Dom / Pedikuloza/ Sintetička i umjetna visokomolekularna jedinjenja. Primjena d-elemenata i njihovih spojeva Ostale industrijske primjene

Sintetička i umjetna jedinjenja visoke molekularne težine. Primjena d-elemenata i njihovih spojeva Ostale industrijske primjene

d-ELEMENTI I NJIHOVE VEZE

1. Opće karakteristike d-elemenata

D-blok uključuje 32 elementa periodnog sistema. d-elementi su uključeni u 4.-7. glavne periode. Atomi grupe IIIB imaju prvi elektron u d-orbitali. U narednim B-grupama, d-podnivo je ispunjen sa do 10 elektrona (otuda naziv d-elementi). Struktura vanjskih elektronskih ljuski atoma d-bloka opisana je općom formulom (n-1)d a ns b , gdje je a = 1-10, b = 1-2.

Karakteristika elemenata ovih perioda je neproporcionalno sporo povećanje atomskog radijusa sa povećanjem broja elektrona. Ova relativno spora promjena radijusa objašnjava se takozvanom kompresijom lantanida zbog prodora ns elektrona ispod sloja d elektrona. Kao rezultat, dolazi do neznatne promjene u atomskim i hemijskim svojstvima d-elemenata sa povećanjem atomskog broja. Sličnost hemijskih svojstava se manifestuje u karakterističnoj osobini d-elemenata da formiraju kompleksna jedinjenja sa različitim ligandima.

Važno svojstvo d-elemenata je varijabilna valencija i, shodno tome, različita oksidaciona stanja. Ova karakteristika je povezana uglavnom sa nekompletnošću pred-spoljnog sloja d-elektrona (osim elemenata IB i IIB grupa). Mogućnost postojanja d-elemenata u različitim oksidacionim stanjima određuje širok spektar redoks svojstava elemenata. U nižim oksidacionim stanjima, d-elementi pokazuju svojstva metala. Sa povećanjem atomskog broja u grupama B, metalna svojstva se prirodno smanjuju.

U rastvorima, anioni d-elemenata koji sadrže kiseonik sa najvišim stepenom oksidacije pokazuju kisela i oksidaciona svojstva. Kationski oblici nižih oksidacionih stanja odlikuju se bazičnim i redukcijskim svojstvima.

d-elementi u srednjim oksidacionim stanjima pokazuju amfoterna svojstva. Ovi obrasci se mogu razmotriti na primjeru molibdenovih spojeva:

Sa promjenom svojstava, mijenja se boja molibdenskih kompleksa u različitim oksidacijskim stanjima (VI - II):

U periodu sa povećanjem nuklearnog naboja uočava se smanjenje stabilnosti spojeva elemenata u višim oksidacionim stanjima. Paralelno, redoks potencijali ovih spojeva se povećavaju. Najveća oksidaciona sposobnost uočena je kod feratnih jona i permanganatnih jona. Treba napomenuti da u d-elementima, kako raste relativna elektronegativnost, rastu kisela i nemetalna svojstva.

Kako se povećava stabilnost spojeva pri kretanju odozgo prema dolje u B-grupama, njihova oksidacijska svojstva istovremeno se smanjuju.

Može se pretpostaviti da su tokom biološke evolucije odabrani spojevi elemenata u srednjim oksidacionim stanjima, koji se odlikuju blagim redoks svojstvima. Prednosti takve selekcije su očigledne: doprinose nesmetanom toku biohemijskih reakcija. Smanjenje RH potencijala stvara preduvjete za suptilniju "regulaciju" bioloških procesa, što osigurava povećanje energije. Funkcionisanje organizma postaje manje energetski intenzivan, a samim tim i ekonomičniji u potrošnji hrane.

Sa stanovišta evolucije, postojanje d-elemenata u nižim oksidacionim stanjima postaje opravdano za organizam. Poznato je da ioni Mn 2+, Fe 2+, Co 2+u fiziološkim uslovima nisu jaki redukcioni agensi, a Cu joni 2+i Fe 2+praktički ne pokazuju regenerativna svojstva u tijelu. Dodatno smanjenje reaktivnosti nastaje kada ovi ioni stupe u interakciju s bioorganskim ligandima.

Može se činiti da gore navedeno proturječi važnoj ulozi bioorganskih kompleksa molibdena(V) i (VI) u različitim organizmima. Međutim, ovo je također u skladu s općim obrascem. Unatoč visokom stupnju oksidacije, takvi spojevi pokazuju slaba oksidacijska svojstva.

Neophodno je istaći visoke sposobnosti kompleksiranja d-elemenata, koje su obično značajno veće od s- i p-elemenata. Ovo se prvenstveno objašnjava sposobnošću d-elemenata da budu i donori i akceptori para elektrona koji formiraju koordinaciono jedinjenje.

U slučaju hrom hidrokso kompleksa [Cr(OH) 6]3-Metalni jon je akceptor para elektrona. Hibridizacija 3d 24sp 3-orbitale hroma obezbeđuju stabilnije energetsko stanje nego kada se elektroni hroma nalaze u orbitalama hidrokso grupa.

Jedinjenje [SrSl 4]2-nastaje, naprotiv, kao rezultat činjenice da usamljeni d-elektroni metala zauzimaju slobodne d-orbitale liganada, jer je u ovom slučaju energija ovih orbitala niža.

Svojstva Cr kationa 3+pokazuju varijabilnost koordinacionih brojeva d-elemenata. Najčešće su to parni brojevi od 4 do 8, rjeđe su brojevi 10 i 12. Treba napomenuti da ne postoje samo mononuklearni kompleksi. Poznata su brojna di-, tri- i tetra-nuklearna koordinaciona jedinjenja d-elemenata.

Primjer je binuklearni kompleks kobalta [Co 2(NN 3)10(O 2)](NE 3)5, koji može poslužiti kao model nosača kiseonika.

Više od 1/3 svih mikroelemenata u tijelu su d-elementi. U organizmima postoje u obliku kompleksnih spojeva ili hidratiziranih jona s prosječnim vremenom izmjene hidratacijske ljuske od 10 -1do 10 -10With. Stoga se može tvrditi da “slobodni” ioni metala ne postoje u tijelu: oni su ili njihovi hidrati ili produkti hidrolize.

U biohemijskim reakcijama, d-elementi se najčešće manifestuju kao kompleksni metali. Ligandi su u ovom slučaju biološki aktivne supstance, obično organske prirode ili anioni neorganskih kiselina.

Molekuli proteina formiraju bioanorganske komplekse sa d-elementima - klastere ili bioklasteri. Ion metala (sredstvo za formiranje metalnih kompleksa) nalazi se unutar šupljine klastera, u interakciji sa elektronegativnim atomima veznih grupa proteina: hidroksil (-OH), sulfhidril (-SH), karboksil (-COOH) i amino grupe proteina (H 2N -). Da bi ion metala prodro u šupljinu klastera, neophodno je da prečnik jona bude srazmeran veličini šupljine. Dakle, priroda regulira formiranje bioklastera s ionima d-elemenata određenih veličina.

Najpoznatiji metaloenzimi: karboanhidraza, ksantin oksidaza, sukcinat dehidrogenaza, citokromi, rubredoksin. Oni su bioklasteri, čije šupljine formiraju centre za vezivanje supstrata sa ionima metala.

Bioklasteri (proteinski kompleksi) obavljaju različite funkcije.

Transportni proteinski kompleksi dopremaju organima kiseonik i potrebne elemente. Koordinacija metala se odvija preko kiseonika karboksilnih grupa i azota amino grupa proteina. U tom slučaju nastaje stabilno helatno jedinjenje.

D-elementi (kobalt, nikl, željezo) djeluju kao koordinirajući metali. Primjer kompleksa transportnog proteina koji sadrži željezo je transferin.

Drugi bioklasteri mogu obavljati baterijsku (skladišnu) ulogu - to su proteini koji sadrže željezo: hemoglobin, mioglobin, feritin. Oni će se uzeti u obzir pri opisivanju svojstava grupe VIIIB.

Elementi Zn, Fe, Co, Mo, Cu su od vitalnog značaja i deo su metaloenzima. Oni katalizuju reakcije koje se mogu podijeliti u tri grupe:

Acid-bazne interakcije. Ion cinka dio je enzima karboanhidraze, koji katalizira reverzibilnu hidrataciju CO 2 u biosistemima.
Redox interakcije. Uključeni su ioni Fe, Co, Cr, Mo. Gvožđe je deo citokroma, tokom procesa dolazi do prenosa elektrona:

Fe 3+→ Fe 2++ e -

3.Prenos kiseonika. Fe, Cu su uključeni. Gvožđe je deo hemoglobina, bakar deo hemocijanina. Pretpostavlja se da se ovi elementi vežu za kisik, ali da se njime ne oksidiraju.

Jedinjenja D-elemenata selektivno apsorbuju svjetlost različitih talasnih dužina. To dovodi do pojave boje. Kvantna teorija objašnjava selektivnost apsorpcije cijepanjem d-podnivoa metalnih jona pod utjecajem polja liganda.

