32. Изотопы, изомеры, изотоны, изобары. Трансурановые элементы.

ИЗОТОПЫ

разновидности атомов химического элемента, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов в ядре. У изотопов данного элемента одинаковый атомный номер (равный числу протонов) и почти одинаковые химические свойства, но разные массовые числа (определяемые числом протонов и нейтронов) и немного различающиеся физические свойства. Изотопы были открыты независимо Б.Болтвудом в 1906 и Г.Мак-Коем и В.Россом в 1907 при изучении радиоактивности тяжелых элементов, а термин "изотоп" предложил английский химик Ф.Содди в 1910. Слово образовано из двух греческих слов, означающих "одинаковый" (isos) и "место" (topos), т.к. данные разновидности атомов каждого элемента занимают одно и то же место в периодической системе элементов Менделеева. Изотопы обозначают по-разному. Например, изотоп углерода, содержащий 6 протонов и 6 нейтронов, можно представить одним из следующих способов: углерод-12, С-12, 12С, где 12 - массовое число. Иногда указывают также число протонов, например 126С. Различают стабильные изотопы, которые существуют в неизменном виде неопределенно долго, и нестабильные (радиоизотопы), которые со временем распадаются. Стабильные изотопы открыл в 1919 английский физик Ф.Астон с помощью созданного им масс-спектрографа. Радиоизотопы многих элементов получены искусственным путем в ядерных реакторах. Из первых 103 химических элементов 18 представлены только радиоизотопами. 20 элементов не имеют изотопов, т.е. представлены стабильными атомами одного типа. У остальных 65 элементов существует по два и более стабильных изотопов. Атомные массы элементов в периодической системе - это средние массовые числа природных смесей изотопов. Изотопный состав природных элементов практически постоянен. Радиоизотопы широко применяются в научных исследованиях в качестве изотопных индикаторов (меток) и в самых разных областях науки и техники в качестве источников радиоактивных излучений. Они используются в медицине (диагностика, лучевая терапия).

ИЗОМЕРЫ, химические соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разные свойства из-за различного расположения атомов в молекулах. В структурных изомерах атомы соединены по-разному. Геометрические изомеры, которые также называются цистрансизомерами, отличаются симметрией двойных связей, а оптические являются зеркальным отражением друг друга.

ИЗОТОНЫ— атомы разл. хим. элементов с разл. массовым числом и зарядом ядра, но с одинаковым числом нейтронов (напр., ₁₄Si³⁰, ₁₅P³¹, ₁₆S³²)

ИЗОБАРЫ – атомные ядра с одинаковым числом нуклонов, т. е. массовым числом и разными числами протонов и нейтронов

