Wakhle, A .; Simenel, C .; Hinde, D. J .; и другие. (2015). Simenel, C .; Gomes, P. R. S .; Hinde, D. J .; и другие. (ред.). «Сравнение экспериментального и теоретического распределения масс по углам квазиделения». Европейский физический журнал Интернет конференций. 86: 00061. Bibcode:2015EPJWC..8600061W. Дои:10.1051 / epjconf / 20158600061. ISSN  2100-014X.
  6. ^ Кремер, К. (2016). «Объяснитель: сверхтяжелые элементы». Мир химии. Получено 2020-03-15.
  7. ^ «Открытие элементов 113 и 115». Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора. Архивировано из оригинал на 2015-09-11. Получено 2020-03-15.
  8. ^ Eliav, E .; Kaldor, U .; Борщевский, А. (2018). «Электронная структура атомов трансактинидов». В Скотт, Р. А. (ред.). Энциклопедия неорганической и биоинорганической химии. Джон Уайли и сыновья. С. 1–16. Дои:10.1002 / 9781119951438.eibc2632. ISBN  978-1-119-95143-8.
  9. ^ Оганесян, Ю. Ц.; Дмитриев, С. Н .; Еремин, А. В .; и другие. (2009). "Попытка получить изотопы элемента 108 в реакции синтеза. 136Xe + 136Xe ". Физический обзор C. 79 (2): 024608. Дои:10.1103 / PhysRevC.79.024608. ISSN  0556-2813.
  10. ^ Мюнценберг, Г.; Армбрустер, П.; Folger, H .; и другие. (1984). «Идентификация элемента 108» (PDF). Zeitschrift für Physik A. 317 (2): 235–236. Bibcode:1984ZPhyA.317..235M. Дои:10.1007 / BF01421260. Архивировано из оригинал (PDF) 7 июня 2015 г.. Получено 20 октября 2012.
  11. ^ Субраманян, С. (2019). «Создание новых элементов не окупается. Просто спросите этого ученого из Беркли». Bloomberg Businessweek. Получено 2020-01-18.
  12. ^ а б Иванов, Д. (2019). "Сверхтяжелые шаги в неизвестное" [Сверхтяжелые шаги в неизвестность]. N + 1 (на русском). Получено 2020-02-02.
  13. ^ Хайнде, Д. (2014). "Что-то новое и сверхтяжелое в периодической таблице". Разговор. Получено 2020-01-30.
  14. ^ а б Краса, А. (2010). «Источники нейтронов для ADS» (PDF). Чешский технический университет в Праге. стр. 4–8. Получено 20 октября, 2019.
  15. ^ Вапстра, А. Х. (1991). «Критерии, которые должны быть выполнены для признания открытия нового химического элемента» (PDF). Чистая и прикладная химия. 63 (6): 883. Дои:10.1351 / pac199163060879. ISSN  1365-3075. Получено 2020-08-28.
  16. ^ а б Hyde, E.K .; Хоффман, Д.С.; Келлер, О. Л. (1987). «История и анализ открытия элементов 104 и 105». Radiochimica Acta. 42 (2): 67–68. Дои:10.1524 / ract.1987.42.2.57. ISSN  2193-3405.
  17. ^ а б c Мир химии (2016). «Как сделать сверхтяжелые элементы и закончить периодическую таблицу [видео]». Scientific American. Получено 2020-01-27.
  18. ^ Хоффман 2000, п. 334.
  19. ^ Хоффман 2000, п. 335.
  20. ^ Загребаев 2013, п. 3.
  21. ^ Beiser 2003, п. 432.
  22. ^ Стащак, А .; Баран, А .; Назаревич, В. (2013). «Режимы спонтанного деления и времена жизни сверхтяжелых элементов в теории функционала плотности ядра». Физический обзор C. 87 (2): 024320–1. arXiv:1208.1215. Bibcode:2013PhRvC..87b4320S. Дои:10.1103 / Physrevc.87.024320. ISSN  0556-2813.
  23. ^ Ауди 2017, стр. 030001-128–030001-138.
  24. ^ Beiser 2003, п. 439.
