Химические элементы, открытые в XI веке

ОБЩИЕ ДАННЫЕ

Этапы открытия ХЭ

В истории открытия элементов, как и в истории науки вообще, отчетливо отражается теснейшая связь отдельных открытий с возникновением и внедрением в практику новых методов исследования. В свою очередь появление новых методов на каждом этапе исторического развития, как известно, связано с уровнем развития производительных сил, с возможностями, предоставляемыми исследователям техникой и наукой. Здесь уместно вспомнить слова Маркса, сказанные по этому поводу: «Человечество ставит себе всегда такие задачи, которые оно может решить, так как при ближайшем рассмотрении всегда окажется, что сама задача только тогда выдвигается, когда уже существуют или, по крайней мере, находятся в процессе возникновения материальные условия, необходимые для её разрешения».

Таким образом, исторически правильно основные этапы открытия элементов наметить лишь на фоне общего процесса развития химии (и вообще науки и техники) и прежде всего в тесной связи с появлением и внедрением в практику новых методов исследования.

С этой точки зрения возможно наметить следующие хронологические этапы открытия элементов:

Таким образом, элементы в каждой из этих 15-ти групп объединены не только по признаку времени открытия, но и по методам открытия. Некоторые условности в распределении элементов по группам связаны главным образом с особенностями истории их открытия

1. Элементы, с которыми человечество познакомилось в древности и в начале средних веков (IV тысячелетие до н. э.- 1200 г.). К ним относятся семь металлов древности – золото, серебро, медь, свинец, олово, железо, ртуть, а также сера и углерод, встречающиеся в природе в свободном состоянии.
2. Элементы, существование которых установлено в алхимическом периоде (1200-1700). Они были выделены либо в процессе алхимических поисков, либо при изучении и переработке руд ремесленниками-металлургами. Это – мышьяк, сурьма, висмут, цинк, фосфор.
3. Элементы, полученные в результате изучения особенностей состава и переработке металлургических руд в первой половине XVIII в. (1700-1751): платина, кобальт, никель.
4. Элементы, открытые путем химического анализа (главным образом качественного и количественного) на первом этапе химико-аналитического периода развития химии (1760-1805), но не выделенные еще в свободном состоянии: магний, кальций, (установлено различие между известью и магнезией), марганец, барий (барит), молибден, вольфрам, теллур, уран (окисел), цирконий (земля), стронций (земля), титан (окислы), хром, бериллий (окисел), иттрий (земля), тантал (земля), церий (земля), фтор (плавиковая кислота), палладий, родий, осмий и иридий.
5. Газообразные элементы, открытые и изученные в эпоху пневматической химии (1760-1780): водород (известный ранее под именем «горючего воздуха»), азот, кислород, хлор (считавшийся до 1809 г. соединением окисленной соляной кислоты).
6. Элементы, впервые полученные в свободном состоянии путем электролиза окислов с помощью вольтова столба, а затем выделенные химическим путем (1807-1810): калий, натрий, кальций, стронций, барий, магний.
7. Элементы, открытые в течение второго этапа химико-аналитического периода развития химии путем количественного анализа состава минералов и солей (1805-1850): бор, литий, кадмий , селен, кремний, бром, алюминий, йод, торий, ванадий, лантан (земля), эрбий (земля), тербий (земля), рутений, ниобий.
8. Элементы, открытые с помощью спектрального анализа (1860-1863): цезий, рубидий, таллий, индий.
9. Элементы, предвиденные Менделеевым на основании периодического закона и открытые в точном соответствии с его предсказываниями (1875-1886): галлий, скандий, германий.
10. Элементы группы инертных газов, открытые с применением физических и химических методов (1869-1896): гелий, аргон, неон, криптон и ксенон.
11. Элементы редких земель, открытые и изученные с применением широкого круга методов физико-химического исследования, особенно методов разделения весьма близких по свойствам соединений (1794-1948): лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, гольмий, эрбий, тулий, иттрий, иттербий, диспрозий, лютеций.
12. Радиоактивные элементы, открытые в связи с исследованием явления радиоактивности в конце XIX- начале XX в.: радий, полоний, актиний, радон, протактиний, а также многочисленные радиоактивные изотопы, в том числе мезоторий, радиоторий, ионий и др.
13. Рассеянные и неустойчивые элементы, открытые и искусственно синтезированные в результате специальных поисков недостающих в периодической системе элементов (1920-1953): гафний, рений, технеций, астат, франций, прометий.
14. Трансурановые элементы, составляющие группу, подобную лантаноидам (элементы редких земель), синтезированные методом ядерных превращений (1940-1960): нептуний, плутоний, америций, берклий, калифорний, кюрий, эйнштейний, лоуренсий, фермий, нобелий, менделевий.
15. Сверхтяжелые неустойчивые элементы, не входящие в группу трансурановых и синтезированные методом ядерных превращений (1964): курчатовий.

