Технеций

ТЕХНЕ́ЦИЙ -я; м. [от греч. technetos - искусственный] Химический элемент (Tc), серебристо-серый радиоактивный металл, получаемый из отходов атомной промышленности.

◁ Техне́циевый, -ая, -ое.

техне́ций

(лат. Technetium), химический элемент VII группы периодической системы. Радиоактивен, наиболее устойчивые изотопы 97 Тс и 99 Тс (период полураспада соответственно 2,6·10 6 и 2,12·10 5 лет). Первый искусственно полученный элемент; синтезирован итальянскими учёными Э. Сегре и К. Перрье (С. Perriez) в 1937 бомбардировкой ядер молибдена дейтронами. Назван от греческого technētós - искусственный. Серебристо-серый металл; плотность 11,487 г/см 3 , t пл 2200°C. В природе найден в незначительных количествах в урановых рудах. Спектрально обнаружен на Солнце и некоторых звёздах. Получают из отходов атомной промышленности. Компонент катализаторов. Изотоп 99m Тс используют в диагностике опухолей головного мозга, при исследованиях центральной и периферической гемодинамики.

ТЕХНЕЦИЙ

ТЕХНЕ́ЦИЙ (лат. Technetium, от греческого technetos - искусственный), Тс (читается «технеций»), первый искусственно полученный радиоактивный химический элемент, атомный номер 43. Стабильных изотопов не имеет. Наиболее долгоживущие радиоизотопы: 97 Tc (Т 1/2 2,6·10 6 лет, электронный захват), 98 Tc (Т 1/2 1,5·10 6 лет) и 99 Tc (Т 1/2 2,12·10 5 лет). Практическое значение имеет короткоживущий ядерный изомер 99m Тс (Т 1/2 6,02 часа).
Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s 2 p 6 d 5 5s 2 . Cтепени окисления от -1 до +7 (валентности I-VII); наиболее устойчива +7. Рaсположен в группе VIIB в 5 периоде периодической системы элементов. Радиус атома 0,136 нм, иона Тс 2+ - 0,095 нм, иона Тс 4+ - 0,070 нм, иона Тс 7+ - 0,056 нм. Энергии последовательной ионизации 7,28, 15,26, 29,54 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,9.
Д. И. Менделеев (см. МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович) при создании периодической системы оставил в таблице для технеция - тяжелого аналога марганца («экамарганца») пустую клетку. Технеций был получен в 1937 К. Перье и Э. Сегре при бомбардировке молибденовой пластинки дейтронами (см. ДЕЙТРОН) . В природе технеций встречается в ничтожных количествах в урановых рудах, 5·10 -10 г на 1 кг урана. Спектральные линии технеция обнаружены в спектрах Солнца и других звезд.
Технеций выделяют из смеси продуктов деления 235 U - отходов ядерной промышленности. При переработке отработанного ядерного горючего технеций извлекают методами ионного обмена, экстракции и дробного осаждения. Металлический технеций получают восстановлением его оксидов водородом при 500°C. Мировое производство технеция достигает нескольких тонн в год. Для исследовательских целей используют короткоживущие радионуклиды технеция: 95m Тс(Т 1/2 =61 сутки), 97m Тс (Т 1/2 =90 суток), 99m Tc.
Технеций - серебристо-серый металл, с гексагональной решеткой, а =0,2737 нм, с= 0,4391 нм. Температура плавления 2200°C, кипения 4600°C, плотность 11,487 кг/дм 3 . По химическим свойствам технеций похож на рений. Значения стандартных электродных потенциалов: пары Тс(VI)/Тс(IV) 0,83 В, пары Тс(VII)/Тс(VI) 0,65В, пары Тс(VII)/Тс(IV) 0,738 В.
При горении Tc в кислороде (см. КИСЛОРОД) образуется желтый высший кислотный оксид Тс 2 О 7 . Раствор его в воде - технециевая кислота НТсО 4 . При выпаривании ее образуются темно-коричневые кристаллы. Соли технециевой кислоты - пертехнаты (пертехнат натрия NaTcO 4 , пертехнат калия KTcO 4 , пертехнат серебра AgTcO 4). При электролизе раствора технециевой кислоты выделяется диоксид ТсО 2 , который при нагревании в кислороде превращается в Тс 2 О 7 .
Взаимодействуя со фтором, (см. ФТОР) Tc образует золотисто-желтые кристаллы гексафторида технеция ТсF 6 в смеси с пентафторидом TcF 5 . Получены оксифториды технеция TcOF 4 и TcO 3 F. Хлорирование технеция дает смесь гексахлорида TcCl 6 и тетрахлорида TcCl 4 . Синтезированы оксихлориды технеция ТсО 3 Сl и ТсОСl 3 . Известны сульфиды (см. СУЛЬФИДЫ) технеция Tc 2 S 7 и TcS 2 , карбонил Tc 2 (CO) 10 . Tc реагирует с азотной, (см. АЗОТНАЯ КИСЛОТА) концентрированной серной (см. СЕРНАЯ КИСЛОТА) кислотами и царской водкой (см. ЦАРСКАЯ ВОДКА) . Пертехнаты используются как ингибиторы коррозии малоуглеродистой стали. Изотоп 99 m Tc применяется в диагностике опухолей головного мозга, при исследовании центральной и периферической гемодинамики (см. ГЕМОДИНАМИКА) .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "технеций" в других словарях:

Таблица нуклидов Общие сведения Название, символ Технеций 99, 99Tc Нейтронов 56 Протонов 43 Свойства нуклида Атомная масса 98,9062547(21) … Википедия