  25. ^ Оганесян, Ю. Ц .; Рыкачевский, К. П. (2015). «Плацдарм на острове стабильности». Физика сегодня. 68 (8): 32–38. Bibcode:2015ФТ .... 68ч..32О. Дои:10.1063 / PT.3.2880. ISSN  0031-9228. OSTI  1337838.
  26. ^ Грант, А. (2018). «Взвешивание самых тяжелых элементов». Физика сегодня. Дои:10.1063 / PT.6.1.20181113a.
  27. ^ Хоус, Л. (2019). «Изучение сверхтяжелых элементов в конце периодической таблицы». Новости химии и машиностроения. Получено 2020-01-27.
  28. ^ а б Робинсон, А. Э. (2019). «Трансфермиевые войны: научная драка и обзывание во время холодной войны». Дистилляции. Получено 2020-02-22.
  29. ^ "Популярная библиотека химических элементов. Сиборгий (экавольфрам)" [Популярная библиотека химических элементов. Сиборгий (эка-вольфрам)]. n-t.ru (на русском). Получено 2020-01-07. Перепечатано с "Экавольфрам" [Эка-вольфрам]. Популярная библиотека химических элементов. Серебро - Нильсборий и далее [Популярная библиотека химических элементов. Серебро через нильсборий и не только] (на русском). Наука. 1977.
  30. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п Барбер, Роберт С .; Greenwood, Norman N .; Hrynkiewicz, Andrzej Z .; Jeannin, Yves P .; Лефорт, Марк; Сакаи, Мицуо; Lehla, Иван М .; Вапстра, Алдерт Хендрик; Уилкинсон, Денис Х. (1993). «Открытие элементов трансфермиума. Часть II: Введение в профили открытия. Часть III: Профили открытия элементов трансфермиума». Чистая и прикладная химия. 65 (8): 1757. Дои:10.1351 / pac199365081757. S2CID  195819585. (Примечание: для части I см. «Чистая и прикладная химия», том 63, № 6, стр. 879–886, 1991)
  31. ^ а б Сильва, стр. 1636–167.
  32. ^ Поля, Питер Р .; Фридман, Арнольд М .; Милстед, Джон; Аттерлинг, Хьюго; Форслинг, Вильгельм; Холм, Леннарт У .; Остром, Бьёрн (1 сентября 1957 г.). «Производство Нового Элемента 102». Физический обзор. 107 (5): 1460–1462. Bibcode:1957ПхРв..107.1460Ф. Дои:10.1103 / PhysRev.107.1460.
  33. ^ а б c d е ж Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Издательство Оксфордского университета. С. 368–9. ISBN  978-0-19-960563-7.
  34. ^ а б Гиорсо, Альберт; Сиборг, Гленн Т .; Оганесян, Юрий Ц .; Звара, Иво; Армбрустер, Питер; Hessberger, F. P .; Хофманн, Сигурд; Leino, Matti E .; Мюнценберг, Готфрид; Рейсдорф, Виллиброрд; Шмидт, Карл-Хайнц (1993). «Ответы Лаборатории Лоуренса Беркли, Калифорния; Объединенного института ядерных исследований, Дубна; и Gesellschaft fur Schwerionenforschung, Дармштадт, на тему« Открытие элементов трансфермиума »с последующим ответом на ответы Рабочей группы Transfermium». Чистая и прикладная химия. 65 (8): 1815–1824. Дои:10.1351 / pac199365081815.
  35. ^ а б «Названия и символы трансфермиум элементов» (PDF). Чистая и прикладная химия. 69 (12): 2471–2473. 1997. Дои:10.1351 / pac199769122471.
  36. ^ Hoffmann, Darleane C .; Ли, Диана М .; Першина, Валерия (2006). «Трансактиниды и элементы будущего». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (3-е изд.). Springer. п.1660. ISBN  978-1-4020-3555-5.
  37. ^ «Элемент 114 называется Флеровий, а элемент 116 - Ливермориум» (Пресс-релиз). ИЮПАК. 30 мая 2012. Архивировано с оригинал 2 июня 2012 г.