Sljedeće reakcije boje na d-elemente su dobro poznate:

Mn 2++S 2-= MnS↓ (talog boje mesa)

Ng 2++ 2I -= NgI 2↓ (žuti ili crveni talog)

TO 2Cr 2O 7+ N 2SO 4(konc.) = K 2SO 4+ N 2O + 2SrO 3↓

(kristali narandže)

Gore navedene reakcije se koriste u analitičkoj hemiji za kvalitativno određivanje odgovarajućih jona. Jednačina za reakciju sa dihromatom pokazuje šta se dešava kada se priprema "mešavina hroma" za pranje hemijskog suđa. Ova mješavina je neophodna za uklanjanje neorganskih i organskih naslaga sa površine hemijskih boca. Na primjer, masne mrlje koje uvijek ostaju na staklu nakon dodirivanja prstima.

Potrebno je obratiti pažnju na to da d-elementi u organizmu osiguravaju pokretanje većine biohemijskih procesa koji osiguravaju normalan život.

Opšte karakteristike d-elemenata grupe VIB

Grupu VIB čine elementi (prijelazni metali) - hrom, molibden i volfram. Ovi rijetki metali se u prirodi nalaze u malim količinama. Međutim, zbog niza korisnih hemijskih i fizičkih svojstava, naširoko se koriste ne samo u mašinstvu i hemijskoj tehnologiji, već iu medicinskoj praksi (Cr-Co-Mo legura se koristi u hirurgiji i stomatologiji, molibden i njegove legure su koriste se kao dijelovi za rendgenske cijevi, anode za proizvodnju volframa za rendgenske cijevi, legure volframa - osnova ekrana za zaštitu od γ -zraci).

Konfiguracija valentnih elektrona Cr i Mo - (n-1)d 5ns 1, Š - 5d 46s 2. Zbir valentnih elektrona hroma, molibdena i volframa je 6, što određuje njihov položaj u VIB grupi. U Cr i Mo, posljednji elektronski sloj zauzima 13 elektrona, u W - 12. Kao i većina d-elemenata, ovaj sloj je nestabilan. Stoga valencija hroma, molibdena i volframa nije konstantna. Iz istog razloga, spojeve metala grupe VIB karakterizira skup oksidacijskih stanja od +2 do +6.

U grupi d-elemenata javlja se opći trend: s povećanjem atomskog broja povećava se stabilnost spojeva s najvećim oksidacijskim stanjem. Najjači oksidant u E stanju 6+je hrom. "Borderline" Mo 6+pokazuje slaba oksidaciona svojstva. Molibdenatni jon MoO 42-oporavlja se samo do Mo 6O 17(“molibden plavo”), gdje neki od atoma molibdena imaju oksidacijsko stanje od +5. Ova reakcija se koristi u analitičkoj hemiji za fotometrijska određivanja.

U nižim valentnim stanjima, prateći isti trend, Cr pokazuje jača redukciona svojstva 2+. Za Mo ione 2+i W 2+Povećanje energije ionizacije dovodi do smanjenja redukcijskih i metalnih svojstava.

Kompleksna jedinjenja ove grupe elemenata najčešće imaju koordinacioni broj 6 i hibridizaciju tipa sp 3d 2, koji je u svemiru opisan oktaedrom.

Karakteristična karakteristika spojeva ove grupe je sklonost polimerizaciji (kondenzaciji) kisikovih oblika elemenata VI grupe. Ovo svojstvo se poboljšava kada se krećete kroz grupu od vrha do dna. U ovom slučaju nastaju spojevi tipa M 6O 2412-, sastavljen od MoO oktaedara 4i W.O. 4. Ovi oktaedri formiraju polimerne kristale. Krom (VI) oksid pokazuje sposobnost polimerizacije, ali slabo. Zbog toga oksidi molibdena i volframa imaju viši stepen polimerizacije.

Na osnovu strukture elektronske ljuske atoma sa nepopunjenom d-orbitalom, kombinacije fizičkih i hemijskih svojstava, te sklonosti formiranju elektropozitivnih jona i koordinacionih jedinjenja, elementi VI grupe spadaju u prelazne metale.

Hemijska svojstva jedinjenja hroma. Većina jedinjenja hroma je jarkih boja u različitim bojama. Ime dolazi od grčkog. chromos - boja, boja.

Jedinjenja trovalentnog hroma (za razliku od jedinjenja molibdena, a za volfram oksidaciono stanje +3 uopšte nije karakteristično) su hemijski inertni.

U prirodi se hrom nalazi u trovalentnom obliku (špinel - dvostruki oksid MnSrO 4- magnokromit) i heksavalentno stanje (PbCrO 4- krokoit). Formira okside bazične, amfoterne i kisele prirode.

Krom (II) oksid CrO - crveni (crveno-smeđi) kristali ili crni piroforni prah, nerastvorljiv u vodi. Odgovara hidroksidu Cr(OH) 2. Hidroksid je žut (vlažan) ili smeđi. Kada se zagrije na zraku pretvara se u Cr 2O 3(zelena boja):

Cr(OH) 2+ 0,5O 2= Cr 2O 3+ 2H 2O

Cation Cr 2+- bezbojno, njegove bezvodne soli su bijele, a vodene soli plave. Dvovalentne soli hroma su energetski redukcioni agensi. Vodeni rastvor hrom(II) hlorida koristi se u analizi gasa za kvantitativnu apsorpciju kiseonika:

2SrSl 2+ 2NgO + 3N 2O+0,5O 2= 2NgSl 2+ 2Cr(OH) 3↓

(prljavo zeleni ostatak)

Krom(III) hidroksid ima amfoterna svojstva. Lako prelazi u koloidno stanje. Rastvarajući se u kiselinama i alkalijama, formira akva ili hidrokso komplekse:

Cr(OH) 3+ 3H 3O += [Cr(H 2O) 6]3+(plavo-ljubičasta otopina)

Cr(OH) 3+ 3OH -= [Cr(OH) 6]3-(smaragdno zelena otopina)

Jedinjenja trovalentnog hroma, poput dvovalentnog hroma, pokazuju redukciona svojstva:

Cr 2(TAKO 4)z+KSlO 3+ 10KON = 2K 2SrO 4 + 3K 2SO 4 + KCl + 5H 2O

Jedinjenja hroma(VI) su tipično kompleksi hroma koji sadrže kiseonik. Heksavalentni hrom oksid odgovara hromnim kiselinama.

Kromne kiseline nastaju kada se CrO otopi u vodi 3. To su vrlo toksične žute, narančaste i crvene otopine s oksidirajućim svojstvima. CrO 3formira polihromne kiseline sastava H 2Cr n O (3n+1) : nCrO 3+ N 2O → N 2Cr n O (3n+1) . Može postojati nekoliko takvih veza: N 2CrO 4, N 2Cr 2O 7, N 2

Ako pitate naučnike koje od otkrića 20.st. što je najvažnije, onda teško da će neko zaboraviti navesti umjetnu sintezu kemijskih elemenata. U kratkom vremenskom periodu - manje od 40 godina - lista poznatih hemijskih elemenata se povećala za 18 imena. I svih 18 je sintetizovano, veštački pripremljeno.

Riječ "sinteza" obično označava proces dobivanja iz jednostavnog kompleksa. Na primjer, interakcija sumpora s kisikom je kemijska sinteza sumpor-dioksida SO 2 iz elemenata.

Sinteza elemenata se može shvatiti na ovaj način: umjetna proizvodnja od elementa s manjim nuklearnim nabojem i nižim atomskim brojem elementa s većim atomskim brojem. A sam proces proizvodnje naziva se nuklearna reakcija. Njegova jednadžba je napisana na isti način kao i jednadžba obične kemijske reakcije. Na lijevoj strani su reaktanti, na desnoj su nastali produkti. Reaktanti u nuklearnoj reakciji su meta i bombardirajuća čestica.

Cilj može biti bilo koji element periodnog sistema (u slobodnom obliku ili u obliku hemijskog jedinjenja).

Ulogu bombardirajućih čestica imaju α-čestice, neutroni, protoni, deuteroni (jezgra teškog izotopa vodonika), kao i tzv. neon, argon i drugi elementi periodnog sistema.

Da bi došlo do nuklearne reakcije, bombardirajuća čestica se mora sudariti s jezgrom ciljnog atoma. Ako čestica ima dovoljno veliku energiju, može prodrijeti tako duboko u jezgro da se s njim stopi. Pošto sve gore navedene čestice, osim neutrona, nose pozitivne naboje, kada se spoje sa jezgrom, povećavaju njegov naboj. A promjena vrijednosti Z znači transformaciju elemenata: sintezu elementa s novom vrijednošću nuklearnog naboja.