Новые ХЭ 7-го периода

Открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева всегда вызывает интерес у широкой публики. Ведь сейчас за этими открытиями стоят сложные исследования в ядерной физике и радиохимии, о которых многие не имеют представления.

Периодическая система химических элементов представляет собой классификацию химических элементов, устанавливающую зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Как известно, первоначальный вариант таблицы был разработан Д. И. Менделеевым в 1869–1871 годах и включал 63 элемента. За последние 50 лет периодическая таблица Менделеева пополнилась 17 новыми элементами (порядковые номера 102-118). Российскими учеными было открыто девять элементов, в том числе пять сверхтяжелых элементов за последние 10 лет.

Изучение сверхтяжелых элементов открывает перед учеными новые горизонты в понимании химических и ядерных процессов.

Эти элементы, созданные искусственным путем, обладают уникальными свойствами, которые не встречаются в природных условиях. Исследования в этой области помогают учёным не только лучше понять структуру и поведение материи, но и проливают свет на процессы, происходящие в самых экстремальных условиях во Вселенной.

По мере совершенствования технологий и методов исследования учёные продолжают открывать новые аспекты сверхтяжелых элементов. Эти открытия могут привести к новым достижениям в науке и технологиях, а также помочь в понимании фундаментальных законов природы.

Считается, что элементы 113−118 могут прояснить процесс образования элементов в природе, а синтез 119-го и 120-го элементов позволит нам открыть восьмой ряд таблицы Менделеева и продвинуться к еще более тяжелым.

Принципы получения новых ХЭ

Седьмой период содержит 32 элемента (столько же, сколько и предыдущий), в том числе включает особую группу элементов — актиноиды. В него входят: франций, радий, актиний, торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделеевий, нобелий, лоуренсий, резерфордий, дубний, сиборгий, борий, хассий, мейтнерий, дармштадтий, рентгений, коперниций, нихоний, флеровий, московий, ливерморий, теннессин и оганесон.

Все элементы седьмого периода являются радиоактивными. Этот период содержит самый тяжёлый элемент, встречающийся на Земле в естественном виде — уран. Большинство последующих элементов были синтезированы искусственно. Хотя некоторые из них (например, плутоний) теперь доступны в многотонных количествах, большинство из них крайне редки и получены лишь в количествах несколько микрограмм или даже меньше. Некоторые из последних элементов синтезированы в лабораториях совсем недавно в количестве нескольких атомов.

Здесь действует закон сохранения электрического заряда. Например, если вам нужен 118-й элемент, вы берете для мишени изотоп, у которого заряд ядра 98 (калифорний), а для бомбардировки мишени кальций с зарядом ядра 20. 20 + 98 = 118. Все просто.

Можете брать любые другие комбинации, пожалуйста. Если вы хотите 120 элемент, то 120 — это два раза по 60. Берем элемент 60 — неодим. Делаем из него мишень и им же облучаем эту мишень. Получаем элемент 120. Это просто арифметика. Здесь не надо всю жизнь что-то перебирать. Плюс есть известные законы.