  38. ^ Haire, Ричард Г. (2006). «Эйнштейний». In Morss, Lester R .; Эдельштейн, Норман М .; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов (PDF). 3 (3-е изд.). Дордрехт, Нидерланды: Springer. С. 1577–1620. Дои:10.1007/1-4020-3598-5_12. ISBN  978-1-4020-3555-5.
  39. ^ а б c d е ж Сильва, стр. 1639
  40. ^ а б Сильва, стр. 1626–8.
  41. ^ Йоханссон, Бёрье; Розенгрен, Андерс (1975). «Обобщенная фазовая диаграмма для редкоземельных элементов: расчеты и соотношения объемных свойств». Физический обзор B. 11 (8): 2836–2857. Bibcode:1975PhRvB..11.2836J. Дои:10.1103 / PhysRevB.11.2836.
  42. ^ Хьюлет, Э. Кеннет (1980). «Глава 12. Химия наиболее тяжелых актинидов: фермия, менделевия, нобелия и лоуренсия». В Эдельштейне, Норман М. (ред.). Химия и спектроскопия лантаноидов и актинидов. Серия симпозиумов ACS. 131. стр.239–263. Дои:10.1021 / bk-1980-0131.ch012. ISBN  978-0-8412-0568-0.
  43. ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press. С. 4.121–4.123. ISBN  978-1-4398-5511-9.
  44. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Сильва, стр. 1639–41.
  45. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 1278. ISBN  978-0-08-037941-8.
  46. ^ Баласубраманян, Кришнан (4 декабря 2001 г.). «Поверхности потенциальной энергии дигидридов Лоуренсия и Нобелия (LrH2 и NoH2)…". Журнал химической физики. 116 (9): 3568–75. Bibcode:2002ЖЧФ.116.3568Б. Дои:10.1063/1.1446029.
  47. ^ Toyoshima, A .; Kasamatsu, Y .; Tsukada, K .; Asai, M .; Kitatsuji, Y .; Ishii, Y .; Toume, H .; Nishinaka, I .; Haba, H .; Ooe, K .; Sato, W .; Шинохара, А .; Akiyama, K .; Нагаме, Ю. (8 июля 2009 г.). «Окисление элемента 102, нобелия, с помощью проточной электролитической колоночной хроматографии в атомном масштабе». Журнал Американского химического общества. 131 (26): 9180–1. Дои:10.1021 / ja9030038. PMID  19514720.
  48. ^ Мартин, Уильям С .; Хэган, Люси; Читатель, Джозеф; Сахар, Джек (1974). "Уровни земли и потенциал ионизации для атомов и ионов лантанидов и актинидов". Журнал физических и химических справочных данных. 3 (3): 771–9. Bibcode:1974JPCRD ... 3..771M. Дои:10.1063/1.3253147. S2CID  97945150.
  49. ^ Лиде, Дэвид Р. (редактор), CRC Справочник по химии и физике, 84-е издание, CRC Press, Бока-Ратон (Флорида), 2003 г., раздел 10, Атомная, молекулярная и оптическая физика; Ионизационные потенциалы атомов и атомных ионов.
  50. ^ а б c d е ж грамм час Сильва, стр. 1637–8.
  51. ^ а б c d е ж грамм "Nucleonica :: Ядерная наука через Интернет".
  52. ^ а б c d е ж грамм Ауди, Жорж; Берсильон, Оливье; Blachot, Жан; Вапстра, Алдерт Хендрик (2003), "ТогдаUBASE оценка ядерных и распадных свойств », Ядерная физика A, 729: 3–128, Bibcode:2003НуФА.729 .... 3А, Дои:10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001
  53. ^ Кратц, Йенс Фолькер (5 сентября 2011 г.). Влияние сверхтяжелых элементов на химические и физические науки (PDF). 4-я Международная конференция по химии и физике трансактинидных элементов. Получено 27 августа 2013.
  54. ^ Нурмия, Матти (2003). "Нобелий". Новости химии и техники. 81 (36): 178. Дои:10.1021 / cen-v081n036.p178.
  55. ^ а б c d Сильва, стр. 1638–169.

Библиография

внешняя ссылка