Da bi se pronašao način da se bombardirajuće čestice ubrzaju i daju im visoku energiju, dovoljnu da se spoje s jezgrama, izumljen je i konstruiran poseban akcelerator čestica, ciklotron. Zatim su izgradili posebnu tvornicu za nove elemente - nuklearni reaktor. Njegova direktna svrha je stvaranje nuklearne energije. Ali budući da u njemu uvijek postoje intenzivni tokovi neutrona, lako ih je koristiti u svrhe umjetne fuzije. Neutron nema naboj, pa ga stoga ne treba (i nemoguće je) ubrzati. Naprotiv, ispostavilo se da su spori neutroni korisniji od brzih.

Hemičari su morali da se namuče i pokažu prava čuda domišljatosti kako bi razvili načine da odvoje male količine novih elemenata od ciljane supstance. Naučite proučavati svojstva novih elemenata kada je bilo dostupno samo nekoliko atoma...

Radom stotina i hiljada naučnika, osamnaest novih ćelija je popunjeno u periodnom sistemu.

Četiri su unutar njegovih starih granica: između vodonika i uranijuma.

Četrnaest - za uranijum.

Evo kako se sve odigralo...

Tehnecijum, prometijum, astatin, francijum... Četiri mesta u periodnom sistemu dugo su ostala prazna. To su bile ćelije br. 43, 61, 85 i 87. Od četiri elementa koja su trebala zauzeti ova mjesta, Mendeljejev je predvidio tri: ekamangan - 43, ekajod - 85 i ekaezijum - 87. Četvrti - br. 61 - trebalo je da pripada elementima retkih zemalja.

Ova četiri elementa su bila neuhvatljiva. Napori naučnika da ih potraže u prirodi ostali su neuspješni. Uz pomoć periodičnog zakona sva ostala mjesta u periodnom sistemu - od vodonika do uranijuma - odavno su popunjena.

Više puta su se izvještaji o otkriću ova četiri elementa pojavili u naučnim časopisima. Ekamangan je "otkriven" u Japanu, gdje je dobio ime "nipponium", a u Njemačkoj je nazvan "mazurium". Element broj 61 je u različitim zemljama „otkriven“ najmanje tri puta, dobio je nazive „ilinij“, „Firenca“, „onijev ciklus“. Ekajod je takođe više puta pronađen u prirodi. Dobio je imena "Alabamius", "Helvetius". Ekacesium je zauzvrat dobio imena "Virginia" i "Moldavija". Neka od ovih imena našla su se u raznim priručnicima, pa čak i u školskim udžbenicima. Ali sva ova otkrića nisu bila potvrđena: svaki put je precizna provjera pokazala da je napravljena greška, a nasumične beznačajne nečistoće su zamijenjene za novi element.

Duga i teška potraga je konačno dovela do otkrića jednog od neuhvatljivih elemenata prirode. Ispostavilo se da ekskazijum, koji bi trebao da zauzme 87. mesto u periodnom sistemu, nastaje u lancu raspada prirodnog radioaktivnog izotopa uranijuma-235. Radi se o kratkotrajnom radioaktivnom elementu.

Element br. 87 zaslužuje da se o njemu detaljnije raspravlja.

Sada u bilo kojoj enciklopediji, u bilo kojem udžbeniku hemije čitamo: francijum (redni broj 87) je 1939. godine otkrila francuska naučnica Margarita Perey. Inače, ovo je treći put da čast da otkrije novi element pripada ženi (prethodno je Marie Curie otkrila polonij i radijum, Ida Noddak renijum).

Kako je Perey uspio uhvatiti neuhvatljivi element? Vratimo se mnogo godina unazad. Godine 1914. tri austrijska radiohemičara - S. Meyer, W. Hess i F. Paneth - počeli su proučavati radioaktivni raspad aktinijumovog izotopa masenog broja 227. Bilo je poznato da pripada porodici aktinouranija i da emituje β-čestice; stoga je njegov proizvod raspadanja torij. Međutim, naučnici su imali nejasne sumnje da aktinijum-227 u retkim slučajevima takođe emituje α-čestice. Drugim riječima, ovo je jedan primjer radioaktivne viljuške. Lako je zaključiti: tokom takve transformacije trebalo bi da se formira izotop elementa broj 87. Meyer i njegove kolege su zaista posmatrali alfa čestice. Bila su potrebna dalja istraživanja, ali su prekinuta Prvim svjetskim ratom.

Margarita Perey je slijedila isti put. Ali imala je na raspolaganju osjetljivije instrumente i nove, poboljšane metode analize. Zato je bila uspješna.

Francijum je klasifikovan kao veštački sintetizovan element. Ali ipak, element je prvi put otkriven u prirodi. Ovo je izotop francijuma-223. Njegovo poluvrijeme je samo 22 minute. Postaje jasno zašto je tako malo Francuske na Zemlji. Prvo, zbog svoje krhkosti, nema vremena da se koncentriše u bilo kakvim primjetnim količinama, a drugo, sam proces njegovog formiranja karakterizira mala vjerovatnoća: samo 1,2% jezgara aktinijuma-227 se raspada uz emisiju α- čestice.

U tom smislu, isplativije je umjetno pripremiti francium. Već je dobijeno 20 izotopa francijuma, a najdugovječniji od njih je francij-223. Radeći s apsolutno beznačajnim količinama francijevih soli, kemičari su uspjeli dokazati da su njegova svojstva izuzetno slična cezijumu.

Elementi br. 43, 61 i 85 ostali su nedostižni. Nisu se mogli naći u prirodi, iako su naučnici već posjedovali moćnu metodu koja je nepogrešivo pokazala put traženja novih elemenata – periodični zakon. Zahvaljujući ovom zakonu, naučnicima su unapred bila poznata sva hemijska svojstva nepoznatog elementa. Pa zašto su potrage za ova tri elementa u prirodi bile neuspješne?

Proučavajući svojstva atomskih jezgara, fizičari su došli do zaključka da stabilni izotopi ne mogu postojati za elemente s atomskim brojevima 43, 61, 85 i 87. Oni mogu biti samo radioaktivni, imaju kratko vrijeme poluraspada i moraju brzo nestati. Dakle, sve ove elemente je čovjek umjetno stvorio. Putevi stvaranja novih elemenata ukazivali su periodični zakon. Pokušajmo da ga iskoristimo da ocrtamo put za sintezu ekamangana. Ovaj element br. 43 bio je prvi umjetno stvoren.

Hemijska svojstva elementa određena su njegovom elektronskom ljuskom, a zavise od naboja atomskog jezgra. Jezgro elementa broj 43 treba da ima 43 pozitivna naboja, a oko jezgra bi trebalo da kruže 43 elektrona. Kako možete stvoriti element sa 43 naboja u atomskom jezgru? Kako možete dokazati da je takav element stvoren?

Pogledajmo bliže koji se elementi u periodnom sistemu nalaze u blizini praznog prostora namenjenog elementu broj 43. Nalazi se skoro u sredini petog perioda. Na odgovarajućim mjestima u četvrtom periodu nalazi se mangan, au šestom - renijum. Stoga bi hemijska svojstva elementa 43 trebala biti slična onima mangana i renija. Nije uzalud D.I. Mendelejev, koji je predvidio ovaj element, nazvao ga ekamangan. Lijevo od 43. ćelije je molibden, koji zauzima ćeliju 42, desno, u 44., je rutenijum.

Dakle, da bi se stvorio element broj 43, potrebno je povećati broj naboja u jezgru atoma koji ima 42 naboja za još jedno elementarno naelektrisanje. Stoga je za sintezu novog elementa br. 43 potrebno uzeti molibden kao polazni materijal. U svojoj jezgri ima tačno 42 punjenja. Najlakši element, vodonik, ima jedan pozitivan naboj. Dakle, možemo očekivati da se element broj 43 može dobiti nuklearnom reakcijom između molibdena i vodika.

Osobine elementa br. 43 trebale bi biti slične onima mangana i renija, a da bi se otkrilo i dokazalo nastajanje ovog elementa, potrebno je koristiti hemijske reakcije slične onima kojima hemičari utvrđuju prisustvo malih količina mangan i renijum. Ovo je način na koji periodni sistem omogućava da se ucrta put za stvaranje veštačkog elementa.

Na potpuno isti način koji smo upravo naveli, prvi vještački hemijski element stvoren je 1937. godine. Dobio je značajno ime - tehnecij - prvi element proizveden tehnički, umjetno. Ovako je sintetizovan tehnecij. Molibdenska ploča je bila podvrgnuta intenzivnom bombardovanju jezgrima teškog izotopa vodonika - deuterijuma, koje su u ciklotronu ubrzane do ogromne brzine.

Teška jezgra vodonika, koja su primila vrlo visoku energiju, prodrla su u jezgra molibdena. Nakon ozračivanja u ciklotronu, molibdenska ploča je otopljena u kiselini. Iz otopine je izolirana neznatna količina nove radioaktivne tvari pomoću istih reakcija koje su potrebne za analitičko određivanje mangana (analog elementa br. 43). To je bio novi element - tehnecijum. Ubrzo su njegova hemijska svojstva detaljno proučavana. Oni tačno odgovaraju poziciji elementa u periodnom sistemu.

