Transurany
Aktinoidy ACH 13
Katedra chemie FP TUL – www.kch.tul.cz
Transurany
Aktinoidy
Lantanoidy
Aktinoidy
1
Aktinium • Objevil ho francouzský chemik André-Louis Debierne v roce 1899 v uranové rudě při výzkumu radioaktivity prvků (v témže roce např. určil Max Planck hodnotu tzv. Planckovy konstanty). • Byl tedy objeven izotop 227Ac, jako jediný vyskytující se v zemské kůře. • Jedna tuna uranové rudy obsahuje přibližně 1/10 tohoto izotopu.
Aktinium Ve sloučeninách prakticky jen trojmocné, elektrochemický potenciál –2,13 V elektronegativita 1,1 bod tání 1050 °C hustota 10,07 g/cm3 mřížka kovového aktinia
2
Thorium
• v roce 1828 nalezl reverend Hans Morten Thrane Esmark na ostrově Lövö v Norsku černý minerál • dal ho svému otci, profesoru geologie, ale ten nebyl schopen vzorek identifikovat • poslal ho tedy švédskému chemikovi a mineralogovi Jönsu Jacobu Berzeliovi • Berzeliova chemická analýza ukázala, že vzorek obsahuje 60% nového prvku • pojmenoval ho thorium – podle vikinského boha Thóra • minerál nazval thorit (ThSiO4)
Thorium Mapa zastoupení thoria na povrchu Měsíce:
Lunární meteorit NWA 482:
3
Thorium sloučeniny v oxidačním stavu bod tání bod varu hustota Mohsova tvrdost tepelná vodivost elektrochemický potenciál elektronegativita výskyt v zemské kůře
4 1842 °C 4820 °C 11,724 g/cm3 3 54 W.m-1.K-1 –1,83 V 1,1 6 ppm
Thorium
4
Protaktinium
• tento prvek objevili tři badatelé: • Kasimir Fajans – spolu se Soddym nezávisle vypracovali teorii izotopů, která vysvětluje rozpad uranu-238 • Frederick Soddy – spolupracovník Rutherforda – objevitel izotopie, zákona radioaktivních přeměn
Protaktinium Lissa Meitnerová – (1878-1968) Studovala u M. Plancka (30 let), spolupracovala s E. Fermim, N. Bohrem přátelila se s A. Einsteinem, aj. V roce 1917 se svým přítelem Ottou Hahnem spoluobjevili protaktinium. Kvůli první a druhé světové válce byli dosti utiskováni, ale i přesto spolu objevili, že při odstřelování uranu částicemi, nevzniká jiný transuran, ale překvapivě o ½ lehčí prvek. Poprvé se začalo mluvit o štěpení atomových jader. Je konec roku 1938.
5
Protaktinium sloučeniny v oxidačním stavu bod tání hustota tepelná vodivost elektrochemický potenciál elektronegativita
3, 4, 5 1568 °C 15,37 g/cm3 47 W.m-1.K-1 –1,47 V 1,5
Uran • již v roce 79 př. n. l. byl používán k barvení glazur (nálezy obsahovaly 1% oxidů uranu) • jako prvek byl objeven v roce 1789 Martinem Heinrichem Klaprothem, byl pojmenován po planetě Uran objevené nedávno (1791) W. Herschelem • Klaproth analyzoval rudu působením kyselin a silnými ohřevy, při nichž získal černý prášek v domnění, že je to uran, jednalo se však jen o jeho oxid • čistý uran se podařilo získat až v roce 1841 francouzským chemikem Eugene-Melchior Peligotem
6
