Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) сообщил, какие наименования считает наиболее подходящими для четырёх новых элементов таблицы Менделеева. Один из них рекомендуется назвать в честь российского физика, академика Юрия Оганесяна. Незадолго до этого корреспондент «КШ» встретился с Юрием Цолаковичем и сделал с ним большое интервью. Но ИЮПАК очень просит учёных не давать комментарии до 8 ноября, когда официально будут объявлены новые названия. Вне зависимости от того, чьё имя появится в таблице Менделеева, можно констатировать: Россия стала одним из лидеров в трансурановой гонке, которая продолжается больше полувека.
Юрий Оганесян. Специалист в области ядерной физики, академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций ОИЯИ, заведующий кафедрой ядерной физики Университета «Дубна». В качестве ученика Георгия Флёрова участвовал в синтезе резерфордия, дубния, сиборгия, бория и др. Среди открытий мирового уровня - так называемый холодный синтез ядер, оказавшийся чрезвычайно полезным инструментом для создания новых элементов.
В нижних строках таблицы Менделеева вы легко найдёте уран, его атомный номер 92. Все последующие элементы в природе сейчас не существуют и были открыты в результате очень сложных экспериментов.
Первыми создали новый элемент американские физики Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан. Так в 1940 году на свет появился плутоний. Позднее, совместно с другими учёными, Сиборг синтезировал америций, кюрий, берклий… Сам факт рукотворного расширения таблицы Менделеева в каком-то смысле сравним с полётом в космос.
Ведущие страны мира включились в гонку по созданию сверхтяжёлых ядер (при желании можно было бы провести аналогию с лунной гонкой, но здесь наша страна скорее побеждает). В СССР первый трансурановый элемент был синтезирован в 1964 году учёными из Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне. Это был 104-й элемент - нарекли резерфордием. Руководил проектом один из основателей ОИЯИ Георгий Флёров. Его имя тоже вписано в таблицу: флеровий, 114. А 105-й элемент получил название дубний.
Юрий Оганесян был учеником Флёрова и участвовал в синтезе резерфордия, а потом дубния, сиборгия, бория… Успехи наших физиков сделали Россию лидером трансурановой гонки наравне с США, Германией, Японией (а может, и первой среди равных).
Новые элементы, о которых идёт речь - 113-й, 115-й, 117-й, 118-й, - были синтезированы в 2002–2009 годах в ОИЯИ на циклотроне У‑400. В ускорителях этого типа пучки тяжёлых заряженных частиц - протонов и ионов - разгоняют с помощью высокочастотного электрического поля, чтобы потом столкнуть друг с другом или с мишенью и изучить продукты их распада.
Все эксперименты проводились международными коллаборациями практически одновременно в разных странах. Например, 113-й элемент учёные из японского института RIKEN синтезировали независимо от остальных. В результате приоритет открытия был отдан им.
Новому химическому элементу вначале присваивается временное название, образованное от латинского числительного. Например, унуноктий - это «сто восемнадцатый». Потом научный коллектив - автор открытия - отправляет свои предложения в ИЮПАК. Комиссия рассматривает аргументы за и против. В частности, она рекомендует придерживаться следующих правил: «Вновь открытые элементы могут быть названы: (а) по имени мифологического персонажа или понятия (включая астрономический объект); (б) по названию минерала или аналогичного вещества; (в) по названию населённого пункта или географической области; (г) в соответствии со свойствами элемента или (д) по имени учёного…»
Наименования должны легко произноситься на большинстве известных языков и заключать в себе информацию, позволяющую однозначно классифицировать элемент. Например, все трансураны имеют двухбуквенные символы и оканчиваются на «-ий», если это металлы: резерфордий, дубний, сиборгий, борий…
Получат ли два новых элемента (115 и 118) «российские» имена, станет ясно в ноябре. Но впереди ещё много экспериментов, ведь согласно гипотезе об островах стабильности есть более тяжёлые элементы, которые способны существовать относительно продолжительное время. Такие элементы даже пытаются найти в природе, но вернее будет, если Оганесян синтезирует их на ускорителе.
Досье на новые элементы
Порядковый номер: 113
Как и кем был открыт: мишень из америция‑243 бомбардировали ионами кальция‑48 и получили изотопы унунпентия, которые распались на изотопы 113-го элемента. Синтезирован в 2003 году.
Приоритет в открытии: Институт физико-химических исследований (RIKEN), Япония.
Нынешнее название: унунтрий.
Предполагаемые свойства: тяжёлый легкоплавкий металл.
