Elementos artificiais - parte 1

Há quase dois anos, a União Internacional de Química Pura e Aplicada, organização de químicos de todo o mundo, anunciou os nomes de quatro novos elementos. Assim, o capítulo da história da química chegou ao fim - o sétimo período da tabela periódica foi finalmente concluído e, desde então, existem oficialmente 118 elementos químicos.

No entanto, a decisão da IUPAC (

Tempo de vida

Para estimar o tempo de vida dos elementos radioativos, os físicos usam o conceito de meia-vida. Este é o tempo até que metade da quantidade original do elemento permaneça. No entanto, após um segundo da mesma quantidade de tempo, o elemento inteiro não desaparecerá, mas apenas metade da metade ou um quarto do valor original permanecerá. etc. Teoricamente, mesmo após um período de tempo infinitamente longo, alguma fração da quantidade original permanecerá, mas na prática supõe-se que após dez períodos praticamente não restará material radioativo.

Fios elétricos, anéis e alumínio podem certamente atestar a existência de cobre, ouro e alumínio. Como você sabe da escola, o ar contém nitrogênio e oxigênio. Elementos reativos como sódio e cloro formam o sal de mesa. Também temos esses elementos, e nossa imaginação sugere que em algum lugar nas prateleiras dos laboratórios químicos há amostras deles. Se o conceito de laboratório for estendido a locais onde também se armazenam elementos altamente radioativos, verifica-se que o último dos existentes é Einstein, com número de série 99. Coloquialmente, a existência deve ser entendida como a presença de um elemento ou seu composto em quantidades tangíveis. Para fazer isso, é necessário ter pelo menos um milionésimo de grama, caso contrário, mesmo os menores cristais de um composto químico não se formarão (no caso do elemento 100 - empresa - as informações sobre o recebimento da quantidade necessária não são totalmente confirmadas).

Os Curie demonstram a irradiação do rádio (pintura de André Castaigne, 1903).

Ela teve que enfrentar esse problema no início do século passado. A radiação de rádio e polônio não foi suficiente para os químicos da época reconhecerem a existência desses elementos - apenas o isolamento de uma fração de grama de seus compostos convenceu os céticos. Mas não vamos criticar os tradicionalistas. Essa abordagem é muito prática: há pouco que pode ser feito em um laboratório comum com uma quantidade tão pequena de uma substância que nem pode ser vista.

A razão para a "inexistência" é, claro, o tempo de vida de alguns elementos - muito curto para sobreviver até agora após a formação da Terra a partir da poeira cósmica. Explosões de supernovas produzem até os elementos mais pesados, que então se dissipam a anos-luz da explosão da estrela. Sob condições favoráveis, as migalhas se fundem em aglomerados maiores e estes em planetas. No entanto, 4,5 bilhões de anos é definitivamente muito tempo para que certos elementos permaneçam em nosso globo em quantidades apreciáveis ​​(quanto mais pesadas, menos e mais curtas). Portanto, para submetê-los à pesquisa, foi necessário criar os elementos que faltavam na matéria. Não para abrir, porque não existiam, escondidos do “vidro e dos olhos” dos cientistas, mas simplesmente para produzir.

Mesmo os elementos mais pesados ​​são formados em explosões de supernovas. A imagem do Hubble mostra a Nebulosa do Caranguejo na constelação de Touro, o remanescente da supernova de 1054.

O cabelo e uma estátua da mamãe franço?

Muito pouco. Estima-se que não mais de 50 gramas de um franco estejam localizados na crosta terrestre a qualquer momento. Astatine é ainda menos - cerca de um grama! Em ambos os casos, o motivo está no tempo de vida muito curto dos isótopos naturais e, além disso, no modo ineficiente de formação - eles são formados nos ramos laterais da série radioativa com baixa probabilidade de sua própria transformação. Não surpreendentemente, até agora ninguém destacou a parte visível desses elementos, e não parece que em um futuro próximo.

A divisão não é tão óbvia quanto pode parecer à primeira vista. Somos muito bons em classificar no caso de itens artesanais como parafusos ou porcas. No entanto, quando entramos em uma área da natureza onde os limites não são nítidos, surgem problemas na forma de objetos que podem ser atribuídos a diferentes grupos.

É o mesmo com os elementos. O urânio é o elemento mais pesado, cuja vida útil lhe permitiu sobreviver até hoje (a meia-vida é comparável à idade do nosso planeta, então ainda temos cerca de metade do urânio que fazia parte da jovem Terra). Elementos mais massivos do que foram criados pelo homem (mais sobre isso mais adiante na série), mas alguns deles foram descobertos mais tarde como subprodutos de transformações causadas pelo decaimento dos núcleos de urânio.

Fraude de uma mina tcheca nos Sudetos. Os minérios de urânio são uma fonte de muitos elementos radioativos.

Uma situação semelhante surge com elementos instáveis ​​pesando menos que o urânio. Alguns deles têm uma vida útil muito curta (por francês são apenas 20 minutos e por astatu segundos no máximo, embora o isótopo deste elemento obtido artificialmente tenha uma meia-vida de oito horas), e sua existência na natureza é apenas uma consequência do fornecimento constante de núcleos de urânio e tório em decomposição (ver: Séries radioativas). Os dois elementos localizados no meio da tabela periódica - TechNet i tráfego - apesar de décadas de esforços dos químicos, eles não são encontrados na natureza. Só depois de obtidos ficou claro que são produto de uma raríssima fissão espontânea de núcleos de urânio e foram identificados em baixíssimas quantidades nos minérios desse metal. 