Sada je tehnecij postao prilično dostupan: formira se u prilično velikim količinama u nuklearnim reaktorima. Tehnecijum je dobro proučen i već je u praktičnoj upotrebi. Tehnecij se koristi za proučavanje procesa korozije metala.

Metoda kojom je stvoren element 61 vrlo je slična metodi kojom se dobija tehnecij. Element #61 mora biti element rijetke zemlje: 61. ćelija je između neodimija (#60) i samarija (#62). Novi element je prvi put dobiven 1938. u ciklotronu bombardiranjem neodimijuma jezgrima deuterija. Hemijski, element 61 izolovan je tek 1945. godine od fragmentacionih elemenata koji su nastali u nuklearnom reaktoru kao rezultat fisije uranijuma.

Element je dobio simbolično ime prometijum. Ovo ime mu je dato s razlogom. Stari grčki mit govori da je titan Prometej ukrao vatru s neba i dao je ljudima. Za to je bio kažnjen od bogova: bio je okovan za stijenu, a veliki orao ga je mučio svaki dan. Naziv "prometijum" ne samo da simbolizira dramatični put nauke koja krade energiju nuklearne fisije iz prirode i ovlada tom energijom, već i upozorava ljude na strašnu vojnu opasnost.

Prometijum se sada proizvodi u znatnim količinama: koristi se u atomskim baterijama - izvorima jednosmerne struje koji mogu da rade bez prekida nekoliko godina.

Na sličan način sintetizovan je i najteži halogenidni element broj 85. Prvo je dobijen bombardovanjem bizmuta (br. 83) jezgrima helijuma (br. 2), ubrzanim u ciklotronu do visokih energija.

Jezgra helijuma, drugog elementa u periodnom sistemu, imaju dva naboja. Stoga je za sintetizaciju 85. elementa uzet bizmut - 83. element. Novi element je nazvan astatin (nestabilan). Radioaktivan je i brzo nestaje. Takođe se pokazalo da njegova hemijska svojstva tačno odgovaraju periodičnom zakonu. Izgleda kao jod.

Transuranski elementi.

Hemičari su uložili mnogo posla u traženje elemenata težih od uranijuma u prirodi. Više puta su se u naučnim časopisima pojavila trijumfalna obaveštenja o “pouzdanom” otkriću novog “teškog” elementa sa atomskom masom većom od uranijuma. Na primjer, element br. 93 je mnogo puta „otkriven“ u prirodi, dobio je nazive „bohemia“ i „sequanium“. Ali pokazalo se da su ova „otkrića“ rezultat grešaka. Oni karakteriziraju poteškoću preciznog analitičkog određivanja sitnih tragova novog nepoznatog elementa s neproučenim svojstvima.

Rezultat ovih pretraga bio je negativan, jer na Zemlji praktično ne postoje elementi koji odgovaraju onim ćelijama periodnog sistema koje bi se trebale nalaziti iza 92. ćelije.

Prvi pokušaji da se veštački dobiju novi elementi teži od uranijuma povezani su sa jednom od izuzetnih grešaka u istoriji razvoja nauke. Uočeno je da pod uticajem neutronskog fluksa mnogi elementi postaju radioaktivni i počinju da emituju beta zrake. Jezgro atoma, izgubivši negativan naboj, pomiče jednu ćeliju udesno u periodnom sistemu, a njegov serijski broj postaje još jedan - dolazi do transformacije elemenata. Tako pod uticajem neutrona obično nastaju teži elementi.

Pokušali su da utiču na uran neutronima. Naučnici su se nadali da će, baš kao i drugi elementi, uranijum pokazati β-aktivnost i da će se kao rezultat β-raspada pojaviti novi element sa brojem jedan viši. On će zauzeti 93. ćeliju u sistemu Mendeljejev. Predloženo je da bi ovaj element trebao biti sličan renijumu, pa se ranije zvao ekarenijum.

Činilo se da su prvi eksperimenti odmah potvrdili ovu pretpostavku. Štaviše, otkriveno je da u ovom slučaju ne nastaje jedan novi element, već nekoliko. Prijavljeno je pet novih elemenata težih od uranijuma. Pored ekarenijuma, „otkriveni su ekaosmijum, ekairidijum, ekaplatin i ekagold“. I sva otkrića su se pokazala greškom. Ali to je bila izuzetna greška. Ona je dovela nauku do najvećeg dostignuća fizike u čitavoj istoriji čovečanstva – otkrića fisije uranijuma i ovladavanja energijom atomskog jezgra.

Nisu pronađeni elementi transuranija. U čudnim novim elementima uzalud su pokušavali pronaći navodna svojstva koja su trebali imati elementi iz ekarenijuma i ekazolda. I odjednom su među tim elementima neočekivano otkriveni radioaktivni barij i lantan. Ne transuranijum, već najčešći, ali radioaktivni izotopi elemenata čija su mjesta u sredini Mendeljejevljevog periodnog sistema.

Prošlo je malo vremena prije nego što je ovaj neočekivani i vrlo čudan rezultat bio ispravno shvaćen.

Zašto atomska jezgra uranijuma, koji se nalazi na kraju periodnog sistema elemenata, formiraju pod dejstvom neutrona jezgra elemenata čija su mesta u njegovoj sredini? Na primjer, kada neutroni djeluju na uranijum, pojavljuju se elementi koji odgovaraju sljedećim ćelijama periodnog sistema:

Mnogi elementi pronađeni su u nezamislivo složenoj mješavini radioaktivnih izotopa formiranih u uranijumu ozračenom neutronima. Iako se pokazalo da su to stari elementi dugo poznati hemičarima, u isto vrijeme su to bile nove tvari, koje je prvi stvorio čovjek.

U prirodi nema radioaktivnih izotopa broma, kriptona, stroncijuma i mnogih drugih od trideset i četiri elementa – od cinka do gadolinija, koji nastaju kada se uranij ozrači.

To se često dešava u nauci: ono najtajanstvenije i najsloženije ispada jednostavno i jasno kada se reši i shvati. Kada neutron udari u jezgro uranijuma, ono se cijepa, cijepajući se na dva fragmenta - na dva atomska jezgra manje mase. Ovi fragmenti mogu biti različitih veličina, zbog čega nastaje toliko različitih radioaktivnih izotopa uobičajenih hemijskih elemenata.

Jedno atomsko jezgro uranijuma (92) raspada se na atomska jezgra broma (35) i lantana (57); fragmenti cijepanja drugog mogu se pokazati kao atomska jezgra kriptona (36) i barija (56). Zbir atomskih brojeva rezultirajućih elemenata fragmentacije bit će jednak 92.

Ovo je bio početak lanca velikih otkrića. Ubrzo je otkriveno da pod udarom neutrona iz jezgra atoma uranijuma-235 ne nastaju samo fragmenti - jezgra manje mase, već i izlete dva ili tri neutrona. Svaki od njih, zauzvrat, može ponovo izazvati fisiju jezgra uranijuma. I sa svakom takvom podjelom oslobađa se mnogo energije. To je bio početak čovjekovog ovladavanja intra-atomskom energijom.

Među ogromnom raznolikošću proizvoda nastalih zračenjem jezgri uranijuma neutronima, naknadno je otkriven prvi pravi transuranijumski element broj 93, koji je dugo ostao nezapažen, a nastao je djelovanjem neutrona na uranijum-238. U pogledu hemijskih svojstava, pokazalo se da je veoma sličan uranijumu i nije bio nimalo sličan: renijumu, kao što se očekivalo tokom prvih pokušaja sintetizacije elemenata težih od uranijuma. Stoga ga nisu mogli odmah otkriti.

Prvi element koji je stvorio čovjek izvan "prirodnog sistema hemijskih elemenata" nazvan je neptunijum po planeti Neptunu. Njegovo stvaranje proširilo nam je granice koje je odredila sama priroda. Isto tako, predviđeno otkriće planete Neptun proširilo je granice našeg znanja o Sunčevom sistemu.

Ubrzo je sintetizovan 94. element. Ime je dobio po poslednjoj planeti. Solarni sistem.

Zvao se plutonijum. U periodičnom sistemu Mendeljejeva, on prati neptunijum po redu, slično „poslednjoj planeti Sunčevog* sistema, Plutonu, čija orbita leži iza orbite Neptuna. Element broj 94 nastaje iz neptunija tokom njegovog β-raspada.

Plutonijum je jedini transuranski element koji se sada proizvodi u nuklearnim reaktorima u veoma velikim količinama. Kao i uran-235, sposoban je za fisiju pod utjecajem neutrona i koristi se kao gorivo u nuklearnim reaktorima.

Elementi br. 95 i br. 96 nazivaju se americij i kurijum. Sada se proizvode i u nuklearnim reaktorima. Oba elementa imaju vrlo visoku radioaktivnost – emituju α-zrake. Radioaktivnost ovih elemenata je tolika da se koncentrirani rastvori njihovih soli zagrijavaju, ključaju i jako svijetle u mraku.