- (символ Тс), серебристо серый металл, РАДИОАКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ. Впервые был получен в 1937 г. бомбардировкой ядер МОЛИБДЕНА дейтронами (ядрами атомов ДЕЙТЕРИЯ) и был первым элементом, синтезированным в циклотроне. Технеций обнаружен в продуктах… … Научно-технический энциклопедический словарь

ТЕХНЕЦИЙ - искусственно синтезированный радиоактивный хим. элемент, символ Тс (лат. Technetium), ат. н. 43, ат. м. 98,91. Т. получают в достаточно больших количествах при делении урана 235 в ядерных реакторах; удалось получить около 20 изотопов Т. Один из… … Большая политехническая энциклопедия

- (Technetium), Tc, искусственный радиоактивный элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43; металл. Получен итальянскими учеными К. Перрье и Э. Сегре в 1937 … Современная энциклопедия

- (лат. Technetium) Тс, химический элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43, атомная масса 98,9072. Радиоактивен, наиболее устойчивые изотопы 97Тс и 99Тс (период полураспада соответственно 2,6.106 и 2,12.105 лет). Первый… … Большой Энциклопедический словарь

- (лат. Technetium), Tc радиоакт. хим. элемент VII группы периодич. системы элементов Менделеева, ат. номер 43, первый из искусственно полученных хим. элементов. Наиб. долгоживущие радионуклиды 98Tc (T1/2 = 4,2·106 лет) и доступный в заметных кол… … Физическая энциклопедия

Сущ., кол во синонимов: 3 металл (86) экамарганец (1) элемент (159) Словарь синонимо … Словарь синонимов

Технеций - (Technetium), Tc, искусственный радиоактивный элемент VII группы периодической системы, атомный номер 43; металл. Получен итальянскими учеными К. Перрье и Э. Сегре в 1937. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

43 Молибден ← Технеций → Рутений … Википедия

- (лат. Technetium) Те, радиоактивный химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный. Существование элемента с атомным номером 43 было… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Элементы. Замечательный сон профессора Менделеева , Курамшин Аркадий Искандерович. Какой химический элемент назван в честь гоблинов? Сколько раз был "открыт" технеций? Что такое" трансфермиевые войны"?Почему когда-то даже ученые мужи путали марганец с магнием и свинец с…

Здесь мы должны сделать небольшое, чисто физическое отступление, иначе будет непонятно, почему этот кусок молибдена был так нужен Сегре. Из молибдена был сделан «зуб» отклоняющей пластины первого в мире, маломощного по нынешним масштабам, циклотрона. Циклотрон - это машина, ускоряющая движение заряженных частиц, например дейтронов - ядер тяжелого водорода , дейтерия. Частицы разгоняются высокочастотным электрическим полем по спирали и с каждым витком приобретают все болВсем, кто когда-либо работал на циклотроне, хорошо известно, как трудно бывает вести эксперимент, если мишень установлена непосредственно в вакуумной камере циклотрона. Значительно удобнее работать на выведенном пучке, в специальной камере, где можно разместить всю необходимую аппаратуру. Но вытащить пучок из циклотрона далеко не просто. Делается это с помощью специальной отклоняющей пластины, на которую подано высокое напряжение. Пластина устанавливается на пути разогнанного уже пучка частиц и отклоняет его в нужном направлении. Расчет наилучшей конфигурации пластины - целая наука. Но несмотря на то что пластины для циклотронов изготавливают и устанавливают с максимальной точностью, ее лобовая часть, или «зуб», поглощает примерно половину ускоренных частиц. Естественно, «зуб» разогревается от ударов, потому его и сейчас делают из тугоплавкого молибдена.

Но так же естественно, что частицы, поглощенные материалом зуба, должны вызвать в нем ядерные реакции, более или менее интересные для физиков. Сегре считал, что в молибдене возможна исключительно интересная ядерная реакция, в результате которой может быть, наконец, по-настоящему открыт много раз открывавшийся и неизменно «закрывавшийся» прежде элемент № 43 (технеций).

От ильмения до мазурия

Элемент № 43 искали давно. И долго. Искали его в рудах и минералах , преимущественно марганцевых. Менделеев, оставляя в таблице пустую клетку для этого элемента, называл его экамарганцем. Впрочем, первые претенденты на эту клетку появились еще до открытия периодического закона. В 1846 г. из минерала ильменита был якобы выделен аналог марганца - ильмений. После того как ильмений «закрыли», появились новые кандидаты: дэвий, люций, ниппоний. Но и они оказались «лжеэлементами». Сорок третья клетка таблицы Менделеева продолжала пустовать.

В 20-х годах нашего века проблемой экамарганца и двимарганца (эка означает «один», дви - «два»), т. е. элементов № 43 и 75, занялись прекрасные экспериментаторы супруги Ида и Вальтер Ноддак. Проследив закономерности изменения свойств элементов по группам и периодам, они пришли к казавшейся крамольной, но по существу верной мысли, что сходство марганца и его эка- и дви-аналогов намного меньше, чем считали раньше, что разумнее искать эти элементы не в марганцевых рудах, а в сырой платине и в молибденовых рудах.

Эксперименты супругов Ноддак продолжались много месяцев. В 1925 г. они объявили об открытии новых элементов - мазурия (элемент № 43) и рения (элемент № 75) . Символы новых элементов заняли пустующие клетки менделеевской таблицы, по впоследствии оказалось, что лишь одно из двух открытий совершилось в действительности. За мазурий Ида и Вальтер Ноддак приняли примеси, не имеющие ничего общего с элементом № 43 технецием.

