Hvordan og hvor det blev opdageteinsteinium?
Einsteinium (253Es) er et radioaktivt element i det periodiske system
Einsteinium blev opdaget næsten samtidigt med fermiumer resultatet af forskning i eksplosionsprodukter fra en termonuklear enhed, der blev produceret af amerikanerne i Stillehavet i november 1952 ("Mike" -test).
Ivy Mike (Mike Test, M Test) er verdens første termonukleare eksplosive enhedstest.Det blev produceret af USA den 1. november 1952 på et af Eniwetok-atollens motus.På grund af dets vægt og dimensioner samt dets anvendelse af flydende deuterium som brændstof til termonuklear fusion havde enheden ingen praktisk værdi som våben og var udelukkende beregnet til eksperimentel verifikation af det "to-trins" design foreslået af Ulam og Teller.Eksperimentet var en succes; Den anslåede effekt af eksplosionen var 10-12 megatons TNT.
Eevee Mike (magt 10,4 Mt) - Atmosfæriske atomprøver udført af De Forenede Stater på Enewetak Atoll den 1. november 1952. Dette er den første vellykkede test af en brintbombe.
Eksplosionsprodukterne viste sig at indeholde særligt tunge uran- og plutoniumkerner, herunder 224Pu og 246Pu.Dannelsen af sådanne kerner kunne kun være resultatet af den øjeblikkelige indfangning af flere neutroner med 238U-kerner (fra6 til 17!). Dette antydede, at kernerne af elementer med et atomnummer større end 98 kunne have været dannet samtidigt med de tunge isotoper af uran og plutonium.
Faktisk afslørede adskillelsen af eksplosionsprodukterne tilstedeværelsen af et nyt tungt element, og efter behandling af en stor mængde koralsediment og snavs bragt fra eksplosionsstedet var det muligt at isolere to isotoper (253 og 255) af det nye element.Det fik navnet "Einsteinium" til ære for den største matematiker og fysiker i det 20. århundrede .Senere blev grundstoffet99 fremstillet kunstigt ved andre metoder, hovedsagelig ved langvarig bestråling af plutonium med højenergineutroner.Med denne metode kan flere gram einsteinium opnås på 2-3 år; I en termonuklear reaktion dannes den i et par tusindedele af et sekund.Den mest stabile isotop, einsteinium-254, har en halveringstid på ca. 270 dage.
Hvorfor er det dårligt forstået, og hvordan bruges det?
Einsteinium er et radioaktivt metal og tilhører actinidfamilien.oxidationstrin på 2 og 3.Et eksempel er dets iodid med den kemiske formel EsI3.I en almindelig vandig opløsning findes einsteinium i sin mest stabile form i form af ioner.
Dette metal er også kendetegnet ved et kubisk ansigtscentreret gitter, mens gitterparametrene er ca. 0, 575 nanometer, smeltepunktet er 860 ° C.Det er kendetegnet ved relativt høj volatilitet. Mange faste forbindelser af einsteinium er blevet syntetiseret og undersøgt, såsom Es₂O₃, EsCl₃, EsOCl, EsBr₂, EsBr₃, EsI₂og EsI₃.
Der kendes i alt 19 isotoper og 3 isomerer med massetal fra 243 til 256. Den længste levetid af isotoperne, 252Es, har en halveringstid på 471,7 dage.
Det bruges til at opnå mendelevium ved at bombardere en cyclotron med heliumkerner.
Kvarts hætteglas (diameter 9 mm) indeholdende ~ 300 μg faste 253Es. Den resulterende belysning er resultatet af den intense stråling af 253Es. Kredit: Haire, RG, US Department of Energy.
Forskere har dog lavet få eksperimenter med rent einsteinium, og faktum er, at det er meget svært at genskabe. Et team af kemikere fra Berkeley Lab overvandt disse forhindringer for at rapportere den første undersøgelse, der karakteriserer nogle af dens egenskaber, hvilket åbner døren til en bedre forståelse af de resterende transuraner i en række actinider.
Hvordan studeres elementet nu?
Undersøg "Strukturel og spektralkarakteristika ved einsteinium-komplekset ”, offentliggjort i tidsskriftet Nature, blev udført i fællesskab af en kvindelig videnskabsmand fra Berkeley-laboratoriet, Rebecca Abergel, og en videnskabsmand fra Los Alamos National Laboratory, Stosh Cosimore. Forskere fra to laboratorier deltog også i arbejdet - University of California i Berkeley og Georgetown University. I alt havde forskere omkring 250 nanogram af elementet til deres rådighed, og denne mængde stof var tilstrækkelig til for første gang at måle længden af dette grundstofs kemiske binding - den vigtigste egenskab, der bestemmer dets interaktion med andre atomer og molekyler. .