Svi transuranski elementi - od neptunija do americijuma i kurijuma - dobiveni su u prilično velikim količinama. U svom čistom obliku, to su metali srebrne boje, svi su radioaktivni i njihova hemijska svojstva su donekle slična jedna drugoj, ali se na neki način primjetno razlikuju.

97. element, berkelijum, takođe je izolovan u svom čistom obliku. Da bi se to postiglo, bilo je potrebno smjestiti čisti plutonijski preparat u nuklearni reaktor, gdje je bio izložen snažnom toku neutrona punih šest godina. Za to vrijeme u njemu se nakupilo nekoliko mikrograma elementa broj 97. Plutonijum je uklonjen iz nuklearnog reaktora, rastvoren u kiselini, a iz smjese je izolovan najdugovječniji berkelijum-249. Veoma je radioaktivan - raspadne se za pola godine. Do sada je dobijeno samo nekoliko mikrograma berkelija. Ali ova količina je bila dovoljna naučnicima da precizno prouče njegova hemijska svojstva.

Vrlo zanimljiv element je broj 98 - kalifornij, šesti nakon uranijuma. Kalifornij je prvi put stvoren bombardiranjem kurijumske mete alfa česticama.

Priča o sintezi sljedeća dva transuranijumska elementa: 99 i 100 je fascinantna. Prvo su pronađeni u oblacima i "blatu". Da bi se proučilo šta nastaje u termonuklearnim eksplozijama, avion je proleteo kroz oblak eksplozije, a uzorci sedimenta su sakupljeni na papirnim filterima. U ovom sedimentu pronađeni su tragovi dva nova elementa. Da bi se dobili precizniji podaci, na mjestu eksplozije prikupljena je velika količina “prljavštine” - tla i stijena izmijenjenih eksplozijom. Ova „prljavština“ je obrađena u laboratoriji i iz nje su izdvojena dva nova elementa. Nazvani su einsteinium i fermium, u čast naučnika A. Einsteina i E. Fermija, kojima čovječanstvo prvenstveno duguje otkriće načina za ovladavanje atomskom energijom. Ajnštajn je došao do zakona ekvivalencije mase i energije, a Fermi je napravio prvi atomski reaktor. Sada se einsteinium i fermium također proizvode u laboratorijama.

Elementi druge stotine.

Ne tako davno, teško da je iko mogao vjerovati da će simbol stotog elementa biti uključen u periodni sistem.

Veštačka sinteza elemenata učinila je svoj posao: fermijum je za kratko vreme zatvorio listu poznatih hemijskih elemenata. Misli naučnika sada su bile usmerene u daljinu, na elemente druge stotine.

Ali na tom putu postojala je barijera koju nije bilo lako savladati.

Do sada su fizičari sintetizirali nove transuranijske elemente uglavnom na dva načina. Ili su pucali na mete napravljene od transuranijumskih elemenata, već sintetiziranih, alfa česticama i deuteronima. Ili su bombardovali uranijum ili plutonijum snažnim strujama neutrona. Kao rezultat toga nastali su izotopi ovih elemenata vrlo bogati neutronima, koji su se nakon nekoliko uzastopnih β-raspada pretvorili u izotope novih transuranija.

Međutim, sredinom 50-ih, obje ove mogućnosti su se iscrpile. U nuklearnim reakcijama bilo je moguće dobiti bestežinske količine einsteinija i fermija, pa se od njih nisu mogle napraviti mete. Metoda neutronske sinteze takođe nije omogućila napredak dalje od fermija, jer su izotopi ovog elementa bili podložni spontanoj fisiji sa mnogo većom vjerovatnoćom od beta raspada. Jasno je da u takvim uslovima nije imalo smisla govoriti o sintezi novog elementa.

Stoga su fizičari poduzeli sljedeći korak tek kada su uspjeli akumulirati minimalnu količinu elementa broj 99 potrebnu za metu.To se dogodilo 1955. godine.

Jedno od najznačajnijih dostignuća kojim se nauka s pravom može pohvaliti je stvaranje 101. elementa.

Ovaj element je dobio ime po velikom tvorcu periodnog sistema hemijskih elemenata, Dmitriju Ivanoviču Mendeljejevu.

Mendelevijum je dobijen na sledeći način. Na komad najtanje zlatne folije nanesena je nevidljiva prevlaka koja se sastoji od približno milijardu atoma einsteinijuma. Alfa čestice s vrlo velikom energijom, koje probijaju zlatnu foliju sa stražnje strane, mogle bi ući u nuklearnu reakciju pri sudaru s atomima einsteiniuma. Kao rezultat toga, formirani su atomi 101. elementa. Pri takvom sudaru, atomi mendelevija izletjeli su s površine zlatne folije i skupili se na drugom, obližnjem tankom zlatnom listu. Na ovaj genijalan način bilo je moguće izolovati čiste atome elementa 101 iz složene mješavine einsteiniuma i njegovih proizvoda raspada. Nevidljivi plak je ispran kiselinom i podvrgnut radiohemijskom istraživanju.

Zaista je to bilo čudo. Početni materijal za stvaranje elementa 101 u svakom pojedinačnom eksperimentu bio je približno milijardu atoma einsteiniuma. To je vrlo malo manje od jedne milijarde miligrama, a bilo je nemoguće dobiti einsteinium u većim količinama. Unaprijed je izračunato da od milijardu atoma einsteiniuma, tokom višesatnog bombardiranja alfa česticama, samo jedan atom einsteiniuma može reagirati i stoga može nastati samo jedan atom novog elementa. Bilo je potrebno ne samo da se može detektovati, već i da se to uradi na način da se sazna hemijska priroda elementa iz samo jednog atoma.

I to je urađeno. Uspjeh eksperimenta premašio je proračune i očekivanja. U jednom eksperimentu bilo je moguće uočiti ne jedan, već čak dva atoma novog elementa. Ukupno je u prvoj seriji eksperimenata dobijeno sedamnaest atoma mendelevija. Ispostavilo se da je to bilo dovoljno da se utvrdi činjenica formiranja novog elementa, njegovo mjesto u periodnom sistemu i odredi njegova osnovna kemijska i radioaktivna svojstva. Pokazalo se da se radi o α-aktivnom elementu s vremenom poluraspada od oko pola sata.

Mendelevijum, prvi element druge stotine, pokazao se kao svojevrsna prekretnica na putu sinteze transuranijumskih elemenata. Do sada je ostao posljednji od onih koji su sintetizirani starim metodama - zračenjem α-česticama. Sada su na scenu stupili snažniji projektili - ubrzani višestruko nabijeni ioni raznih elemenata. Određivanje hemijske prirode mendelevija iz nekoliko njegovih atoma postavilo je temelj za potpuno novu naučnu disciplinu - fizičku hemiju pojedinačnih atoma.

Simbol elementa br. 102 br - u periodnom sistemu stavlja se u zagrade. A unutar ovih zagrada leži duga i složena istorija ovog elementa.

O sintezi Nobelijuma je 1957. godine izvijestila međunarodna grupa fizičara koji su radili na Nobelovom institutu (Stokholm). Po prvi put su teški ubrzani ioni korišteni za sintezu novog elementa. Bili su to 13 C jona, čiji je tok bio usmjeren na kurijumsku metu. Istraživači su zaključili da su uspjeli sintetizirati izotop elementa 102. Ime je dobio po osnivaču Nobelovog instituta i pronalazaču dinamita Alfredu Nobelu.

Prošla je godina, a eksperimenti stokholmskih fizičara su reproducirani gotovo istovremeno u Sovjetskom Savezu i SAD-u. I pokazalo se zadivljujuće: rezultati sovjetskih i američkih naučnika nisu imali ništa zajedničko ni sa radom Nobelovog instituta, ni jedni s drugima. Niko drugi nije uspeo da ponovi eksperimente sprovedene u Švedskoj. Ova situacija izazvala je prilično tužnu šalu: „Nobel je sve što je ostalo“ (No znači „ne“ na engleskom). Simbol koji je na brzinu postavljen na periodnom sistemu nije odražavao stvarno otkriće elementa.

Pouzdanu sintezu elementa br. 102 izvršila je grupa fizičara iz Laboratorije za nuklearne reakcije Zajedničkog instituta za nuklearna istraživanja. Godine 1962-1967 Sovjetski naučnici su sintetizirali nekoliko izotopa elementa br. 102 i proučavali njegova svojstva. Potvrda ovih podataka dobijena je u SAD. Međutim, simbol Ne, bez ikakvog prava na to, još uvijek je u 102. ćeliji tabele.

Lawrence, element broj 103 sa simbolom Lw, nazvan po pronalazaču ciklotrona, E. Lawrenceu, sintetiziran je 1961. godine u SAD-u. Ali zasluga sovjetskih fizičara ovdje nije ništa manje važna. Dobili su nekoliko novih izotopa Lawrencijuma i prvi put proučavali svojstva ovog elementa. Lorencijum je takođe nastao upotrebom teških jona. Kalifornijska meta je ozračena jonima bora (ili americij meta jonima kiseonika).