Символ Ma стоял в таблице элементов больше 10 лет, хотя еще в 1934 г. появились две теоретические работы, которые утверждали, что элемент № 43 нельзя обнаружить ни в марганцевых, ни в платиновых, ни в каких-либо иных рудах. Речь идет о правиле запрета, сформулированном почти одновременно немецким физиком Г. Маттаухом и советским химиком С. А. Щукаревым.

Технеций - «Запрещенный» элемент и ядерные реакции

Вскоре после открытия изотопов было установлено и существование изобаров. Заметим, что изобар и изобара - понятия, столь же далекие, как графин и графиня. Изобарами называют атомы с одинаковыми массовыми числами, принадлежащие разным элементам. Пример нескольких изобаров: 93 Zr, 93 Nb, 93 Mo.

Смысл правила Маттауха - Щукарева в том, что у стабильных изотопов с нечетными номерами не может быть стабильных же изобаров. Так, если изотоп элемента № 41 ниобий-93 стабилен, то изотопы соседних элементов - цирконий-93 и молибден-93 - должны быть обязательно радиоактивными. Правило распространяется на все элементы, в том числе и на элемент № 43.

Этот элемент расположен между молибденом (атомная масса 95,92) и рутением (атомная масса 101,07). Следовательно, массовые числа изотопов этого элемента не должны выйти за пределы диапазона 96-102. Но все стабильные «вакансии» этого диапазона заняты. У молибдена стабильны изотопы с массовыми числами 96, 97, 98 и 100, у рутения - 99, 101, 102 и некоторые другие. Это значит, что у элемента № 43 не может быть ни одного нерадиоактивного изотопа. Впрочем, из этого вовсе не следует, что его нельзя найти в земной коре: существуют же радий , уран, торий .

Уран и торий сохранились на земном шаре благодаря огромному времени жизни некоторых их изотопов. Прочие радиоактивные элементы - это продукты их радиоактивного распада. Элемент № 43 можно было бы обнаружить только в двух случаях: или если у него есть изотопы, период полураспада которых измеряется миллионами лет, или если его долгоживущие изотопы образуются (и достаточно часто) при распаде элементов № 90 и 92.

На первое Сегре не рассчитывал: существуй долгоживущие изотопы элемента № 43, их бы нашли раньше. Второе тоже маловероятно: большинство атомов тория и урана распадаются, испуская альфа-частицы, и цепочка таких распадов заканчивается стабильными изотопами свинца , элемента с атомным номером 82. Более легкие элементы при альфа-распаде урана и тория образоваться не могут.

Правда, есть другой вид распада - спонтанное деление, при котором тяжелые ядра самопроизвольно делятся на два осколка примерно одинаковой массы. При спонтанном делении урана ядра элемента № 43 могли бы образоваться, но таких ядер было бы очень мало: в среднем спонтанно делится одно ядро урана из двух миллионов, а из ста актов спонтанного деления ядер урана элемент № 43 образуется лишь в двух. Впрочем, этого Эмилио Сегре тогда не знал. Спонтанное деление было открыто лишь спустя два года после открытия элемента № 43.

Сегре вез через океан кусок облученного молибдена. Но уверенности, что в нем будет обнаружен новый элемент, не было, да и не могло быть. Были «за», были и «против».

Падая на молибденовую пластину, быстрый дейтрон довольно глубоко проникает в ее толщу. В некоторых случаях один из дейтронов может слиться с ядром атома молибдена. Для этого прежде всего необходимо, чтобы энергии дейтрона хватило для преодоления сил электрического отталкивания. A это значит, что циклотрон должен разогнать дейтрон до скорости около 15 тыс. км/сек. Составное ядро, образующееся при слиянии дейтрона и ядра молибдена, неустойчиво. Оно должно избавиться от избытка энергии. Поэтому, едва произошло слияние, из такого ядра вылетает нейтрон, и бывшее ядро атома молибдена превращается в ядро атома элемента № 43.

Природный молибден состоит из шести изотопов, значит, в принципе в облученном куске молибдена могли быть атомы шести изотопов нового элемента. Это важно потому, что одни изотопы могут быть короткоживущими и оттого неуловимыми химически, тем более что со времени облучения прошло больше месяца. Зато другие изотопы нового элемента могли «выжить». Их-то и надеялся обнаружить Сегре. На этом, собственно, все «за» кончались. «Против» было значительно больше.

Против исследователей работало незнание периодов полураспада изотопов элемента № 43. Могло ведь случиться и так, что ни один изотоп элемента № 43 не существует больше месяца. Против исследователей работали и «попутные» ядерные реакции, в которых образовывались радиоактивные изотопы молибдена, ниобия и некоторых других элементов.

Выделить минимальное количество неизвестного элемента из радиоактивной многокомпонентной смеси очень сложно. Но именно это предстояло сделать Сегре и его немногочисленным помощникам.

Работа началась 30 января 1937 г. Прежде всего выяснили, какие частицы излучает молибден, побывавший в циклотроне и пересекший океан. Он излучал бета-частицы - быстрые ядерные электроны. Когда около 200 мг облученного молибдена растворили в царской водке, бета-активность раствора оказалась примерно такой же, как у нескольких десятков граммов урана.

Неизвестная прежде активность была обнаружена, оставалось определить, кто же ее «виновник». Сначала из раствора химическим путем выделили радиоактивный фосфор-32 , образовавшийся из примесей, которые были в молибдене. Затем тот же раствор подвергли «перекрестному допросу» по строке и столбцу менделеевской таблицы. Носителями неизвестной активности могли быть изотопы ниобия, циркония, рения, рутения, самого молибдена, наконец. Только доказав, что ни один из этих элементов не причастен к испускаемым электронам, можно было говорить об открытии элемента № 43.