Ядра плутония (94), бомбят ядрами кальция (20) в циклотроне, разогнав их до скорости близкой к скорости света. За одну секунду происходят десятки триллионов реакций в прозрачном боксе циклотрона. И только малая часть ядерных реакций завершится успешным синтезом нового элемента. Создание элементов 119 и 120 даст ответ на вопрос о том, есть ли граница в химической системе. Или синтез можно проводить бесконечно, создавая новую материю. Пучки атомов титана будут атаковать диски из берклия и калифорния, чтобы заполнить 119 и 120 порядковые номера и провести синтез новой материи, не существующей на Земле

ОТКРЫТЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ: НИХОНИЙ, МОСКОВИЙ, ТЕННЕСИН И ОГАНЕСОН

30 декабря 2015 года стало известно об официальном внесении четырех новых химических элементов в периодическую таблицу Менделеева. Об этом сообщает Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC).

В периодической таблице Менделеева новые элементы обозначены номерами 113, 115, 117 и 118. По правилам IUPAC, правом давать названия новым химическим элементам обладают их первооткрыватели. Так, элемент с порядковым номером 113 получил от открывших его японских ученых название "нихоний" (символ Nh), что переводится на русский язык как "Страна восходящего солнца".

115-й элемент получил название "московий" (Mc) в честь Московского региона, где располагается Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) г. Дубна. Здесь, в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова, в процессе экспериментов и был обнаружен этот элемент.

Новый элемент с атомным числом 117 внесли в таблицу под названием "теннессин" (Ts), которое было предложено специалистами из Национальной лаборатории Ок-Ридж Университета Вандербильта и Университета Теннесси в Ноксвилле (штат Теннесси, США), внесшими большой вклад в исследование сверхтяжелых химических элементов.

Наконец, 118-й элемент, которому было присвоено временное название "унуктоний", сменил его на постоянное и официальное "оганессий" (Og) в честь академика Российской академии наук Юрия Цолаковича Оганесяна за его инновационные исследования трансактиноидовых элементов.

Таким образом, седьмой ряд периодической таблицы Менделеева теперь полностью завершен.

Отметим, что на XX Менделеевском съезде ведущих химиков, проходившем в Екатеринбурге с 26 по 30 сентября 2016 года, директор Лаборатории ядерных реакций имени Г. Н. Флерова в ОИЯИ Сергей Николаевич Дмитриев заявил о том, что в ближайшее время ученые приступят к синтезу 119 и 120 элементов, которые станут первыми в восьмом периоде таблицы.

Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) представляет собой классификацию химических элементов, устанавливающую зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Первоначальный вариант таблицы был разработан Д. И. Менделеевым в 1869–1871 годах и включал 63 элемента. За последние 50 лет периодическая таблица Менделеева пополнилась 17 новыми элементами (порядковые номера 102-118). Российскими учеными из ОЯИЯ было открыто девять элементов, в том числе пять сверхтяжелых элементов за последние 10 лет.

Нихоний

Нихоний (лат. Nihonium, Nh) – химический элемент 7-го периода III группы. Атомный номер – 113. Атомная масса наиболее устойчивого из известных изотопов с периодом полураспада 20 с составляет 286,182 а.е.м. Искусственно синтезирован, радиоактивен, в природе не встречается. Сначала нихоний был синтезирован в Российской Федерации методом горячего слияния в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. Почти в то же время появилась информация о синтезе данного элемента в Японии методом холодного слияния. Дальнейшие исследования по синтезу сто тринадцатого элемента велись в различных лабораториях по всему миру, однако японские научные работники из RIKEN достигли более внушительных результатов, и по этой причине ИЮПАК признал приоритет открытия за японцами.

Отечественные ученые предложили 113-ый элемент назвать Беккерелий в честь Анри Беккереля, который открыл явление радиоактивности. Жители страны Восходящего солнца рекомендовали целый ряд названий: Японий, Нисинаний (в честь физика Ёсио Нисина) и Рикений (в честь института RIKEN). Однако, Международный союз теоретической и прикладной химии рекомендовал наименование «Нихоний» (от яп. Нихон коку – Япония, дословно «страна восходящего солнца»). 28 Ноября 2016 г. сто тринадцатый элемент таблицы Менделеева приобрёл официальное название, перестав именоваться Унунтрием.