Element br. 104 prvi su dobili sovjetski fizičari 1964. Njegova sinteza je postignuta bombardiranjem plutonijuma neonskim jonima. 104. element nazvan je kurchatovium (simbol Ki) u čast istaknutog sovjetskog fizičara Igora Vasiljeviča Kurčatova.

105. i 106. element su takođe prvi put sintetizirali sovjetski naučnici - 1970. i 1974. godine. Prvi od njih, proizvod bombardovanja americijuma neonskim ionima, nazvan je nielsborijum (Ns) u čast Nielsa Bora. Sinteza drugog je izvedena na sljedeći način: olovna meta je bombardirana jonima hroma. Sinteze elemenata 105 i 106 takođe su sprovedene u SAD.

O tome ćete naučiti u sljedećem poglavlju, a mi ćemo ovo zaključiti kratkom pričom o tome

Kako proučavati svojstva elemenata druge stotine.

Pred eksperimentatorima je fantastično težak zadatak.

Evo njegovih početnih uslova: date nekoliko količina (desetine, u najboljem slučaju stotine) atoma novog elementa i vrlo kratkotrajni atomi (poluživot se mjeri u sekundama, ili čak djelićima sekunde). Potrebno je dokazati da su ti atomi atomi zaista novog elementa (odnosno odrediti vrijednost Z, kao i vrijednost masenog broja A da bi se znalo o kojem izotopu novog transuranija je riječ) i proučavanje njegovih najvažnijih hemijskih svojstava.

Nekoliko atoma, beznačajan životni vijek...

Brzina i najveća domišljatost priskaču u pomoć naučnicima. Ali moderni istraživač - specijalista za sintezu novih elemenata - ne mora biti u stanju samo da "potkuje buvu". Takođe mora tečno govoriti teoriju.

Pratimo osnovne korake pomoću kojih se identificira novi element.

Najvažnija vizit karta su prvenstveno njena radioaktivna svojstva - to može biti emisija alfa čestica ili spontana fisija. Svako α-aktivno jezgro karakteriziraju specifične energetske vrijednosti α-čestica. Ova okolnost omogućava da se identifikuju poznata jezgra ili da se zaključi da su otkrivena nova. Na primjer, proučavajući karakteristike α-čestica, naučnici su uspjeli dobiti pouzdane dokaze o sintezi 102. i 103. elementa.

Energetska jezgra fragmenata nastala fisijom mnogo je lakše otkriti nego alfa čestice zbog mnogo veće energije fragmenata. Za njihovu registraciju koriste se ploče od posebne vrste stakla. Fragmenti ostavljaju blago uočljive tragove na površini zapisa. Ploče se zatim podvrgavaju hemijskoj obradi (jetkanju) i pažljivo se pregledavaju pod mikroskopom. Staklo se rastvara u fluorovodoničnoj kiselini.

Ako se staklena ploča obložena krhotinama stavi u otopinu fluorovodonične kiseline, tada će se na mjestima gdje krhotine udare staklo brže otopiti i tamo će se stvoriti rupe. Njihove veličine su stotine puta veće od originalnog traga koji je ostavio fragment. Bunari se mogu posmatrati pod mikroskopom sa malim uvećanjem. Ostalo radioaktivno zračenje manje oštećuje površinu stakla i nije vidljivo nakon jetkanja.

Evo šta kažu autori Kurčatovske sinteze o tome kako se odvijao proces identifikacije novog elementa: "Eksperiment je u toku. Četrdeset sati neonska jezgra neprekidno bombarduju plutonijumsku metu. Četrdeset sati traka nosi sintetička jezgra do staklene ploče.Na kraju se ciklotron isključuje.Staklene ploče se prenose u laboratoriju na obradu.Radujemo se rezultatu.Prođe nekoliko sati.Pod mikroskopom je detektovano šest tragova.Sa svojih pozicija polu- Izračunat je životni vijek koji je bio u vremenskom intervalu od 0,1 do 0,5 s.

A evo kako isti istraživači govore o procjeni hemijske prirode kurhatovijuma i nilsborijuma. "Šema za proučavanje hemijskih svojstava elementa br. 104 je sljedeća. Atomi trzanja izlaze iz mete u struju dušika, inhibiraju se u njoj, a zatim se kloriraju. Jedinjenja 104. elementa sa hlorom lako prodiru kroz poseban filter, ali svi aktinidi ne prolaze kroz njega.Da je 104. pripadao seriji aktinida, tada bi ga filter zadržao.Međutim, studije su pokazale da je element 104 hemijski analog hafnija.Ovo je najvažniji korak ka popunjavanju periodnog sistema novim elementima.

Zatim su u Dubni proučavana hemijska svojstva elementa 105. Pokazalo se da se njegovi kloridi adsorbiraju na površini cijevi duž koje se kreću od mete na temperaturi nižoj od hafnij hlorida, ali višoj od niobijum hlorida. Samo atomi elementa sličnog hemijskim svojstvima tantalu mogu se ponašati na ovaj način. Pogledajte periodni sistem: hemijski analog tantala - element br. 105! Stoga su eksperimenti adsorpcije na površini atoma 105. elementa potvrdili da se njegova svojstva poklapaju s onima predviđenim na osnovu periodnog sistema."

D-blok uključuje 32 elementa periodnog sistema. d-elementi su uključeni u 4.--7. glavne periode. Atomi grupe IIIB imaju prvi elektron u d-orbitali. U narednim B-grupama, d-podnivo je ispunjen sa do 10 elektrona (otuda naziv d-elementi). Struktura vanjskih elektronskih omotača atoma d-bloka opisana je općom formulom (n-1)d a ns b, gdje je a = 1--10, b = 1--2.

d-elementi u srednjim oksidacionim stanjima pokazuju amfoterna svojstva. Ovi obrasci se mogu razmotriti na primjeru molibdenovih spojeva:

Sa promjenom svojstava, mijenja se boja molibdenskih kompleksa u različitim oksidacijskim stanjima (VI - II):

Kako se povećava stabilnost spojeva pri kretanju odozgo prema dolje u B-grupama, njihova oksidacijska svojstva istovremeno se smanjuju.

Sa stanovišta evolucije, postojanje d-elemenata u nižim oksidacionim stanjima postaje opravdano za organizam. Poznato je da joni Mn 2+, Fe 2+, Co 2+ u fiziološkim uslovima nisu jaki redukcioni agensi, a ioni Cu 2+ i Fe 2+ praktično ne pokazuju redukciona svojstva u organizmu. Dodatno smanjenje reaktivnosti nastaje kada ovi ioni stupe u interakciju s bioorganskim ligandima.

U slučaju hrom hidrokso kompleksa [Cr(OH) 6 ], jon 3-metala je akceptor para elektrona. Hibridizacija 3d 2 4sp 3 orbitala hroma obezbeđuje stabilnije energetsko stanje nego kada su elektroni hroma locirani u orbitalama hidrokso grupa.

Jedinjenje [CrCl 4 ] 2- nastaje, naprotiv, kao rezultat činjenice da nepodijeljeni d-elektroni metala zauzimaju slobodne d-orbitale liganada, jer je u ovom slučaju energija ovih orbitala niže.

Svojstva Cr 3+ katjona pokazuju varijabilnost koordinacionih brojeva d-elemenata. Najčešće su to parni brojevi od 4 do 8, rjeđe su brojevi 10 i 12. Treba napomenuti da ne postoje samo mononuklearni kompleksi. Poznata su brojna di-, tri- i tetra-nuklearna koordinaciona jedinjenja d-elemenata.

Primjer je binuklearni kompleks kobalta [Co 2 (NH 3) 10 (O 2)] (NO 3) 5, koji može poslužiti kao model nosača kisika.

Više od 1/3 svih mikroelemenata u tijelu su d-elementi. U organizmima postoje u obliku kompleksnih spojeva ili hidratiziranih jona s prosječnim vremenom izmjene hidratacijske ljuske od 10 -1 do 10 -10 s. Stoga se može tvrditi da “slobodni” ioni metala ne postoje u tijelu: oni su ili njihovi hidrati ili produkti hidrolize.

Molekuli proteina formiraju bioanorganske komplekse sa d-elementima - klastere ili bioklasteri. Ion metala (sredstvo za formiranje metalnih kompleksa) nalazi se unutar šupljine klastera, u interakciji sa elektronegativnim atomima veznih grupa proteina: hidroksil (--OH), sulfhidril (--SH), karboksil (--COOH) i amino grupe proteina (H 2 N - ). Da bi ion metala prodro u šupljinu klastera, neophodno je da prečnik jona bude srazmeran veličini šupljine. Dakle, priroda regulira formiranje bioklastera s ionima d-elemenata određenih veličina.

Bioklasteri (proteinski kompleksi) obavljaju različite funkcije.

D-elementi (kobalt, nikl, željezo) djeluju kao koordinirajući metali. Primjer kompleksa transportnog proteina koji sadrži željezo je transferin.

Drugi bioklasteri mogu obavljati baterijsku (skladišnu) ulogu - to su proteini koji sadrže željezo: hemoglobin, mioglobin, feritin. Oni će se uzeti u obzir pri opisivanju svojstava grupe VIIIB.