Два метода были положены в основу работы: один - логический, метод исключения, другой - широко применяемый химиками для разделения смесей метод «носителей», когда в раствор, содержащий, по-видимому, тот или иной элемент, «подсовывается» соединение этого элемента или другого, сходного с ним по химическим свойствам. И если вещество-носитель выводится из смеси, оно уносит оттуда «родственные» атомы.

В первую очередь исключили ниобий. Раствор выпарили, и полученный осадок вновь растворили, на этот раз в гидроокиси калия. Некоторые элементы остались в нерастворенной части, но неизвестная активность перешла в раствор. И тогда к нему добавили ниобат калия, чтобы стабильный ниобий «увел» радиоактивный. Если, конечно, тот присутствовал в растворе. Ниобий ушел - активность осталась. Такому же испытанию подвергли цирконий. Но и циркониевая фракция оказалась неактивной. Затем осадили сульфид молибдена, но активность по-прежнему оставалась в растворе.

После этого началось самое сложное: предстояло разделить неизвестную активность и рений. Ведь примеси, содержавшиеся в материале «зуба», могли превратиться не только в фосфор-32, но и в радиоактивные изотопы рения. Это казалось тем более вероятным, что именно соединение рения вынесло из раствора неизвестную активность. А как выяснили еще супруги Ноддак, элемент № 43 должен быть похож на рений больше, чем на марганец или любой другой элемент. Отделить неизвестную активность от рения - значило найти новый элемент, потому что все другие «кандидаты» уже были отвергнуты.

Эмилио Сегре и его ближайший помощник Карло Перье смогли это сделать. Они установили, что в солянокислых растворах (0,4-5-нормальных) носитель неизвестной активности выпадает в осадок, когда через раствор пропускают сероводород. Но одновременно выпадает и рений. Если же осаждение вести из более концентрированного раствора (10-нормального), то рений выпадает в осадок полностью, а элемент, несущий неизвестную активность, лишь частично.

Напоследок, для контроля, Перье поставил опыты по отделению носителя неизвестной активности от рутения и марганца. И тогда стало ясно, что бета-частицы могут излучаться лишь ядрами нового элемента, который назвали технецием (от греческого «искусственный»).

Эти опыты были закончены в июне 1937 г. Так был воссоздан первый из химических «динозавров» - элементов, некогда существовавших в природе, но полностью «вымерших» в результате радиоактивного распада.

Позже удалось обнаружить в земле крайне незначительные количества технеция, образовавшегося в результате спонтанного деления урана. То же, кстати, произошло с нептунием и плутонием : сначала элемент получили искусственно, а уже потом, изучив его, сумели найти в природе.

Сейчас технеций получают из осколков деления урана- 35 в ядерных реакторах . Правда, выделить его из массы осколков непросто. На килограмм осколков приходится около 10 г элемента № 43. В основном это изотоп технеций-99, период полураспада которого равен 212 тыс. лет. Благодаря накоплению технеция в реакторах удалось определить свойства этого элемента, получить его в чистом виде, исследовать довольно многие его соединения. В них технеций проявляет валентность 2+ , 3+ и 7+ . Так же, как и рений, технеций - металл тяжелый (плотность 11,5 г/см 3), тугоплавкий (температура плавления 2140°C), химически стойкий.

Несмотря на то что технеций - один из самых редких и дорогих металлов (намного дороже золота), он уже принес практическую пользу.

Ущерб, наносимый человечеству коррозией, огромен. В среднем каждая десятая доменная печь работает на «покрытие расходов» от коррозии. Есть вещества-ингибиторы, замедляющие коррозию металлов. Самыми лучшими ингибиторами оказались пертехнаты - соли технециевой кислоты HTcO 4 . Добавка одной десятитысячной моля TcO 4 -

предотвращает коррозию железа и малоуглеродистой стали - важнейшего конструкционного материала.

Широкому применению пертехнатов препятствуют два обстоятельства: радиоактивность технеция и его высокая стоимость. Это особенно досадно потому, что аналогичные соединения рения и марганца не предотвращают коррозии.

У элемента № 43 есть еще одно уникальное свойство. Температура, при которой этот металл становится сверхпроводником (11,2 К), выше, чем у любого другого чистого металла. Правда, эта цифра получена на образцах не очень высокой чистоты - всего 99,9%. Тем не менее есть основания полагать, что сплавы технеция с другими металлами окажутся идеальными сверхпроводниками. (Как правило, температура переходов в состояние сверх- проводимости у сплавов выше, чем у технически чистых металлов.)

Пусть не так утилитарно, но полезную службу сослужил технеций и астрономам. Технеций обнаружили спектральными методами на некоторых звездах, например на звезде и созвездия Андромеды. Судя по спектрам, элемент № 43 распространен там не меньше, чем цирконий, ниобий, молибден, рутений. Это значит, что синтез элементов во Вселенной продолжается и сейчас.

Технеций (лат. Technetium), Тс, радиоактивный химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 43, атомная масса 98, 9062; металл, ковкий и пластичный.

Технеций стабильных изотопов не имеет. Из радиоактивных изотопов (около 20) практическое значение имеют два: 99 Тс и 99m Tc с периодами полураспада соответственно Т 1/2 = 2,12 ×10 5 лет и T 1/2 = 6,04 ч. В природе элемент находится в незначительных количествах - 10 -10 г в 1 т урановой смолки.

Физические и химические свойства.

