Теннессин: Свойства и применение элемента

Описание

Теннессин (Ts) - синтетический, сверхтяжелый и высокорадиоактивный элемент с атомным номером 117. Являясь одним из новейших дополнений к периодической таблице, он занимает основополагающее место в современных ядерных исследованиях. Теннессин существует считанные доли секунды, прежде чем распасться на более легкие элементы, но его создание знаменует собой прорыв в современном поиске сверхтяжелых ядер.

История и название

Теннессин был впервые синтезирован в 2010 году совместными усилиями российских и американских ученых из Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Россия) и Национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL) в Теннесси (США). В ходе эксперимента беркелий-249 (²⁴⁹Bk) был соединен с ионами кальция-48 (⁴⁸Ca) с целью получения атомов теннессина-294.

Новые атомы распались почти мгновенно, но их характерные выбросы альфа-частиц свидетельствовали о существовании элемента 117.

В 2016 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) официально признал это открытие и утвердил название "теннессин" в честь американского штата Теннесси, чтобы отметить вклад ORNL, Университета Вандербильта и Университета Теннесси в исследования и открытие сверхтяжелых элементов.

Атомные и физические свойства

Ожидается, что теннессин будет вести себя как металлический или полуметаллический галоген, в отличие от более легких аналогов, таких как хлор или йод. Теоретические модели предполагают, что релятивистские эффекты, обусловленные высокой скоростью внутренних электронов, могут придать ему более слабый неметаллический характер и, возможно, склонность к металлической связи.

Описание химических свойств

Из-за чрезвычайно короткого периода полураспада и небольшого объема производства теннессин никогда не подвергался химическим экспериментам. Однако вычислительная химия и периодические тенденции дают представление о его вероятном поведении:

-Групповое сходство: Теннессин относится к группе 17 (галогены), и следует ожидать, что он будет проявлять некоторое сходство по реакционной способности с астатином (At), самым крупным из встречающихся в природе галогенов.

- Степени окисления: Рассчитанные состояния окисления: -1, +1 и +3, из которых +1 и +3 должны быть более стабильными из-за релятивистских эффектов стабилизации.

- Химическая реактивность: Дает простые соединения, такие как хлорид теннессина (TsCl) и фторид теннессина (TsF), но ни одно из них не было экспериментально установлено.

Производство и синтез

Синтез теннессина - это удивительное научное достижение, в котором задействованы ускорители частиц, радиоактивные мишени и сложная технология ионных пучков.

Синтез включает в себя следующие основные этапы:

1. Подготовка мишени: Тонкий слой беркелия-249, который готовится в Реакторе изотопов высокого потока в ORNL, осаждается на титановую фольгу.

2. Ионная бомбардировка: Пучок кальция-48 разгоняется до высокой энергии и бомбардирует беркелиевую мишень.

3. Ядерный синтез: Иногда в результате столкновения ядер образуется сверхтяжелое составное ядро (теннессин), которое испускает нейтроны и почти сразу же распадается.

4. Обнаружение: Тщательно разработанные детекторы измеряют цепочку альфа-распада, чтобы подтвердить присутствие нового элемента.

Из-за низкой урожайности - всего несколько атомов за эксперимент - и быстрого распада каждое наблюдение требует высокой точности и международного сотрудничества.

Применение и научное значение

Короткий период полураспада теннессина и его незначительное производство исключают возможность его промышленного или коммерческого использования, но его научное влияние огромно:

- Исследования ядерной структуры: Изучение теннессина позволяет физикам наблюдать, как ведут себя протоны и нейтроны в сверхтяжелой области периодической таблицы.

- Теоретическое подтверждение: Его открытие подтверждает предсказания модели ядерной оболочки и поиски "острова стабильности" - теоретической области, где сверхтяжелые элементы могут иметь более длительные периоды полураспада.

- Технологическое развитие: Оборудование и методы, разработанные для получения теннессина, такие как усовершенствованная подготовка мишени, манипулирование пучком частиц и технология детекторов, повлияли на развитие ядерной медицины, материаловедения и физики ускорителей. Дополнительную информацию можно найти в Stanford Advanced Materials (SAM)..

Часто задаваемые вопросы

Что такое теннессин?

Теннессин (Ts) - это синтетический радиоактивный элемент с атомным номером 117, получаемый в результате высокоэнергетических реакций ядерного синтеза изотопов беркелия и кальция.

Почему он назван теннессином?

Элемент назван в честь американского штата Теннесси в знак признания ключевой роли, которую сыграли его исследовательские институты в открытии.

Как получают теннессин?

Он производится путем бомбардировки мишеней из беркелия-249 ионами кальция-48 в ускорителе частиц, при этом образуется всего несколько атомов за один раз.

Каковы его химические свойства?

Ожидается, что он будет вести себя как тяжелый галоген, возможно, металлический, со степенями окисления -1, +1 и +3.

Имеет ли теннессин какое-либо полезное промышленное применение?

На данный момент не существует полезных применений из-за его нестабильности, но его синтез способствует развитию технологий в ядерной науке и высокоточном приборостроении.

В чем преимущество изучения теннессина?

Он улучшает понимание стабильности сверхтяжелых элементов, ядерных сил и релятивистских эффектов на химическое поведение.