Elementi Zn, Fe, Co, Mo, Cu su od vitalnog značaja i deo su metaloenzima. Oni katalizuju reakcije koje se mogu podijeliti u tri grupe:

Acid-bazne interakcije. Uključeni jon cinka dio je enzima karboanhidraze, koji katalizuje reverzibilnu hidrataciju CO 2 u biološkim sistemima.

Redox interakcije. Uključeni su ioni Fe, Co, Cr, Mo. Gvožđe je deo citokroma, tokom procesa dolazi do prenosa elektrona:

Fe 3+ > Fe 2+ + e -

3. Transfer kiseonika. Fe, Cu su uključeni. Gvožđe je deo hemoglobina, bakar deo hemocijanina. Pretpostavlja se da se ovi elementi vežu za kisik, ali da se njime ne oksidiraju.

Sljedeće reakcije boje na d-elemente su dobro poznate:

Mn 2+ + S 2- = MnSv (sediment boje mesa)

Ng 2+ + 2I - = NgI 2 v (žuti ili crveni talog)

K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 (konc.) = K 2 SO 4 + H 2 O + 2CrO 3 v

(kristali narandže)

Potrebno je obratiti pažnju na to da d-elementi u organizmu osiguravaju pokretanje većine biohemijskih procesa koji osiguravaju normalan život.

Kruti spojni elementi mostova. Postoje 3 vrste krutih veza:
Cast.
Konvencionalno ili lasersko zavarivanje.
Keramika.

Cast veze umjetni zubi i retaineri su gotovi od voska na voštanim šablonima tako da se most može izliti kao jedan blok. Ovo eliminira potrebu za daljnjim zavarivanjem. Ali livenje bi trebalo biti preciznije što više jedinica uključuje proteza. Male deformacije koje nastaju prilikom hlađenja rastopljenog metala mogu biti sasvim prihvatljive u izradi jedne jedinice, ali kada se višestruko pomnože, dovode do nezadovoljavajućeg konačnog rezultata.

Cast veze jači od onih za zavarivanje, osim toga, lakše ih je sakriti. Iz tog razloga se dugi mostovi često lijevaju u dijelovima koji se sastoje od 3-4 jedinice, pri čemu linija razdvajanja prolazi kroz umjetni zub. Prije fasetiranja keramikom, okvir umjetnog zuba se obnavlja visoko preciznim zavarivanjem - tako se svi spojevi lijevaju. Zavarivanje umjetnog zuba je vrlo čvrsto, prvo, zbog veće površine u odnosu na spojni element, a drugo, zbog keramičkog premaza.

Sve popularniji način povezivanja komponente mosta postaje tehnika laserskog zavarivanja. Jači je nego inače, a ujedno i jednostavniji i brži, iako zahtijeva složenu i skupu opremu.

Veze korištenjem konvencionalnog i laserskog zavarivanja ako se komponente mosta proizvode zasebno. To je neophodno kada se sastoje od različitih materijala (na primjer, fiksirajuća krunica od zlata i metalokeramički umjetni zub).

Keramičke smjese koristi se samo u potpuno keramičkim protezama. Opis načina na koji su napravljeni je izvan okvira ove knjige, ali princip higijenske pristupačnosti treba primijeniti i na takve spojeve.

Pokretni spojni elementi. Pokretni spojni elementi uvijek su konstruirani tako da umjetni zub ne padne pod utjecaj žvakaćeg opterećenja. To znači da udubljenje manjeg pričvršćivača mora uvijek imati čvrstu osnovu na koju se oslanja istureni dio spojnice. Ponekad, s malim umjetnim zubima i kratkom protezom, ovo je jedina sila kojoj se treba oduprijeti, a udubljenje u retaineru može biti vrlo plitko. Ovo je najčešći dizajn za krute proteze koje zahtijevaju minimalnu pripremu.

Međutim, sa dužom rukom proteza pokretni zglob također mora odoljeti momentu bočnog pomaka koji djeluje na umjetne zube i (sa mezijalnom lokacijom pokretnog zgloba) silama usmjerenim distalno i doprinoseći odvajanju dijelova proteze. U tom slučaju, žljeb za spajanje treba da bude zaobljen i sužen tako da se klin može lagano pomicati gore-dolje u njemu i istovremeno čvrsto nasloniti na bazu.

Postoji nekoliko metoda proizvodnje. Prvo, manji držač s udubljenjem može se modelirati u vosku, zatim izliti i završiti konusnim borom. Nakon toga, na umjetni zub se ručno nanosi sloj voska tako da odgovara nastalom obliku kaviteta, a lijevanje se izvodi pomoću voštanog šablona. Prije isprobavanja okvira, oba dijela su povezana jedan s drugim.

U nekim slučajevima notch može se izraditi na gotovom livenom okviru, koji se potom postavlja u usnu šupljinu, nakon čega se uzimaju otisci, uključujući i pripremljene potporne zube.

Može biti korišteno gotove akrilne šablone, ugrađen u voštani model umjetnog zuba i manji retainer. Manji retainer i ostatak proteze se potom izlivaju odvojeno.

As pokretni spojni elementi Koriste se i gotovi metalni pričvršćivači s utorima, ali oni pružaju previše kruto prianjanje, zbog čega se mobilnost dijelova proteze može oštro ograničiti. U tom slučaju, manji retainer mora imati viši od uobičajenog stepena retencije za zubni zub.

Gotovi vijčani pričvršćivači koristi se kao dio mostova sa krutom fiksacijom za spajanje 2 dijela ako potporni zubi nisu paralelni.

- Povratak na sadržaj odjeljka " "

Prijelazni d-elementi i njihove veze imaju široku primjenu u laboratorijskoj praksi, industriji i tehnologiji. Oni takođe igraju važnu ulogu u biološkim sistemima. U prethodnom odeljku i odeljku. 10.2 već je spomenuto da joni d-elemenata kao što su željezo, krom i mangan igraju važnu ulogu u redoks titracijama i drugim laboratorijskim tehnikama. Ovdje ćemo se samo dotaknuti primjene ovih metala u industriji i tehnologiji, kao i njihove uloge u biološkim procesima.

Primjena kao konstrukcijski materijali. Legure gvožđa

Neki d-elementi se široko koriste u konstrukcijskim materijalima, uglavnom u obliku legura. Legura je mješavina (ili otopina) metala s jednim ili više drugih elemenata.

Legure čiji je glavni sastojak željezo nazivaju se čelici. Već smo rekli da su svi čelici podijeljeni u dvije vrste: ugljični i legirani.

Ugljenični čelici. Ovi čelici se na osnovu sadržaja ugljika dijele na niskougljične, srednje ugljične i visokougljične čelike. Tvrdoća ugljeničnih čelika raste sa povećanjem sadržaja ugljika. Na primjer, niskougljični čelik je savitljiv i savitljiv. Koristi se u slučajevima kada mehaničko opterećenje nije kritično. Različite upotrebe ugljeničnih čelika su navedene u tabeli. 14.10. Ugljični čelici čine do 90% ukupne proizvodnje čelika.

Legirani čelici. Takvi čelici sadrže i do 50% primjesa jednog ili više metala, najčešće aluminija, kroma, kobalta, molibdena, nikla, titana, volframa i vanadijuma.

Nerđajući čelici sadrže hrom i nikl kao nečistoće gvožđa. Ove nečistoće povećavaju tvrdoću čelika i čine ga otpornim na koroziju. Ovo posljednje svojstvo nastaje zbog stvaranja tankog sloja krom (III) oksida na površini čelika.

Alatni čelici se dijele na volfram i mangan. Dodatak ovih metala povećava tvrdoću, čvrstoću i otpornost na

Tabela 14.10. Ugljenični čelici

visoke temperature (toplinska otpornost) čelika. Takvi čelici se koriste za bušenje bunara, izradu reznih rubova alata za obradu metala i onih dijelova strojeva koji su podložni velikom mehaničkom opterećenju.

Silicijumski čelici se koriste za proizvodnju različite električne opreme: motora, električnih generatora i transformatora.

Druge legure

Pored legura gvožđa, postoje i legure na bazi drugih d-metala.

Legure titanijuma. Titanijum se lako može legirati sa metalima kao što su kalaj, aluminijum, nikl i kobalt. Titanijumske legure odlikuju se lakoćom, otpornošću na koroziju i čvrstoćom na visokim temperaturama. Koriste se u avionskoj industriji za izradu turbinskih lopatica u turbomlaznim motorima. Također se koriste u medicinskoj industriji za izradu elektronskih uređaja ugrađenih u pacijentov zid grudnog koša kako bi se normalizirali abnormalni srčani ritmovi.

Legure nikla. Jedna od najvažnijih legura nikla je Monel. Ova legura sadrži 65% nikla, 32% bakra i male količine gvožđa i mangana. Koristi se za izradu kondenzatorskih cijevi hladnjaka, osovina propelera, te u hemijskoj, prehrambenoj i farmaceutskoj industriji. Još jedna važna legura nikla je nihrom. Ova legura sadrži 60% nikla, 15% hroma i 25% gvožđa. Legura aluminijuma, kobalta i nikla koja se zove alnico koristi se za izradu veoma jakih trajnih magneta.