Металлический Технеций в виде порошка имеет серый цвет (напоминает Re, Mo, Pt); компактный металл (слитки плавленого металла, фольга, проволока) серебристо-серого цвета. Технеций в кристаллическом состоянии имеет гексагональную решётку плотной упаковки (а = 2,735

, с = 4,391 ); в тонких слоях (менее 150 ) - кубическую гранецентрированную решётку (а = 3,68 ? 0,0005 ); плотность Т. (с гексагональной решёткой) 11,487 г/см 3 , t пл 2200 ? 50 ?С; t kип 4700 ?С; удельное электросопротивление 69 * 10 -6 ом×см (100 ?С); температура перехода в состояние сверхпроводимости Тс 8,24 К. Технеций парамагнитен; его магнитная восприимчивость при 25 0 С - 2,7 * 10 -4 . Конфигурация внешней электронной оболочки атома Тс 4d 5 5s 2 ; атомный радиус 1,358 ; ионный радиус Тс 7+ 0,56 .

По химическим свойствам Tc близок к Mn и особенно к Re, в соединениях проявляет степени окисления от -1 до +7. Наиболее устойчивы и хорошо изучены соединения Tc в степени окисления +7. При взаимодействии Технеция или его соединений с кислородом образуются окислы Tc 2 O 7 и TcO 2 , с хлором и фтором - галогениды ТсХ 6 , ТсХ 5 , ТсХ 4 , возможно образование оксигалогенидов, например ТсО 3 Х (где Х - галоген), с серой - сульфиды Tc 2 S 7 и TcS 2 . Технеций образует также технециевую кислоту HTcO 4 и её соли пертехнаты MеTcO 4 (где Ме - металл), карбонильные, комплексные и металлорганические соединения. В ряду напряжений Технеций стоит правее водорода; он не реагирует с соляной кислотой любых концентраций, но легко растворяется в азотной и серной кислотах, царской водке, перекиси водорода, бромной воде.

Получение.

Основным источником Технеция служат отходы атомной промышленности. Выход 99 Tc при делении 235 U составляет около 6%. Из смеси продуктов деления Технеций в виде пертехнатов, окислов, сульфидов извлекают экстракцией органическими растворителями, методами ионного обмена, осаждением малорастворимых производных. Металл получают восстановлением водородом NH 4 TcO 4 , TcO 2 , Tc 2 S 7 при 600-1000 0 С или электролизом.

Применение.

Технеций - перспективный металл в технике; он может найти применение как катализатор, высокотемпературный и сверхпроводящий материал. Соединения Технеция. - эффективные ингибиторы коррозии. 99m Tc используется в медицине как источник g-излучения. Технеций радиационноопасен, работа с ним требует специальной герметизированной аппаратуры.

История открытия.

Еще в 1846 году работавший в России химик и минералог Р. Герман нашел в Ильменских горах на Урале неизвестный ранее минерал, названный им иттроильменитом. Ученый не успокоился на достигнутом и попытался выделить из него новый химический элемент, который, как он считал, содержится в минерале. Но не успел он открыть свой ильмений, как известный немецкий химик Г. Розе, «закрыл» его, доказав ошибочность работ Германа.

Спустя четверть века ильмений снова появился на авансцене химии - о нем вспомнили как о претенденте на роль «эка - марганца», который должен был занять пустовавшее в периодической системе место под номером 43. Но репутация ильмения была сильно «подмочена» работами Г. Розе, и, несмотря на то, что многие его свойства, в том числе и атомный вес, вполне подходили для элемента № 43, Д. И. Менделеев не стал оформлять ему прописку в своей таблице. Дальнейшие исследования окончательно убедили научный мирв том, что ильмений может войти в историю химии лишь с печальной славой одного из многочисленных лжеэлементов.

Поскольку свято место пусто не бывает, претензии на право занять его появлялись одна за другой. Дэвий, люций, ниппоний - все они лопались, словно мыльные пузыри, едва успев появиться на свет.

Но вот в 1925 году немецкие ученые супруги Ида и Вальтер Ноддак опубликовали сообщение о том, что ими обнаружены два новых элемента - мазурий (№ 43) и рений (№ 75). К рению судьба оказалась благосклонной: он тут же был узаконен в правах и незамедлительно занял приготовленную для него резиденцию. А вот к мазурию фортуна повернулась спиной: ни его первооткрыватели, ни другие ученые не могли научно подтвердить открытие этого элемента. Правда, Ида Ноддак заявила, что «в скором времени мазурий, подобно рению, можно будет покупать в магазинах», но химики, как известно, словам не верят, а других, более убедительных доказательств супруги Ноддак представить не могли, - список «лжесороктретьих» пополнился еще одним неудачником.

В этот период некоторые ученые начали склоняться к мысли, что далеко не все элементы, предсказанные Менделеевым, в частности элемент № 43, существуют в природе. Может быть, их просто нет и незачем понапрасну терять время и ломать копья? К такому выводу пришел даже крупный немецкий химик Вильгельм Прандтль, наложивший «вето» на открытие мазурия.

Внести ясность в этот вопрос позволила младшая сестра химии - ядерная физика, успевшая уже к тому времени завоевать прочный авторитет. Одна из закономерностей этой науки (замеченная в 20-х годах советским химиком С. А. Щукаревым и окончательно сформулированная в 1934 году немецким физиком Г. Маттаухом) называется правилом Маттауха - Щукарева, или правилом запрета.

Смысл его заключается в том, что в природе не могут существовать два стабильных изобара, ядерные заряды которых отличаются на единицу. Другими словами, если у какого - либо химического элемента есть устойчивый изотоп, то его ближайшим соседям по таблице «категорически запрещается» иметь устойчивый изотоп с тем же массовым числом. В этом смысле элементу № 43 явно не повезло: его соседи слева и справа - молибден и рутений - позаботились о том, чтобы все стабильные вакансии близлежащих «территорий» принадлежали их изотопам. А это означало, что элементу № 43 выпала тяжкая доля: сколько бы изотопов он не имел, все они обречены на неустойчивость, и, таким образом, им приходилось непрерывно - днем и ночью - распадаться, хотели они того или нет.