Нихоний относится к подгруппе бора, следуя в ней после таллия (табл. 1). Нихоний по некоторым предположениям является тяжёлым непереходным металлом с расчётной плотностью 16 г/см3. Как и все металлы подгруппы бора (начиная с алюминия), он должен быть крайне легкоплавок. Расчётная температура плавления нихония 425 °C (несколько выше tпл. таллия = 303.6 °C). Предполагается, что нихоний значительно менее реакционноспособен, чем таллий, и станет более похож не на него, а на металлы побочной подгруппы I группы – медь или серебро. Всему виной релятивистские эффекты взаимодействия первого 7р1 электрона с двумя 7s2 электронами, которые увеличивают энергию ионизации нихония вплоть до 704,9 кДж/моль, что значительно больше энергии ионизации таллия 589,4 кДж/моль.

Нихоний обладает самым сильным сродством к электрону из числа всей подгруппы бора (0,64 эВ). По этой причине он может являться не только восстановителем, но и окислителем, в отличие от всех предыдущих элементов.

Степень окисления нихония +1, вероятно, как и у таллия, будет более стабильной, но различия от химии таллия крайне внушительны. Предполагается, что гидроксид нихония, в отличие от гидроксида таллия, будет слабым основанием, свободно разлагающимся вплоть до Nh2O. Помимо степеней окисления −1 и +1 этот элемент может проявлять степени окисления +2, +3 и даже +5, что противоречит номеру группы. Однако, дальнейшее окисление нихония осуществляется не с помощью 7s2 электронов, которые разорвать весьма трудно, а за счёт 6d10 электронной оболочки. Поэтому степень окисления +5 будет относительно нестабильной

Московий

Московий (лат. Moscovium, Mc) – химический элемент 7-го периода V группы. Атомный номер – 115. Атомная масса наиболее устойчивого из известных изотопов с периодом полураспада 156 мс составляет 289,194 а.е.м. Искусственно синтезирован, радиоактивен, в природе не встречается. Московий был открыт вместе с нихонием нашими соотечественниками из ОИЯИ путем горячего слияния, в результате которого образовывался атом 117 элемента (Ts – теннессин), и, как результат радиоактивного распада, получались атом нихония и атомы московия. В 2013 году международная категория экспертов в области физики из Лундского университета (Швеция) доказала существование изотопа Московия в результате исследования, согласно которому происходит бомбардировка тонкой пленки америция ионами кальция. Вследствие этого получилось 30 атомов московия. В 2015 году этот же эксперимент провели в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, получив 46 атомов московия. 30 Декабря 2015 года ИЮПАК официально признал открытие 115-го элемента, и преимущественная заслуга в этом учёных из ОИЯИ и Ливерморской национальной лаборатории. 8 Июня 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название «московий» (Moscovium, Mc) в честь Московской области, где находится Объединённый институт ядерных исследований (Дубна).

Предполагается, что московий – непереходный металл, похожий на висмут. Плотность его предполагается около 13,5 г/см3, что больше плотности свинца и несколько меньше плотности ртути (табл. 2). Расчётная температура плавления московия предполагается около 400 °С, то есть он должен быть менее легкоплавким, чем висмут. Московий принадлежит к подгруппе азота и располагается после висмута.

В отличие от более лёгких элементов, которые проявляют окислительные свойства, ослабевающие от азота к висмуту, московий химически ожидается похожим больше не на более лёгкие аналоги своей подгруппы, а на щелочные металлы, проявляя большое сходство с таллием. Как и щелочные металлы, московий будет обладать весьма низкой энергией ионизации первого электрона, которая составит 538 кДж/моль, что практически равно энергии ионизации лития и немного больше таких же значений для натрия. Основные свойства усилит очень большой размер катиона, что сделает McOH сильным основанием, подобным KOH или NaOH. Московий будет быстро окисляться на воздухе кислородом или азотом, бурно реагировать с водой с выделением водорода и образовывать прочную ионную связь с галогенами. Степень окисления московия может быть +3 в соединениях, похожих на соли висмута в степени окисления +3. Однако, соединения со степенью окисления московия +3 могут быть получены только в относительно жёстких условиях с некоторыми сильными кислотами.