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Как явствует из их названия, трансурановые элементы это химические элементы, которые располагаются за ураном в ряду актиноидов. Это элементы от нептуния (атомный номер 93) до лоуренсия (атомный номер 103). Их синтезируют в ядерных реакциях из урана или некоторых других тяжелых элементов. Поэтому более корректно считать, что эти элементы были получены, а не открыты. Все трансурановые элементы радиоактивны. Открытие (получение). Нептуний. 237Np с периодом полураспада 2,14Ч106 лет получают как побочный продукт при производстве плутония в ядерных реакторах. Следовые количества нептуния обнаружены в природе как результат реакций трансмутации в урановых рудах, вызываемых нейтронами, которые образуются в результате природного процесса деления урана. Плутоний. . Плутоний получается при бомбардировке урана дейтронами ядрами "тяжелого" водорода или атомами дейтерия. Благодаря совершенствованию ядерной технологии получения 239Pu из природного урана его производство исчисляется в килограммовых количествах. Следы плутония обнаружены в природе как результат распада урана и его облучения нейтронами. 239Pu имеет период полураспада 24360 лет и является источником нейтронов. Он успешно применяется как взрывчатый компонент ядерного оружия и как топливо в ядерной энергетике. Америций. 241Am с периодом полураспада 470 лет получается при интенсивной нейтронной бомбардировке плутония. Америций используют во многих химических исследованиях. В настоящее время его получают в граммовых количествах. Кюрий. При бомбардировке 239Pu ионами гелия был получен кюрий-242. 242Cm (период полураспада 162,5 сут) и 244Cm (период полураспада 17,6 года) получаются и при нейтронной бомбардировке. Берклий. 243Bk получается при бомбардировке 241Am ионами гелия. Изотоп 249Bk (период полураспада 314 сут) был выделен в весовых количествах. Элемент может быть получен при длительной бомбардировке плутония нейтронами. Калифорний. получен при бомбардировке микрограммовых количеств 242Cm ионами гелия. Калифорний в виде смеси изотопов 249Cf, 250Cf, 251Cf, 252Cf выделен в весовых количествах после длительной нейтронной бомбардировки плутония. Эйнштейний. . Сверхтяжелые изотопы урана, возникшие под действием на уран интенсивного нейтронного потока, образовавшегося при этом взрыве, распадались на элемент-99 (эйнштейний) и элемент-100 (фермий) наряду с другими трансурановыми элементами. Эйнштейний-253 (период полураспада 20 сут) открыли в конце 1952 Гиорсо и его коллеги из Радиационной лаборатории Калифорнийского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Лос-Аламосской исследовательской лаборатории. Сравнительно долгоживущий изотоп 254Es (период полураспада 276 сут) получен нейтронной бомбардировкой, этот элемент был выделен в весовых количествах. Наиболее долгоживущий изотоп 252Es имеет период полураспада 471,7 сут. Фермий. . 255Fm (период полураспада 20 ч) открыли А.Гиорсо с сотр. в начале 1953 во время экспериментов по обнаружению эйнштейния. Долгоживущим изотопом фермия является 257Fm (период полураспада около 80 сут). Менделевий. обнаружен при бомбардировке ничтожных количеств 253Es ионами гелия в 152-см циклотроне в Беркли. Первая идентификация элемента была удивительна, так как в опытах было получено всего 1 или 2 атома элемента. 258Md был получен в 1967. Оказалось, что он имеет исключительно большой период полураспада (ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ2 мес). Нобелий. В линейном ускорителе тяжелых ионов (Калифорнийский университет в Беркли) был получен изотоп с массовым числом 254 и периодом полураспада 55 с. (В 1957 об открытии 102-го элемента сообщила международная группа ученых, работавшая в Нобелевском институте физики в Швеции. Воспроизвести их результаты не удалось ученым в Беркли и в Дубне.) Лоуренсий. Элемент был получен бомбардировкой калифорния ионами бора в линейном ускорителе тяжелых ионов в Беркли. Полученный изотоп (либо 258Lr, либо 259Lr) имел период полураспада ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ8 с. Это завершающий элемент ряда актиноидов. Свойства. Все трансурановые элементы являются семейством химически сходных элементов актиноидного ряда и обладают большим химическим сходством с лантаноидами. На основании изучения свойств трансурановых элементов и их соединений установлено, что элементы в соответствии с их электронной конфигурацией образуют две сходные группы. Внутренний электронный слой четырнадцати 5f-электронов заполняется по мере увеличения атомного номера актиноида, аналогичный процесс происходит при застройке 4f-оболочки лантаноидов. Все трансурановые элементы проявляют валентность (степень окисления) III и образуют комплексные ионы с неорганическими и органическими лигандами. Сульфаты, нитраты, хлориды и перхлораты элементов растворимы, а трифториды и оксалаты нерастворимы в кислотах. Np, Pu, Am в водных растворах проявляют степени окисления IV, V и VI, стабильность этих состояний в сравнении со степенью окисления III уменьшается с ростом атомного номера. Bk проявляет в водном растворе степени окисления IV и III. Растворы соединений трансурановых элементов нередко окрашены. Например, ионы Np(III) окрашивают раствор в бледнопурпуровый цвет, Pu(III) в темнопурпуровый, Pu(IV) в зеленый цвет, а Am(III) в розовый. Методом ионообменной хроматографии изучены химические свойства многих соединений актиноидов. Этот метод совместно с методикой сопоставления с лантаноидами способствовал открытию и обнаружению элементов, расположенных после кюрия.