Ливерморий: Свойства и применение элементов

Введение

Ливерморий (Lv, атомный номер 116) - искусственный сверхтяжелый элемент халькогеновой группы периодической таблицы. Впервые он был синтезирован в 2000 году группой американских и российских ученых из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) совместно с Ливерморской национальной лабораторией имени Лоуренса. Название "ливерморий" было официально присвоено элементу в 2012 году в честь роли лаборатории Лоуренса Ливермора в открытии сверхтяжелых элементов.

Несмотря на то, что ливерморий производится всего в нескольких атомах за раз, он дает ученым уникальную возможность изучать ядерную стабильность, релятивистские эффекты и поведение электронов в сверхтяжелых ядрах, которые невозможно изучить на элементах, встречающихся в природе.

История и название

Синтез ливермория стал продолжением общих усилий по получению элементов за пределами урана (трансурановых элементов). Исследователи бомбардировали мишени из кюрия-248 ионами кальция-48 в ускорителях частиц, чтобы получить изотопы ливермория-293 и ливермория-292. Период полураспада изотопов составляет примерно 60-70 миллисекунд, что свидетельствует о крайней нестабильности сверхтяжелых ядер.

Название "ливермориум" дано в честь Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса за ее позицию на переднем крае синтеза сверхтяжелых элементов и ядерной физики.

Химические свойства

Из-за своей сверхтяжелой природы и короткого периода полураспада химические свойства ливермория в основном теоретические. Предполагается, что он будет похож на теллур и полоний, других членов 16-й группы, и, например, будет образовывать -2 состояния окисления. Однако релятивистские эффекты сильно изменяют его электронные орбитали, что может привести к образованию связей и реакционной способности, не похожей на те, что наблюдаются у более легких халькогенов.

Ожидается, что он будет обладать металлическим характером, в отличие от своих более легких аналогов из группы 16, и даже может давать летучие соединения в экспериментальных условиях.

Чтобы узнать больше о потенциальных и известных свойствах ливермория, пожалуйста, проверьте Stanford Advanced Materials (SAM).

Методы производства

Ливерморий синтезируется в результате реакций ядерного синтеза в ускорителях частиц:

1. Подготовка мишени: Готовятся мишени из тяжелых актинидов, таких как кюрий-248 или плутоний-244.

2. Бомбардировка снарядами: Пучок ионов кальция-48 ускоряется и бомбардируется на мишень, чтобы вызвать термоядерный синтез.

3. Обнаружение и идентификация: Образовавшиеся атомы ливермория немедленно идентифицируются с помощью альфа-спектроскопии и цепочек распада, поскольку изотопы распадаются за миллисекунды.

- Пример: Дубненская команда в ходе первого синтеза 2000 года идентифицировала четыре атома ливермория-292, подтвердив его создание и позволив отслеживать цепочки распада, которые в итоге заканчиваются на знакомых изотопах свинца и висмута.

Выход крайне мал, даже менее десяти атомов за эксперимент, что требует интенсивности пучка, точности энергии и стабильности мишени.

Применение ливермория

Ливерморий не имеет потенциального применения из-за высокой радиоактивности и короткого периода полураспада. В первую очередь он используется в научных целях, позволяя получить представление о:

-Ядерной стабильности: Эксперименты с ливерморием устанавливают "остров стабильности" сверхтяжелых элементов и влияют на предсказания для более долгоживущих изотопов.

- Теоретическая химия: Элемент способствует демонстрации релятивистских квантовых моделей физического и химического поведения в сверхтяжелых ядрах.

- Методологии ядерной физики: Синтез ливермория способствовал развитию технологий ускорителей частиц, методов обнаружения альфа-распада и разделения изотопов.

Пример: В 2015 году исследователи использовали синтезированные изотопы ливермория для подтверждения теоретических цепочек распада, рассчитанных с помощью моделей ядерных оболочек. Это сыграло решающую роль в получении данных о стабильности смоделированных элементов Z > 110, что позволит в будущем синтезировать более долгоживущие сверхтяжелые элементы, такие как оганессон (Og, Z=118).

Часто задаваемые вопросы

Как получают ливерморий?

Путем ядерного синтеза, бомбардируя тяжелые актинидные мишени (плутоний или кюрий) ионами кальция-48 в ускорителях частиц.

Почему ливерморий нестабилен?

Его сверхтяжелое ядро находится в состоянии экстремального кулоновского отталкивания, поэтому имеет очень короткий период полураспада (миллисекунды).

Каковы его химические свойства?

В основном теоретические, но схожие с элементами группы 16, хотя на них сильно влияют релятивистские электронные эффекты, и, вероятно, металлические.

Почему его производство имеет большое значение?

Получение ливермория расширяет границы ядерной химии, совершенствуя методы обнаружения и изучения сверхтяжелых элементов.

Какое применение находит ливерморий в научных исследованиях?

Он дает ценные сведения о ядерных силах, механизмах распада и гипотетическом острове стабильности, формируя основу для исследований сверхтяжелых элементов.

Есть ли у него практическое применение?

Пока нет - его польза заключается исключительно в пограничных исследованиях, поскольку он помогает ученым разрабатывать модели атомной структуры и ядерной стабильности.