Резонно предположить, что когда - то элемент № 43 существовал на Земле в заметных количествах, но постепенно исчез, как утренний туман. Так почему же в таком случае до наших дней сохранились уран и торий? Ведь они тоже радиоактивны и, следовательно, с первых же дней своей жизни распадаются, как говорится, медленно, но верно? Но именно в этом и кроется ответ на наш вопрос: уран и торий только потому и сохранились, что распадаются медленно, значительно медленнее, чем другие элементы с естественной радиоактивностью (и все же за время существования Земли запасы урана в ее природных кладовых уменьшились примерно в сто раз). Расчеты американских радиохимиков показали, что неустойчивый изотоп того или иного элемента имеет шансы, дожить в земной коре с момента «сотворения мира» до наших дней только в том случае, если его период полураспада превышает 150 миллионов лет. Забегая вперед, скажем, что когда были получены различные изотопы элемента № 43, выяснилось, что период полураспада самого долгоживущего из них лишь немногим больше двух с половиной миллионов лет, и, значит, последние его атомы перестали существовать, видимо, даже задолго до появления на Земле первого динозавра: ведь наша планета «функционирует» во Вселенной уже примерно 4,5 миллиарда лет.

Стало быть, если ученые хотели «пощупать» своими руками элемент № 43, его нужно было этими же руками и создавать, поскольку природа давно внесла его в списки пропавших. Но по плечу ли науке такая задача?

Да, по плечу. Это впервые экспериментально доказал еще в 1919 году английский физик Эрнест Резерфорд. Он подверг ядро атомов азота ожесточенной бомбардировке, в которой орудиями служили все время распадавшиеся атомы радия, а снарядами - образующиеся при этом альфа - частицы. В результате длительного обстрела ядра атомов азота пополнились протонами и он превратился в кислород.

Опыты Резерфорда вооружили ученых необыкновенной артиллерией: с ее помощью можно было не разрушать, а создавать - превращать одни вещества в другие, получать новые элементы.

Так почему бы не попытаться добыть таким путем элемент № 43? За решение этой проблемы взялся молодой итальянский физик Эмилио Сегре. В начале 30 - х годов он работал в Римском университете под руководством уже тогда знаменитого Энрико Ферми. Вместе с другими «мальчуганами» (так Ферми шутливо называл своих талантливых учеников) Сегре принимал участие в опытах по нейтронному облучению урана, решал многие другие проблемы ядерной физики. Но вот молодой ученый получил заманчивое предложение - возглавить кафедру физики в Палермском университете. Когда он приехал в древнюю столицу Сицилии, его ждало разочарование: лаборатория, которой ему предстояло руководить, была более чем скромной и вид ее отнюдь не располагал к научным подвигам.

Но велико было желание Сегре глубже проникнуть в тайны атома. Летом 1936 года он пересекает океан, чтобы побывать в американском городе Беркли. Здесь, в радиационной лаборатории Калифорнийского университета уже несколько лет действовал изобретенный Эрнестом Лоуренсом циклотрон - ускоритель атомных частиц. Сегодня это небольшое устройство показалось бы физикам чем - то вроде детской игрушки, но в то время первый в мире циклотрон вызывал восхищение и зависть ученых из других лабораторий (в 1939 году за его создание Э. Лоуренс был удостоен Нобелевской премии).

Задача 1. Напишите электронную формулу атома технеция. Сколько электронов находится на d-подуровне предпоследнего электронного слоя? К какому электронному семейству относится элемент?

Решение: Атом Tc в таблице Менделеева имеет порядковый номер 43. Следовательно, в его оболочке содержится 43 электрона. В электронной формуле распределяем их по подуровням согласно порядку заполнения (в соответствии с правилами Клечковского) и учитывая емкость подуровней: Tc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 5 5s 2 . При этом порядок заполнения подуровней следующий: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d. Последний электрон располагается на 4d-подуровне, значит, технеций относится к семейству d-элементов. На d-подуровне предпоследнего (4-го) слоя находится 5 электронов.

Ответ: 5, d.

Задача 2. Атом какого элемента имеет электронную конфигурацию 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 1 ?

Решение:

Количество электронов в оболочке нейтрального атома составляет 49. Поэтому его заряд ядра и, следовательно, порядковый номер, также равны 49. В периодической системе Д.И.Менделеева находим, что этот элемент – индий.

Задача 3. У какого из перечисленных ниже соединений наименее выражены кислотные свойства? а) HNO 3 , б) H 3 PO 4 , в) H 3 AsO 4 , г) H 3 SbO 4 .

Решение:

Приведенные кислородсодержащие соединения являются гидроксидами элементов главной подгруппы V группы таблицы Менделеева. Известно, что кислотные свойства гидроксидов ослабевают сверху вниз в подгруппе. Поэтому в указанном ряду наименее выраженными кислотными свойствами обладает H 3 SbO 4 .

Ответ: H 3 SbO 4 .

Задача 4. Укажите тип гибридизации орбиталей бора в молекуле BBr 3 .

Решение:

В образовании трех ковалентных связей между бором и атомами брома участвуют одна s- и две p-орбитали атома бора, свойства которых различаются. Поскольку все химические связи в молекуле BBr 3 равноценны, атом бора подвергается гибридизации. В ней принимают участие указанные выше три орбитали внешнего электронного слоя. Следовательно, тип гибридизации – sp 2 .