Uran • roku 1896 zjistil Henri Berquerel, že uran je radioaktivní • první rozštěpil atom fyzik Ernst Rutherford, přičemž první řízená řetězová štěpná reakce proběhla 2.12.1942 za přísného utajení ve sklepě chicagského stadionu pod vedením Enrico Fermiho. (obr. nahoře) • váleček vyrobený z oxidu uraničitého s 5% obsahem stěpitelného uranu 235U (nahradí 800 kg uhlí) (obr. dole)
Uran sloučeniny v oxidačním stavu bod tání bod varu hustota Mohsova tvrdost tepelná vodivost elektrochemický potenciál elektronegativita výskyt v zemské kůře Youngův modul pružnosti elektrický odpor
3, 4, 5, 6 1132 °C 3927 °C 19,05 g/cm3 6 27 W.m-1.K-1 –1,38 V 1,38 1,8 ppm 208 GPa (jako ocel) 28.10–8 Ωm
7
rudy uranu Smolinec (Uraninit) – U3O8
Naleziště – Jáchymov, Dolní Rožínka, Bytív u Příbrami, Hamr na Jezeře, Rusko – Karelie, Slovensko – Novoveská Huta, Anglie, Kanada, Jihoafrická republika, USA – New Hampshire. Connectitut, North Carolina, Wyoming, Colorado, New Mexico
Carnotit – K2(UO2)2(VO4)2.xH2O
rudy uranu Abernathyit – K(UO2)(AsO4).3H2O – Tuba City, Arizona; Clyde Long property a West mine Colorado; Cave Hills a Slim Buttes Jižní Dakota; Fuemrol Temple Mountain, Utah; Riviéral (důl, Lodéve, Hérault). Sailauf v Bavorsku (sv. od Aschaffenburgu) Johannit – Cu(UO2)2(SO4)2(OH)2.8H2O, Jáchymov, Colorado, Utah, Tabošar, Tadžikistan
Zippeit – K4(UO2)6[(OH)10|(SO4)3].4H2O – Jáchymov, Colorado, Arizona, Utah
Larisait – Na(H3O)(UO2)3(SeO3)2O2.4H2O – Utah, Repete mine
8
sloučeniny uranu Halogenidy: UF3 – UF6, UCl3 – UCl6, UBr4 – UBr5, UI3 – UI4
Důležitý pro čištění isotopů, nízký bod tání a varu
sloučeniny uranu Oxidy: UO2 – UO3
9
Neptunium • objeveno Edwinem McMillanem a Philipem Abelsonem roku 1940, při odstřelování uranu neutrony v laboratoři Berkeley v Kalifornii • jednalo se o první synteticky vytvořený prvek – první transuran • McMillan mj. vylepšil urychlovače částic pro energie MeV
sloučeniny neptunia
10
sloučeniny neptunia • bod tání • bod varu • hustota • sloučeniny v oxidačním stavu • elektrochemický potenciál
637°C 4000°C 20,45 g/cm3 3–6 –1,79 V
Plutonium • Poprvé připraveno roku 1940 současně na kalifornské universitě v Berkeley (E. M. McMillanem a Philipem Abelsonem) a v britské Cambridgi (Normanem Featherem a Egonem Bretscherem). Philip Hauge Abelson Nikdy mu nestačilo pracovat v jedné oblasti vědy, byl chemikem, fyzikem, geologem, ředitelem, prezidentem, vydavatelem, spisovatelem a též vášnivým turistou a zahradníkem.
11
Plutonium čisté kovové plutonium
Izolace čistého kovu se uskutečnila až v roce 1941 v Berkeley bombardováním uranu jádry deuteria. Kvůli probíhající světové válce byl výzkum udržován v tajnosti, zvláště proto, že jedna z atomových bomb svržená USA na Japonsko byla vyrobena z plutonia.