Предлагаемое название: нихоний (Nihonium, Nh). Этот элемент стал первым, открытым в Азии вообще и в Японии в частности. «Нихоний» - один из двух вариантов самоназвания страны. «Нихон» переводится как «страна восходящего солнца».
Порядковый номер: 115
Как и кем был открыт: мишень из америция‑243 бомбардировали ионами кальция‑48. Синтезирован в 2003 году Приоритет в открытии: коллаборация в составе ОИЯИ (Россия), Ливерморской национальной лаборатории (США) и Окриджской национальной лаборатории (США).
Нынешнее название: унунпентий.
Предполагаемые свойства: металл, похожий на висмут.
Предлагаемое название: московий (Moscovium, Mc). ИЮПАК одобрил название «московий» в честь Московской области, где находятся Дубна и ОИЯИ. Таким образом, этот российский город может уже второй раз оставить след в таблице Менделеева: дубнием давно и официально называется 105-й элемент.
Порядковый номер: 117
Как и кем был открыт: мишень из берклия‑249 обстреливали ионами кальция‑48. Синтезирован в 2009 году. Приоритет в открытии: ОИЯИ, Ливермор, Окридж.
Нынешнее название: унунсептий.
Предполагаемые свойства: формально относится к галогенам вроде йода. Реальные свойства пока не определены. Скорее всего, сочетает характеристики металла и неметалла.
Предлагаемое название: теннессин (Tennessine, Ts). Знак признания заслуг штата Теннесси (США), в том числе Окриджской национальной лаборатории, Университета Вандербильта и Университета Теннесси, в деле синтеза трансуранов.
Порядковый номер: 118
Как и кем был открыт: мишень из калифорния‑249 бомбардировали кальцием‑48. Синтезирован в 2002 году. Приоритет в открытии: ОИЯИ, Ливермор.
Нынешнее название: унуноктий.
Предполагаемые свойства: по химическим характеристикам относится к инертным газам.
Предлагаемое название: оганессон (Oganesson, Og). В честь научного руководителя лаборатории ядерных реакций ОИЯИ Юрия Оганесяна, внёсшего большой вклад в исследование сверхтяжёлых элементов. Публичное обсуждение возможных наименований продлится до 8 ноября, после чего комиссия примет окончательное решение.
на «Кота Шрёдингера»
С момента возникновения нашей планеты прошло около 4,5 миллиардов лет. Сейчас на Земле сохранились только те элементы, которые не распались за это время, то есть смогли «дожить» до сегодняшнего дня - иными словами, время их полураспада дольше, чем возраст Земли. Названия этих элементов мы можем увидеть в Периодической таблице элементов (до урана).
Все элементы тяжелее урана образовались когда-то в процессе ядерного синтеза, но не дожили до наших дней. Потому что уже распались.
Вот поэтому люди вынуждены воспроизводить их заново.
Например: Плутоний. Период его полураспада всего 25 тысяч лет - совсем немного по сравнению с жизнью Земли. Этот элемент, утверждают эксперты, непременно существовал при зарождении планеты, но уже распался. Плутоний производится искусственно десятками тонн и является, как известно, одним из мощных источников энергии.
Что представляет собой процесс искусственного синтеза?
Ученые не в состоянии воссоздать ситуацию условного «сотворения мира» (т.е. необходимое состояние материи при температурах в миллиарды градусов Цельсия) в лабораторных условиях. «Сотворить» элементы в точности так, как это происходило при образовании Солнечной системы и Земли, невозможно. В процессе искусственного синтеза специалисты действуют доступными здесь на Земле средствами, но получают общее представление о том, как могло это происходить тогда и как, возможно, происходит сейчас на далеких звездах.
В общих чертах эксперимент происходит следующим образом. К ядру природного элемента (к примеру, кальция) добавляются нейтроны до тех пор, пока ядро не перестает принимать их. Последний изотоп, перегруженный нейтронами, проживает очень недолго, а произвести следующий не получается вообще. Это и есть критическая точка: предел существования ядер, перегруженных нейтронами.
Как много новых элементов можно создать?
Неизвестно. Вопрос о границе Периодической системы до сих пор открыт.
Кто придумывает название для новых элементов?
Сама процедура признания нового элемента очень сложна. Одним из ключевых требований является то, что открытие должно быть независимо перепроверено, экспериментально подтверждено. Значит, его надо повторить.
