Вещественная среда обитания всего живого на Земле и все виды живой материи состоят из многочисленных соединений и их составляющих – химических элементов. Ещё совсем недавно, в 30-е годы прошлого века Периодическая система Менделеева состояла из 88 элементов. С учётом свободных клеток в таблице с номерами 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астат) и 87 (франций) в ней было всего 92 места. Последним элементом с атомным номером 92 был уран.
Предполагается, что на первой стадии развития Земли существовали и трансурановые элементы с порядковыми номерами до 106. Однако из-за небольшой продолжительности жизни по сравнению с возрастом Земли они полностью распались. Самым долгоживущим элементом из них оказался плутоний-244 с периодом полураспада 82,2 млн лет, и его существование в настоящее время доказано – он обнаружен в 1971 г. в калифорнийском минерале бастнезите.
В 1937 г. был обнаружен первый радиоактивный элемент технеций (43), предсказанный Менделеевым, а через три года — первый трансурановый элемент нептуний (93). Затем в течение многих десятилетий в лабораторных условиях зарегистрированы трансурановые элементы с атомными номерами до 118, многие из которых открыты в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковном городе Дубна.
Международный союз чистой и прикладной химии в сентябре 1997 г. утвердил названия искусственных сверхтяжелых элементов: резерфордий (104), дубний (105), сиборгий (106), борий (107), хассий (108) и майтнерий (109). Названия пяти из этих элементов даны в честь ученых, внесших значительный вклад в ядерную физику, а 105-й элемент — дубний — назван в честь города Дубна.
В 2016 г. в Периодическую систему Менделеева добавлены еще четыре новых элемента: ниппоний (113), московий (115), теннесин (117) и оганессон (118). Название 113-му элементу дали открывшие его японцы, а 115-му, 117-му и 118-му — российские и зарубежные ученые.
Трансурановые элементы с атомными номерами до 100 можно получить в ядерном реакторе путём «надстройки» ядер изотопа урана-238 при столкновении их с нейтронами. Все элементы с номерами выше 100 и массовыми числами более 257 получают только в ускорителях и в незначительных количествах. Для получения сверхтяжёлых трансуранидов ядра урана бомбардируются ионами ксенона, гадолиния, самария и урана, которые после ускорения обладают достаточно высокой энергией. Особенно эффективна бомбардировка ионами самого урана, в результате которой образуются тяжёлые промежуточные ядра. Большинство синтезиролванных в лаборатории трансурановых элементов не обладает стабильностью, и о практическом их применении говорить не приходится.
Изотопы – разновидности химических элементов, ядра атомов которых отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в Периодической системе элементов Менделеева. Различают устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. Термин «изотопы» впервые предложил в 1910 г. Фредерик Содди (1877–1956), известный английский радиохимик, лауреат Нобелевской премии 1921 г., экспериментально доказавший образование радия из урана.
Радиоактивные изотопы широко применяются не только в атомной энергетике, но и в разнообразных приборах и аппаратуре для определения плотности, однородности вещества, его гигроскопичности и для других целей. С помощью радиоактивных индикаторов можно проследить за перемещением химических соединений в физических, технологических, биологических и химических процессах, для чего в исследуемый объект внедряются радиоактивные индикаторы (меченые атомы) и затем наблюдают за их движением. Этот способ позволяет исследовать механизмы превращений веществ в сложных технологических условиях, например, при высокой температуре в доменной печи или в агрессивной среде химического реактора, а также изучать процессы обмена веществ в живых организмах. Изотоп кислорода-18 помогает исследовать механизм дыхания живых организмов.
С помощью радиоактивный метода анализа вещества можно определить содержание в нём различных металлов, от кальция до цинка, в чрезвычайно малых концентрациях – до 10–10 (при этом требуется всего лишь 10–12 г вещества). Радиоактивные препараты широко используются в медицинской практике для лечения некоторых заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. Изотопы плутония-238, кюрия-224 применяются для производства батарей небольшой мощности для стабилизаторов ритма сердца. Для их непрерывной работы в течение 10 лет достаточно всего 150–200 мг плутония (обычные батареи служат до 4 лет).
Библиографические ссылки
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов, 12-е изд. М.: Директ-Медиа, 2014.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Практикум, 6-е изд. М.: Директ-Медиа, 2016.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник в 2-х кн. М.: Директ-Медиа, 2017.
Карпенков С.Х. Экология. Практикум. М.: Директ-Медиа, 2014.
Карпенков С.Х. Экология. Учебник для бакалавров. М.: Логос, 2014.
Карпенков С.Х. Технические средства информационных технологий. 3-е изд. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Справочник. М.: Высшая школа, 2004.
Карпенков С.Х. Незабытое прошлое. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков С.Х. Воробьёвы кручи. М.: Директ-Медиа, 2015.
Карпенков Степан Харланович