sloučeniny plutonia
12
sloučeniny plutonia
vlastnosti plutonia bod tání 639 °C bod varu 3230 °C hustota 19,816 g/cm3 elektrochemický potenciál – 1,25 V elektronegativita 1,28 sloučeniny v oxidačních stavech 2 – 6
13
Americium • připraveno roku 1944 Glennem Theodorem Seaborgem (19.4.1912– 25.2.1999), L. O. Morganem, R. A. Jamesem a A. Ghiorsonem • světový nukleární chemik, pedagog, vědecký poradce prezidentů, atd. • umístil prvních 14 prvků těžších než aktinium, objevil dalších 9 prvků za plutoniem a v roce 1974 vyrobil prvek s protonovým číslem 106, později po něm pojmenované seaborgium • večer 24.2.1999 přebíral významné ocenění od amerického chemického společenství, druhý den podlehl mozkové mrtvici
Americium Glenn Theodore Seaborg
• prvek byl pojmenován podle světadílu na kterém byl objeven • Seaborg se podílel i na vývoji materiálů použitých na první atomovou bombu
14
sloučeniny americia
vlastnosti americia bod tání 1176 °C bod varu 2607 °C hustota 17,63 g/cm3 elektrochemický potenciál – 2,07 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 – 6, nejčastěji 3
15
Curium připraveno skupinou G. T. Seaborg (první zleva), Albert Ghiorso (druhý zleva) Ralph A. James (třetí zleva) v roce 1944 Zcela vpravo je L. O. Morgan – spoluobjevitel americia
vlastnosti curia bod tání 1340 °C bod varu 3110 °C hustota 13,51 g/cm3 elektrochemický potenciál – 2,06 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 – 4, nejčastěji 3
16
Berkelium • poprvé připraveno v prosinci 1949 bombardováním 241Am částicemi alfa • objeven v Berkeley a proto ten název • objevitelé G. T. Seaborg, Stanley G. Thompson (dole) a A. Ghiorso (nahoře)
vlastnosti berkelia bod tání 986 °C hustota 14,78 g/cm3 elektrochemický potenciál – 2,01 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 – 4, nejčastěji 3
17
Kalifornium • Připraveno G. T. Seaborgem, S. G. Thompsonem, a A. Ghiorsomem 17. března 1950 bombardováním izotopu curia částicemi alfa.
vlastnosti california bod tání 900 °C hustota 15,1 g/cm3 elektrochemický potenciál – 1,93 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 – 4, nejčastěji 3
18
Einsteinium ● identifikováno
• •
• • • •
Albertem Ghiorsou v lednu roku 1952
v Berkeley výchozím materiálem byl spad po výbuchu termonukleární bomby první umělá syntéza byla realizována v roce 1961 v jaderném reaktoru, kde bylo z 1 kg plutonia připraveno asi 3 mg Es bod tání 860 °C chemické vlastnosti – elektronegativita 1,3 elektrochemický potenciál – 2,0 V oxidační stavy 2 a 3
Fermium • objeveno týmem pod vedením Alberta Ghiorso v roce 1952 255 • Fm bylo zjištěno v pozůstatcích vodíkové bomby • bod tání 1527 °C • chemické vlastnosti – elektronegativita 1,3 • elektrochemický potenciál – 1,96 V • oxidační stavy 2 a 3
19
Mendelevium • připraveno počátkem roku 1955 v laboratoři kalifornské univerzity v Berkeley bombardování jader einsteinia částicemi alfa • objevitelé: A. Ghiorso, G. T. Seaborg, Bernard Harvey a Greg Choppin • bod tání 827 °C • elektrochemický potenciál – 1,7 V
• elektronegativita 1,3 • oxidační stav 3
Kompletní tým objevitelů Mendelevia: zleva: Gregory R. Choppin, Glenn Theodor Seaborg, Bernard G. Harvey a Albert Ghiorso
20
Nobelium • poprvé připraveno v dubnu 1958 v laboratořích kalifornské university v Berkeley při bombardování terče z izotopů curia jádry uhlíku 12C • za objevitele jsou považováni A. Ghiorso, G. T. Seaborg, John R. Walton a Torbjorn Sikkeland • bod tání 827 °C • elektrochemický potenciál – 1,2 V • elektronegativita 1,3 • oxidační stav 3
Lawrencium • prvek 103 Lr • poprvé připraven 14. února 1961 bombardováním izotopů kalifornia o hmotnosti 3 mg jádry boru 10B a 11B • objevitelé: A. Ghiorso, Almon Larsh, Robert M. Latimer a Torbjorn Sikkeland • Název podle vynálezce cyklotronu Ernesta Orlanda Lawrence (8.6.1901 – 27.8.1958), NC 1939 • bod tání 1627 °C • elektrochemický potenciál – 2,0 V
http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Er nest_Orlando_Lawrence.jpg
21
zleva: Albert Ghiorso, Torbjörn Sikkeland a John R.Walton (spoluobjevitel nobelia).
Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium
Rf Db Sg Bh
(104) (105) (106) (107)
• prvky připravené v laboratořích Ústavu jaderného výzkumu v Dubně v bývalém Sovětském svazu pod vedením Georgije Nikolajeviče Flerova • roky objevu: 1964, 1967, 1974, 1976 • několik málo měsíců po objevení došlo vždy k potvrzení správnosti z některého západního státu
22
Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium •
Hs Mt Ds Rg Cn
(108) (109) (110) (111) (112)
Tyto prvky objevil tým
Petera Armbrustera (*1931)
http://www.sciencephoto.com/media/223070/enlarge
Vedoucí týmu Peter Armbruster (uprostřed) se svojí skupinou, která vytvořila šest nových transuranů
http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/objevite/ objev/arm.htm
23
• Bohrium vytvořeno 25. února 1981, jeho nejdéle žijící izotop 17 s • Hassium vytvořeno 14. března 1984, jeho nejdéle žijící izotop 14 s • Meitnerium vytvořeno 29. srpna 1982, jeho nejdéle žijící izotop 42 ms • Darmstadtium vytvořeno 9. listopadu 1994, jeho nejdéle žijící izotop 56 ms • Roentgenium vytvořeno 8. prosince 1994, jeho nejdéle žijící izotop 6,4 ms • Copernicium vytvořeno 9. února 1996, jeho nejdéle žijící izotop 0,6 ms
• Ununtrium
(113)
připraveno ostřelováním jádra americia ionty vápníku 2003
• Ununquadium
(114)
připraveno ostřelováním plutonia vápníkem 1998 (1999)
• Ununpentium
(115)
připraveno ostřelováním americia vápníkem 2003
• Ununhexium
(116)
připraveno ostřelováním curia vápníkem 2000
• Ununseptium
(117)
připraveno ostřelováním berkelia vápníkem 2010
• Ununoctium
(118)
připraveno ostřelováním california vápníkem 2002 první atom, 2005 více než dva atomy
24
Rozpadová řada ununseptia
Ununoctium – předpoklad stabilního jádra
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Island-of-Stability.png
25
Ununoctium – příprava – rozpad
http://pubs.acs.org/cen/topstory/ 7932/7932notw6.html
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ununoctium-294_nuclear.svg
• prvky s protonovým číslem 113 a 115 byly připraveny v Rusku v jaderném ústavu v Dubně 15. 9. 2003 Jurijem Oganessajanem a Michailem Itkisem • připraveny byly odstřelováním 243Am ionty Ca • délka života prvku nepřekračovala 90 ms
26
Flerov Laboratory of nuclear reactions, Dubna, Moscow region, Russia
Flerov Laboratory of nuclear reactions, Dubna, Moscow region, Russia
27
Flerov Laboratory of nuclear reactions, Dubna, Moscow region, Russia. Řízení procesu a zpracování dat.
Zařízení pro výzkum nových prvků v USA.
28
Použitá literatura • R. B. HESLOP, K. JONES, Anorganická chemie, Praha: SNTL 1982 • http://www.jer-gym.hiedu.cz/~ca-novm • http://mesic.hvezdarna.cz/2004_11_01_archiv.html • http://cs.wikipedia.org/wiki • PETER ATKINS, Periodické království, Academia, vydání 1., Praha 2005 • CHEMIKOVÉ – Encyklopedická edice LISTY, první vydání, Praha 1998 • FYZIKOVÉ – Encyklopedická edice LISTY, první vydání, Praha 1997 • http://www.cerncourier.com • http://www.lbl.gov/ • http://www.webelements.com/ • http://www.mindat.org/
29