Так, например, для официального признания 112-го элемента, который был получен в Германии в 1996 году, понадобилось 14 лет. Церемония «крещения» элемента прошла только в июле 2010 года.
В мире есть несколько наиболее известных лабораторий , сотрудникам которых удалось синтезировать один или даже несколько новых элементов. Это Объединенный институт ядерных исследований в Дубне (Московская область), Ливерморская национальная лаборатория им. Лоуренса в Калифорнии (США), Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли (США), Европейский Центр по изучению тяжёлых ионов им. Гельмгольца в Дармштадте (Германия) и др.
После того, как Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) признает факт синтеза новых химических элементов, право предлагать для них названия получают их официально признанные первооткрыватели.
При подготовке использованы материалы статей и интервью академика Юрия Оганесяна, научного руководителя Лаборатории ядерных реакций имени Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне.
Современную материально-техническую базу производства примерно на 90% составляют всего лишь два вида материалов: металлы и керамика. В мире ежегодно производится около 600 млн. т металла - свыше 150 кг. на каждого жителя планеты. Примерно столько же производится керамики вместе с кирпичом. Изготовление металла обходится в сотни и тысячи раз дороже, производство керамики намного легче в техническом отношении и выгоднее экономически, и, главное, керамика во многих случаях оказывается более подходящим конструкционным материалом по сравнению с металлом.
С применением новых химических элементов - циркония, титана, бора, германия, хрома, молибдена, вольфрама и т.д. в последнее время синтезируют огнеупорную, термостойкую, химостойкую, высокотвердую керамику, а также керамику с набором заданных электрофизических свойств.
Сверхтвердый материал - гексанит-Р как одна из кристаллических разновидностей нитрида бора, с температурой плавления свыше 3200 0 С и твердостью, близкой к твердости алмаза, обладает рекордно высокой вязкостью, т. е. он не так хрупок, как все другие керамические материалы. Решена, таким образом, одна из труднейших научно-технических проблем века: до сих пор всей конструкционной керамике был присущ общий недостаток - хрупкость, теперь же сделан шаг к его преодолению.
Большое преимущество технической керамики нового состава в том, что детали машин из нее производятся прессованием порошков с получением готовых изделий заданных форм и размеров.
Сегодня можно назвать еще одно уникальное свойство керамики - сверхпроводимость при температурах выше температуры кипения азота, это свойство открывает невиданные просторы для научно-технического прогресса, для создания сверхмощных двигателей и электрогенераторов, создания транспорта на магнитной подушке, разработки сверхмощных электромагнитных ускорителей для вывода полезных грузов в космосе и т.д.
Химия кремнийорганических соединений позволила создать многотоннажное производство самых разнообразных полимеров, обладающих огнезащитными, водоотталкивающими, электроизоляционными и другими ценными свойствами. Эти полимеры незаменимы в ряде отраслей энергетики и авиапромышленности.
Фтороуглероды - тетравторметан, гексафторэтан и их производные, где атом углерода несет слабый положительный заряд, а атом фтора с присущей фтору электроотрицательностью - слабый отрицательный заряд. В результате фтороуглероды обладают исключительной устойчивостью даже в очень агрессивных средах кислот и щелочей, особой поверхностной активностью, способностью поглощать кислород и перекиси. Поэтому они применяются в качестве материала для протезов внутренних органов человека.
Вопрос 57. Химические процессы и процессы жизнедеятельности. Катализаторы и ферменты.
Интенсивные исследования последнего времени направлены на выяснение как материального состава растительных и животных тканей, так и химических процессов, происходящих в организме. Идея о ведущей роли ферментов, впервые предложенная великим французским естествоиспытателем Луи Пастером (1822-1895), остается основополагающей и по сей день. В то же время изучением молекулярного состава и структуры ткани живого и неживого организма занимается статическая биохимия.
Динамическая биохимия родилась на рубеже XVIII и XIX столетий, когда начали различать процессы дыхания и брожения, ассимиляции и диссимиляции как некие превращения веществ.
Исследование брожения составляет основной предмет ферментологии - стержневой отрасли знаний о процессах жизнедеятельности. На протяжении весьма длительной истории исследования процесс биокатализа рассматривался с двух разных точек зрения. Одной из них, условно названной химической, придерживались Ю. Либих и М. Бертло, а другой - биологической - Л. Пастер.