Теннесин

Теннессин (лат. Tennessine, Ts) – химический элемент 7-го периода VII группы. Атомный номер – 117. Атомная масса наиболее устойчивого из известных изотопов с периодом полураспада 78 мс составляет 294,210 а.е.м. Искусственно синтезирован, радиоактивен, в природе не встречается. В начале 2009 г. руководитель ОИЯИ в Дубне академик Юрий Оганесян информировал о том, что его лаборатория готова синтезировать 117-ный элемент, место которого в таблице Менделеева пустует. Для синтеза 117-го элемента необходима мишень из берклия. Его должны создать в достаточном количестве, а это около 30 мг американские ученые из Национальной лаборатории в Окридже. Но сама сложность исследования заключается в том, что период полураспада берклия 320 дней, и эксперимент необходимо проводить в кратчайший срок, т.к. атомы берклия могут разложиться.

Теннессин, следуя после астата, почти не проявляет окислительной способности ввиду большого удаления электронов от ядра и, скорее всего, он станет первым галогеном, чьи восстановительные свойства будут преобладать над окислительными.

По этой же причине степень окисления -1 возможна только с очень сильными восстановителями. Теоретически возможны в жестких условиях степени окисления +3 и +5, т.к. требуется разрушение электронной оболочки 7р5.

Оганесон

Оганесон (лат. Ogannesson, Og) – химический элемент 7-го периода VIII группы. Атомный номер – 118. Атомная масса наиболее устойчивого из известных изотопов с периодом полураспада 1 мс составляет 294,214 а.е.м. Искусственно синтезирован, радиоактивен, в природе не встречается. Первое упоминание 118-го и 116-го элементов произошло ещё в 1999 г. в Беркли (США) и оказалось ошибочным и даже фальсифицированным. Элемент № 118 был получен в 2002 г. группой физиков–ядерщиков под руководством Ю.Ц. Оганесяна совместно со специалистами Ливерморской национальной лаборатории. Они провели первую официально подтверждённую серию успешных экспериментов, в ходе которой было зафиксировано рождение атома и его распад. 17 октября 2006 г. отечественные и американские физики – ядерщики официально сообщили о получении 118-го элемента. В январе 2016 г. ИЮПАК официально признал первооткрывателями элемента № 118 команду российских и американских ученых и предложил название «Оганесон» в честь академика Ю.Ц. Оганесяна, под чьим руководством было синтезировано более десяти сверхтяжелых элементов [4].

По своим свойствам он может обладать большей химической активность по сравнению с предыдущим инертным газом в связи с его меньшей энергией ионизации (табл. 4). Более электроотрицательные элементы могут окислять оганесон до степени окисления +2 и +4. Он сможет образовывать относительно стабильные соединения и с менее электроотрицательными элементами.

Интересное исследование провели ученые из Новой Зеландии и США. Результаты квантово-химических расчетов позволили считать оганессон уникальным элементом. Логично считать, что, если оганессон относится к группе инертных газов, следовательно, он имеет на вешнем энергетическом уровне 7s27p6 электронов. Тем не менее, химики – теоретики доказали, что электроны, вращающиеся вокруг ядра, теряют свою оболочную структуру и превращаются в «электронный газ». Согласно расчётам, эффект размытия электронных оболочек постепенно увеличивается вместе с ростом заряда атома (чем больше порядковый номер, тем больше размытие). Следуя этому выводу, оганессон – не инертный газ. Так, после заполнения 7 периода следует 8 период со своими новыми элементами, которые в корне будут отличатся от предыдущих. Это объясняется тем, что в 8 периоде появится новый g-подуровень, на котором могут находиться ещё 18 новых элементов.