Ответ: sp 2 .

Задача 5. По данным периодической системы составьте эмпирическую формулу высшего оксида свинца. Какова его молярная масса?

Решение:

Свинец находится в 4-й группе периодической системы, поэтому его высшая степень окисления равна +4. Атом кислорода в оксидах имеет степень окисления –2, следовательно в молекуле оксида на каждый атом свинца приходится два атома кислорода. Формула высшего оксида – PbO 2 . Вычислим его молярную массу: 207+2·16=239.

Ответ: 239 г/моль.

Задача 6. Какие виды химической связи имеются в молекуле NH 4 I ?

Решение:

Молекула NH 4 I состоит из ионов NH 4 + и I – , между которыми имеется ионная связь. В ионе NH 4 + четыре связи являются ковалентными полярными, причем одна из них образована по донорно-акцепторному типу (см. раздел 3.2.3).

Ответ: ионная, ковалентная полярная, донорно-акцепторная.

Задача 7. Расчет энергии связи .

Вычислите энергию связи H-S в молекуле H 2 S по следующим данным: 2H 2 (г) + S 2 (г) = 2 H 2 S (г) – 40,30 кДж; энергии связей D(H-H) и D(S-S) соответственно равны –435,9 кДж/моль и – 417,6 кДж/моль.

Решение: Образование двух молекул H 2 S можно представить как последовательный процесс разрыва связей H-H в молекуле H 2 и связей S-S в молекуле S 2 :

2 H-H 4 Н – 2D(H-H)

S-S 2 S – D(S-S)

4 Н + 2 S 2 H 2 S + 4D(S-H),

гдеD(H-H), D(S-S) и D(S-H) – энергии образования связей H-H, S-S и S-Н соответственно. Суммируя левые и правые части приведенных уравнений, приходим к термохимическому уравнению

2H 2 (г) + S 2 (г) = 2 H 2 S (г) –2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H).

Тепловой эффект этой реакции равен

Q =–2D(H-H) – D(S-S) + 4D(S-H), откудаD(S-H)= .

Задача 8. Вычисление длины связи.

Рассчитайте длину связи в молекуле HBr, если межъядерное расстояние в молекулах Н 2 и Br 2 ,равны 0,74 ∙10 -10 и 2,28 ∙10 -10 м соответственно.

Решение: Длина ковалентной связи между двумя разноименными атомами равна сумме их ковалентных радиусов

l(H-Br) = r(H) + r(Br).

В свою очередь, ковалентный радиус атома определяется как половина межъядерного расстояния в молекулах Н 2 и Br 2 :

Таким образом,

Ответ: 1,51·10 -10 м.

Задача 9. Определение вида гибридизации орбиталей и пространственной структуры молекулы.

Какой вид гибридизации электронных облаков имеет место в атоме кремния при образования молекулы SiF 4 ? Какова пространственная структура этой молекулы?

Решение: В возбужденном состоянии структура внешнего энергетического уровня атома кремния следующая:

3s		3p
3s	3p x	3p y	3p z

В образовании химических связей в атоме кремния участвуют электроны третьего энергетического уровня: один электрон в s-состоянии и три электрона в р-состоянии. При образовании молекулы SiF 4 возникают четыре гибридных электронных облака (sp 3 -гибридизациия). Молекула SiF 4 имеет пространственную тетраэдрическую конфигурацию.

Задача 10. Определение валентностей элементов в химических соединениях на основе анализа графических электронных формул основного и возбужденных состояний атомов этих элементов .

Какую валентность, обусловленную неспаренными электронами,может проявлять сера в основном и в возбужденном состоянии?

Решение: Распределение электронов внешнего энергетического уровня серы …3s 2 3p 4 с учетом правила Гунда имеет вид:

	s		p				d
16 S

Из анализа основного и двух возбужденных состояний следует, что валентность (спинвалентность) серы в нормальном состоянии равна двум, в первом возбужденном состоянии – четырем, во втором – шести.

Варианты контрольных заданий

Вариант 1

1. Какие сведения об элементе можно узнать на основании его положения в ПСЭ?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Вариант 2

1. Дайте определения: энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности атома? Как они изменяются в периоде и группе?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 26. Распределите электроны этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Вариант 3

1. Какая ковалентная связь называется полярной и какая неполярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи?

2. Какое максимальное число электронов могут занимать s -, p -, d - и f -орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

Вариант 4

1. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы ВеСI 2 ?

4s или 3d ; 5s или 4p ? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 21.

Вариант 5

1. Какая связь называется σ- связью и какая π-связью?

2. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s ; 6s или 5p ? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

Вариант 6

1. Что называется дипольным моментом?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Сколько свободных 3d -орбиталей у атомов последнего элемента?

Вариант 7

1. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм его образования?

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных 3d -орбиталей в атомах этих элементов?

Вариант 8

1. Какой вариант периодической системы наиболее широко применяется и почему?

2. Сколько свободных d- орбиталей содержится в атомах Sc, Ti, V? Напишите электронные формулы атомов этих элементов.

Вариант 9

1. Какие свойства ионной связи отличают её от ковалентной?

2. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по квантовым ячейкам, отвечающим низшему энергетическому состоянию атомов: хрома, фосфора, серы, германия, никеля.

2. Для атома бора возможны два различных электронных состояния и . Как называют эти состояния? Как перейти от первого состояния ко второму?

Вариант 11

1. Какие из 4-х разнообразных типов атомных орбиталей имеют наиболее сложную формулу?

2. Атому какого из элементов отвечает каждая из приведенных электронных формул:

а) ;б) ;

Вариант 12

2. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по квантовым ячейкам, отвечающим высшему энергетическому состоянию атомов: марганца, азота, кислорода, кремния, кобальта.