В химической концепции весь катализ сводился к обычному химическому катализу. Несмотря на упрощенный подход в рамках концепции были установлены важные положения: аналогия между биокатализом и катализом, между ферментами и катализаторами; наличие в ферментах двух неравноценных компонентов - активных центров и носителей; заключение о важной роли ионов переходных металлов и активных центров многих ферментов; вывод о распространении на биокатализ законов химической кинетики; сведение в отдельных случаях биокатализа к катализу неорганическими агентами.
В начале развития биологическая концепция не располагала столь обширными экспериментальными подтверждениями. Ее основной опорой были труды Л. Пастера и, в частности, его прямые наблюдения за деятельностью молочнокислых бактерий, которые позволили выявить брожение и способность микроорганизмов получать необходимую им энергию для жизнедеятельности путем брожения. Из своих наблюдений Пастер сделал вывод об особом уровне материальной организации ферментов. Однако все его доводы, если и были не опровергнуты, то по крайней мере отодвинуты на задний план после открытия внеклеточного брожения, а позиция Пастера была объявлена виталистической.
Однако с течением времени концепция Пастера победила. О перспективности данной концепции свидетельствуют современные эволюционный катализ и молекулярная биология. С одной стороны, установлено, что состав и структура биополимерных молекул представляют собой единый набор для всех живых существ, вполне доступный для исследования физических и химических свойств - одни и те же физические и химические законы управляют как абиогенными процессами, так и процессами жизнедеятельности. С другой стороны, доказана исключительная специфичность живого, проявляющаяся не только в высших уровнях организации клетки, но и в поведении фрагментов живых систем на молекулярном уровне, на котором отражаются закономерности других уровней. Специфичность молекулярного уровня живого заключается в существенном различии принципов действия катализаторов и ферментов, в различии механизмов образования полимеров и биополимеров, структура которых определяется только генетическим кодом и, наконец, в своем необычном факте: многие химические реакции окисления-восстановления в живой клетке могут происходить без непосредственного контакта между реагирующими молекулами. А это означает, что в живых системах могут происходить такие химические превращения, которые не обнаруживались в неживом мире.
Ранее в 2011 году IUPAC признал за коллаборацией ОИЯИ с LLNL (США) приоритет в открытии 114 и 116 элементов, которые получили названия: 114 элемент ― Flerovium, Fl; 116 элемент ― Livermorium, Lv.
Флеровий ― в честь Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флерова ОИЯИ, являющейся признанным лидером в области синтеза сверхтяжелых элементов, и ее основателя выдающегося физика академика Г.Н.Флерова (1913−1990) ― автора открытия нового вида радиоактивности спонтанного деления тяжелых ядер, основоположника ряда новых научных направлений, основателя и первого директора ЛЯР ОИЯИ, которая сейчас носит его имя.
Ливерморий ― в честь Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса и места ее расположения ― города Ливермор (штат Калифорния, США). Ученые Ливермора уже более 20-ти лет участвуют в проводимых в Дубне экспериментах по синтезу новых элементов.
В целом решение IUPAC является признанием выдающегося вклада ученых ОИЯИ в открытие «острова стабильности» сверхтяжелых элементов, что является одним из важнейших достижений современной ядерной физики.
Четыре новых химических элемента были официально добавлены в периодическую таблицу Менделеева. Таким образом был завершён её седьмой ряд. Новые элементы — 113, 115, 117 и 118 — были синтезированы искусственно в лабораториях России, США и Японии (то есть в природе их не существует). Однако официального признания открытий, сделанного группой независимых экспертов, пришлось ждать до конца 2015 года: Международный союз теоретической и прикладной химии объявил о пополнении 30 декабря 2015 года.
Все "новые" элементы были синтезированы в лабораторных условиях с помощью более лёгких ядер атомов. Это в старые добрые времена можно было выделить кислород путём сжигания оксида ртути - теперь же учёным приходится тратить годы и использовать массивные ускорители частиц, чтобы обнаружить новые элементы. К тому же, нестабильные агломерации протонов и нейтронов (именно такими предстают перед учёными новые элементы) держатся вместе лишь доли секунды прежде, чем распасться на более мелкие, но более устойчивые "осколки".
Теперь команды, получившие и доказавшие существование новых элементов таблицы, имеют право выдвинуть новые названия для этих элементов, а также два буквенных символа для их обозначения.
Элементы могут быть названы в честь одного из своих химических или физических свойств, а также по названию минерала, топонима или учёного. Также название может основываться на мифологических именах.
В настоящее время элементы носят неблагозвучные рабочие названия - унунтрий (Uut), унунпентий (Uup), унунсептий (Uus) и унуноктий (Uuo) — что соответствует латинским названиям цифр в их номере.