I dag er det kendt om einsteiniumLille. Efter at have fundet ud af dets kemiske opførsel kan forskere anvende denne viden til at udvikle nye materialer eller nye teknologier. Og ikke nødvendigvis kun med Einsteinium, men også med andre actinider. Forskere bemærker, at omhyggelig undersøgelse af einsthenia vil hjælpe i fremtiden med at opdage ny kemi - mindst et nyt element.
Hvordan formåede forskere at genskabe det til undersøgelse?
Abergel og hendes team brugte eksperimentelle faciliteter, der var utilgængelige for årtier siden, da einsteinium først blev opdaget - Berkeley Laboratory Molecular Foundry og Stanford Synchrotron Light Source (SSRL) ved SLAC National Accelerator Laboratory, begge faciliteter i US Department of Energy's Office of Science - til at udføre luminescensspektroskopi og røntgenabsorptionseksperimenter Spektroskopi.
Forskerne bemærker, at opnåelse af prøven i en brugbar form var næsten halvdelen af succesen.
Materialet er fremstillet i en isotopreaktor med høj energistrøm ved Oak Ridge National Laboratory. Dette er et af de få steder i verden, hvor oprettelsen af einsteinium i princippet er mulig. Reaktoren brugte neutronbombardement af curiummål for at udløse en lang kæde af nukleare reaktioner. Det første problem, de stødte på, var, at prøven var forurenet med betydelige mængder Californium, da det er ekstremt vanskeligt at opnå rent einsteinium i en brugbar mængde.
Berkeley-forskere Jennifer Wacker(fra venstre mod højre), Leticia Arnedo-Sanchez, Corey Carter, Catherine Shield arbejder i Rebecca Abergels kemilaboratorium. Kredit: Marilyn Sargent / Berkeley Lab
Så de måtte opgive deresden oprindelige plan om at bruge røntgenkrystallografi, der betragtes som guldstandarden for at opnå strukturel information om stærkt radioaktive molekyler, men kræver en ren metalprøve og kom i stedet for en ny måde at fremstille prøver på og bruge elementære forskningsmetoder. Forskere ved Los Alamos ydede kritisk hjælp i denne fase ved at udvikle en prøveholder, der er unikt egnet til at løse Einsteiniums iboende problemer.
Derefter var et andet problem kampen modRadioaktivt henfald. Berkeley lab-teamet gennemførte deres eksperimenter med einsteinium-254, en af de mest stabile isotoper af dette element. Dens halveringstid er 276 dage, hvilket er nedbrydningstiden for halvdelen af materialet. Mens holdet var i stand til at gennemføre mange eksperimenter forud for coronaviruspandemien, havde de planer om opfølgningseksperimenter, der blev afbrudt af afbrydelser relateret til pandemien. Da det lykkedes dem at vende tilbage til deres laboratorium sidste sommer, var det meste af prøven allerede forsvundet.
Hvad fandt forskerne ud af?
Forskerne var dog i stand til at målebindingsafstand med Einsteinium, og fandt også en fysisk fysisk-kemisk opførsel, der var forskellig fra, hvad man kunne forvente af et antal actinider. Dette er elementerne på den nederste linje i det periodiske system.
Efter at have modtaget et billede af arrangementet af atomer i et molekyle,inklusive einsteinium, målte forskere længden af en kemisk binding og opdagede nogle interessante kemiske egenskaber. Funktionerne ved luminescens og spin-kredsløbskobling af Einsteinium var forskellige fra, hvad man kunne forvente af et element i actinidserien - bundlinjen i det periodiske system.
Denne serie indeholder elementer eller isotoper, dernyttigt til produktion af kernekraft eller radiofarmaceutiske produkter. Med nye data vil vi bedre forstå, hvordan hele spektret af actinider opfører sig.
Rebecca Abergel fra Berkeley Lab
Overraskende nok giver denne forskning også mulighed for at udforske ud over det periodiske system og måske opdage et nyt grundstof.
Læs mere
Se på et billede på 8 billioner pixel af Mars
Forskere har udviklet en erstatning for relativitetsteorien. Hvad er essensen af "teorien om alt"?
Forskere har fundet bevis for, at moderne mennesker blandes med neandertalere
Curium, eller rettere visse isotoper af curiumproduceret i atomreaktorer. Akkumulering af curiumatomer sker gennem den sekventielle indfangning af neutroner af målelementernes kerner. Når curium akkumuleres i tilstrækkelige mængder, isoleres det endvidere ved fremgangsmåder til kemisk behandling, der produceres koncentreret og hovedsageligt curiumoxid. Curium er et ekstremt dyrt metal og bruges stadig i de vigtigste områder inden for nuklear teknologi, alligevel findes der såkaldte curium-programmer i USA og Rusland.
Opkaldt efter Pierre og Marie Curie.
Motu er små øer, der omgiver atollens centrale ø, dannet som følge af stigningen af et koralrev. Motu findes kun i tropiske farvande.