Вариант 13

1. Если в р-орбиталях какого–либо слоя находятся 4 электрона, сколько из них имеют неспаренные спины и чему равно их суммарное спиновое число 7

2. Атомам каких элементов и каким состояниям этих элементов отвечают следующие электронные формулы и ; и ?

Вариант 14

1. Какие характеристики атома можно назвать, зная: а) порядковый номер элемента в периодической системе; б) номер периода; в) номер и вид группы, в которой расположен элемент?

2. Напишите электронную конфигурацию атомов, пользуясь электронными формулами для элементов с порядковыми номерами 12, 25, 31, 34, 45.

Вариант 15

1. Как определить исходя из положения атома в периодической системе число элементарных частиц в егосоставе? Определите число элементарных частиц в составе атомов серы и цинка.

2. Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по энергетическим ячейкам, соответствующим низшему энергетическому состоянию, для атомов элементов с порядковыми номерами 26, 39, 49, 74, 52.

Вариант 16

1. Что такое квантовые числа? Какие свойства орбиталей и электронов они отражают? Какие значения принимают? Определите максимально возможное число электронов на каждом энергетическом уровне атомов алюминия и меди.

2. Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента, неверны: а) 1s 2 2s 2 2p 5 3s 1 ; б) 1s 2 2s 2 2p 6 ; в) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 4 ; г) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 ; д) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 2 ? Почему? Атомам каких элементов отвечают правильно составленные электронные формулы?

Вариант 17

1. Какие принципы положены в основу всех современных теорий химической связи? Что такое ионная связь? Какими свойствами она обладает? Приведите примеры соединений с ионной связью.

2. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит «провал» одного 4s -электрона на 3d-подуровень. Чему равен максимальный спин d -электронов у атомов первого и p -электронов у атомов второго элемента?

Вариант 18

1. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность р -элементов в периоде, в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

2. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного 5s -электрона на 4d -подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Вариант 19

1. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, m l и m S , характеризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?

2. Сколько свободных f -орбиталей содержится в атомах элементов с порядковыми номерами 61, 62, 91, 92? Пользуясь правилом Гунда, распределите электроны по энергетическим ячейкам для атомов этих элементов.

Вариант 20

1. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s - и p -элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

2. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р 7 - или d 12 - электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны..

Вариант 21

1. Перечислите правила, в соответствии с которыми происходит заполнение электронами орбиталей. Что такое электронная формула атома? Напишите электронные формулы кремния и железа, подчеркнув валентные электроны.

2. Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторых элементов имеют следующие значения: n = 4; l = 0; m l = 0; m S = . Напишите электронные формулы атомов этих элементов и определите сколько свободных 3d -орбиталей содержит каждый их них.

Вариант 22

1. Что такое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства элементов периодической системы атомные массы выражаются дробным числом? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные атомы?

2. Исходя из положения металла в периодической системе, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ba(OH) 2 или Mg(OH) 2 ; Ca(OH) 2 или Fe(OH) 2 ; Cd(OH) 2 или Sr(OH) 2 ?

Вариант 23

1. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

2. Марганец образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида марганца (IV).

Вариант 24

1. Как изменяются кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства высших оксидов и гидроксидов элементов с ростом заряда их ядер: а) в пределах периода; б) в пределах подгруппы.

2. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m l при орбитальном числе l = 0, 1, 2 и 3? Какие элементы в периодической системе называют s-, p-, d- и f -элементами? Приведите примеры.

Вариант 25

1. Теория гибридизации. Механизм образования донорно-акцепторной связи. Примеры соединений

2. У какого из р -элементов пятой группы периодической системы – фосфора или сурьмы – сильнее выражены неметаллические свойства? Какое из водородных соединений данных элементов более сильный восстановитель? Ответ мотивируйте строением атома этих элементов.

Вариант 26

1. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой степени окисления. Как называются соответствующие соединения?

2. Энергетическое состояние внешнего электрона атома описывается следующими значениями квантовых чисел: n =4, l =0, m l =0. Атомы каких элементов имеют такой электрон? Составьте электронные формулы атомов этих элементов. Напишите все квантовые числа эля электронов атомов: а) лития, бериллия, углерода; б) азота, кислорода, фтора.

Вариант 27

1. Металлическая связь. Механизм образования и свойства. Примеры соединений и их свойства.

2. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, составьте формулы мета- и ортогерманиевой кислот, и оксида технеция, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

Вариант 28

1. У какого элемента четвертого периода – хрома или селена – сильнее выражены металлические свойства? Какой их этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте строением атомов хрома и селена.

2. Изотоп никеля-57 образуется при бомбардировке α-частицами ядер атомов железа-54. Составьте уравнение этой ядерной реакции и напишите его в сокращенной форме

Вариант 29

Напишите электронные формулы атомов элементов и назовите их, если значения квантовых чисел (n, l, m l , m S ) электронов наружного (последнего) и предпоследнего электронных слоев следующие:

а) 6, 0, 0, + ; 6, 0, 0, - ; 6, 1, -1, + ;

б) 3, 2, -2, + ; 3, 2, -1, + ; 4, 0, 0, + ; 4, 0, 0, - .

Вариант 30

1.Современные методы, описывающие образование ковалентной связи, их основные постулаты. Свойства ковалентной связи. Приведите примеры соединений с ковалентной связью и их свойства.

2. Составьте сравнительную характеристику элементов с порядковыми номерами 17 и 25 на основании их положения в ПСЭ. Объясните причины сходства и различия в свойствах этих элементов.

Похожая информация.