Além disso, alguns elementos feitos pelo homem são mais bem compreendidos do que elementos enraizados há muito tempo. Em alguns casos, a produção de substâncias artificiais supera toda a oferta mundial de substâncias simples consideradas naturais (ver: Quantos francos e astatinos temos?)! O motivo, claro, é o uso: cerca de 20 toneladas de plutônio radioativo são usadas anualmente, enquanto quase ninguém precisa de estrôncio metálico e sua produção chega a quilogramas. Acrescente a isso o fato de que a superfície da Terra está contaminada por produtos de usinas nucleares e explosões nucleares (principalmente os núcleos são mais leves que o urânio) e termonucleares (neste caso também são mais pesados ​​que o urânio), e teremos um quadro completo da dificuldade de realizar uma fissão aparentemente simples: elemento natural ou artificial? 

Testes de armas nucleares "enriqueceram" o ambiente com numerosos elementos radioativos.

A maior conquista da química no século 150 foi a construção (no próximo ano, o trabalho de Mendeleev "torna" XNUMX anos!). A genialidade de seu criador se revelou, entre outras coisas, no fato de deixar vagas para elementos ainda não descobertos e prever suas propriedades. À medida que as lacunas na tabela foram preenchidas (algumas previsões falharam), surgiu a questão: quantos elementos realmente existem?

Henry Moseley (1887-1915) e imagens do espectro de raios X de vários elementos.

A resposta foi dada por um jovem físico inglês com menos de 26 anos Henry Mosley, em 1913. Durante um estágio no laboratório do descobridor do núcleo atômico, Ernest Rutherfordestudou a emissão de raios X de átomos excitados. Ele conseguiu conectar os comprimentos de onda dos raios X emitidos com a carga dos núcleos atômicos, e este era diferente para cada elemento, constituindo uma característica definidora única. No entanto, a Grande Guerra logo eclodiu, Moseley foi mobilizado e caiu em Gallipoli dois anos depois. Estudos mostraram que o mais pesado conhecido - o urânio - tem 92 prótons no núcleo, o que significa o mesmo número de elementos (pelo menos naquela época). Significava também que faltavam sete elementos da tabela periódica nas posições 43, 61, 72, 75, 85, 87 e 91. Químicos e físicos faziam uma caçada científica, mais fácil era porque sabiam onde e o que procurar - a localização de elementos desconhecidos na tabela periódica permitiu determinar suas propriedades e localizações pretendidas.

Fila de urânio radioativo e rádio (número atômico na parte inferior, número de massa do isótopo à esquerda).

série radioativa - dois isótopos de urânio e um de tório com longa vida útil decaem com a formação de núcleos também radioativos. Estes, por sua vez, sofrem mais decaimento, e assim por diante.Depois de cerca de uma dúzia de mudanças, os isótopos permanentes de chumbo são eventualmente formados. A sequência de isótopos, um dos quais surge do outro, é a série radioativa. Depois de receber Netuno, descobriu-se que um de seus isótopos também iniciou a série. No entanto, o tempo de vida relativamente curto de seus membros significava que esse número era obsoleto por natureza, e o único remanescente dele é a presença do último da série - o bismuto.

Em 1923 foi descoberto grade (nº 72), e dois anos depois - Ren (Nº 75). Os descobridores deste último enfrentaram o mesmo problema que nosso compatriota alguns anos antes. E eles também tiveram que processar uma grande quantidade de minério para obter amostras visíveis dos compostos do novo elemento. Eles usaram o método de Moseley para identificação. Eles também viram frequências no espectro que apontavam para outro elemento do mesmo grupo, o número 43, mas suas observações não foram confirmadas. Technet, pois estamos falando dele, o primeiro dos elementos foi obtido artificialmente (latim = artificial), em 1937, como resultado do bombardeio de molibdênio (nº 42) com núcleos do isótopo de hidrogênio (nº 1). Este elemento é radioativo, embora sua longa vida permita que seja usado. Mais tarde, descobriu-se que o tecnécio ocorre na natureza como resultado do decaimento espontâneo dos núcleos de urânio.

Marcação da fonte de radiação. É melhor não se aproximar de contêineres com este sinal!

Durante a pesquisa, foram descobertos arranjos radioativos naturais protactina (Nº 91) e Francês (Nº 87). No entanto, o elemento 85 foi obtido pela primeira vez artificialmente bombardeando um alvo de bismuto (nº 83) com partículas alfa (núcleos de hélio contendo dois prótons e dois nêutrons). Devido à sua meia-vida muito curta, o novo elemento foi nomeado verão (gr. = inconstante). O conhecimento de suas propriedades químicas possibilitou, alguns anos depois, detectar astatina em minérios de urânio e tório, onde aparece como um de seus produtos de decomposição.

O último dos desaparecidos tráfegocom 61 prótons no núcleo - identificado em 1945 durante o estudo de resíduos de combustível de urânio usado no reator. O nome do elemento vem do mítico Prometeu, que, como a chama olímpica no passado, trouxe uma nova fonte de energia para a humanidade. Este elemento também está presente em quantidades vestigiais em minérios de urânio.