Legure bakra. Bakar se koristi za izradu širokog spektra legura. Najvažniji od njih su navedeni u tabeli. 14.11.

Tabela 14.11. Legure bakra

Industrijski katalizatori

d-elementi i njihova jedinjenja se široko koriste kao industrijski katalizatori. Primjeri u nastavku odnose se samo na d-elemente prvog prijelaznog reda.

Titanijum hlorid. Ovo jedinjenje se koristi kao katalizator za polimerizaciju alkena upotrebom Zieglerove metode (vidi Poglavlje 20):

Oksid. Ovaj katalizator se koristi u sljedećoj fazi kontaktnog procesa za proizvodnju sumporne kiseline (vidi Poglavlje 7):

Gvožđe ili oksid. Ovi katalizatori se koriste u Haberovom procesu za sintezu amonijaka (vidi Poglavlje 7):

Nikl. Ovaj katalizator se koristi za stvrdnjavanje biljnih ulja tokom procesa hidrogenacije, kao što je proizvodnja margarina:

Bakar ili bakar(II) oksid. Ovi katalizatori se koriste za dehidrogenaciju etanola za proizvodnju etanala (octeni aldehid):

Rodijum (element druge prelazne serije) i platina (element treće prelazne serije) se takođe koriste kao industrijski katalizatori. Oba se koriste, na primjer, u Ostwaldovom procesu za proizvodnju dušične kiseline (vidi Poglavlje 15).

Pigmenti

Već smo spomenuli da je jedna od najvažnijih karakteristika d-elemenata njihova sposobnost formiranja obojenih spojeva. Na primjer, boja mnogih dragog kamenja je posljedica prisustva malih količina d-metalnih nečistoća (vidi tabelu 14.6). Oksidi d-elemenata se koriste za pravljenje stakla u boji. Na primjer, kobalt (II) oksid daje staklu tamnoplavu boju. Brojni spojevi d-metala koriste se u raznim industrijama kao pigmenti.

Titanijum oksid. Svjetska proizvodnja titanijum oksida prelazi 2 miliona tona godišnje. Uglavnom se koristi kao bijeli pigment u industriji boja te također u industriji papira, polimera i tekstila.

Jedinjenja hroma. Kromova stipsa (krom sulfat dodekahidrat) ima ljubičastu boju. Koriste se za bojenje u tekstilnoj industriji. Krom oksid se koristi kao zeleni pigment. Pigmenti kao što su hrom zeleni, hrom žuti i hrom crveni se prave od olovnog (IV) hromata .

Kalijum heksacijanoferat(III). Ovaj spoj se koristi za bojenje, jetkanje i za proizvodnju papira za nacrte.

Jedinjenja kobalta. Kobalt plavi pigment se sastoji od kobalt aluminata. Ljubičasti i ljubičasti pigmenti kobalta nastaju precipitacijom soli kobalta sa zemnoalkalnim fosfatima.

Ostale industrijske primjene

Do sada smo razmatrali primjenu α-elemenata kao strukturnih legura, industrijskih katalizatora i pigmenata. Ovi elementi imaju i mnoge druge namjene.

Krom se koristi za nanošenje hromiranog premaza na čelične predmete, kao što su dijelovi automobila.

Liveno gvožde. Ovo nije legura, već sirovo gvožđe. Koristi se za izradu raznih predmeta, kao što su tiganji, poklopci za šahtove i plinske peći.

Kobalt. Izotop se koristi kao izvor gama zračenja za liječenje raka.

Bakar se široko koristi u električnoj industriji za izradu žica, kablova i drugih provodnika. Takođe se koristi za izradu bakrenih kanalizacionih cevi.

d-elementi u biološkim sistemima

d-elementi igraju važnu ulogu u mnogim biološkim sistemima. Na primjer, tijelo odraslog čovjeka sadrži oko 4 g željeza. Otprilike dvije trećine ove količine dolazi od hemoglobina, crvenog pigmenta u krvi (vidi sliku 14.11). Gvožđe je takođe deo mišićnog proteina mioglobina i, osim toga, akumulira se u organima kao što je jetra.

Elementi koji se nalaze u biološkim sistemima u vrlo malim količinama nazivaju se elementi u tragovima. U tabeli 14.12 prikazuje masu raznih minerala

Tabela 14.12. Prosječan sadržaj makro- i mikroelemenata u tijelu odraslog čovjeka

Mangan je esencijalna komponenta hrane za perad.

Mikronutrijenti koji igraju vitalnu ulogu u zdravom rastu biljaka uključuju mnoge d-metale.

elemenata i nekih mikroelemenata u organizmu odrasle osobe. Treba napomenuti da pet od ovih elemenata pripada d-metalima prvog prijelaza rad. Ovi i drugi elementi u tragovima d-metala obavljaju niz važnih funkcija u biološkim sistemima.

Krom učestvuje u procesu apsorpcije glukoze u ljudskom tijelu.

Mangan je komponenta raznih enzima. Neophodan je biljkama i bitna je komponenta hrane za ptice, iako nije toliko važan za ovce i goveda. Mangan je pronađen i u ljudskom tijelu, ali još nije utvrđeno koliko nam je neophodan. U njemu se nalazi mnogo mangana. Dobri izvori ovog elementa su orasi, začini i žitarice.

Kobalt je neophodan za ovce, goveda i ljude. Nalazi se, na primjer, u vitaminu. Ovaj vitamin se koristi za liječenje perniciozne anemije; takođe je neophodan za formiranje DNK i RNK (vidi Poglavlje 20).

Nikl je pronađen u tkivima ljudskog tijela, ali njegova uloga još nije utvrđena.

Bakar je važna komponenta brojnih enzima i neophodan je za sintezu hemoglobina. Biljkama je to potrebno, a ovce i goveda su posebno osjetljivi na nedostatak bakra u ishrani. Uz nedostatak bakra u hrani ovaca, jagnjad se pojavljuju s urođenim deformitetima, posebno paralizom stražnjih udova. U ljudskoj ishrani jedina hrana koja sadrži značajne količine bakra je jetra. Male količine bakra nalaze se u morskim plodovima, mahunarkama, sušenom voću i žitaricama.

Cink je dio brojnih enzima. Neophodan je za proizvodnju inzulina i sastavni je dio enzima anhidraze, koji igra važnu ulogu u procesu disanja.

Bolesti povezane s ciničnim nedostatkom

Početkom 1960-ih. Dr A. S. Prasad otkrio je u Iranu i Indiji bolest povezanu sa nedostatkom cinka u hrani, koja se manifestuje usporim rastom djece i anemijom. Od tada je nedostatak cinka u ishrani identificiran kao glavni uzrok zastoja u razvoju kod djece koja pate od teške pothranjenosti. Cink je neophodan za djelovanje T-limfocita, bez kojih se imunološki sistem ljudskog tijela ne može boriti protiv infekcija.

Suplementi cinka pomažu kod teškog trovanja metalima, kao i kod nekih nasljednih bolesti, poput anemije srpastih stanica. Anemija srpastih ćelija je urođeni defekt crvenih krvnih zrnaca koji se nalazi u autohtonoj populaciji Afrike. Kod ljudi s anemijom srpastih stanica, crvena krvna zrnca imaju abnormalan (srpast) oblik i stoga nisu u stanju da prenose kisik. To se događa zbog prezasićenosti crvenih krvnih stanica kalcijem, što mijenja distribuciju naboja na površini stanice. Dodavanje cinka u prehranu uzrokuje da se cink takmiči s kalcijem i smanjuje abnormalni oblik stanične membrane.

Suplementi cinka također pomažu u liječenju anoreksije (gubitak apetita) uzrokovane poremećajima nervnog sistema.

Pa hajde da to ponovimo!

1. Najčešći element na Zemlji je gvožđe, a zatim titanijum.

2. d-elementi se nalaze kao elementi u tragovima u biljkama, životinjama i dragom kamenju.

3. Za industrijsku proizvodnju željeza koriste se dvije rude: hematit i magnetit

4. Željezo se proizvodi u visokoj peći redukcijom željezne rude ugljičnim monoksidom. Za uklanjanje nečistoća u obliku šljake rudi se dodaje krečnjak.

5. Ugljični čelici se proizvode uglavnom postupkom pretvarača kisika (Linz-Donawitz proces).

6. Električna peć za topljenje koristi se za proizvodnju visokokvalitetnih legiranih čelika.

7. Titan se dobija iz rude ilmenita postupkom Croll. U ovom slučaju, oksid koji se nalazi u rudi prvo se pretvara u

8. Nikl se dobija iz rude pentlandita. Nikl sulfid koji sadrži prvo se pretvara u oksid koji se zatim reducira ugljikom (koksom) u metalni nikal.

9. Za dobijanje bakra koristi se halkopiritna ruda (bakarni pirit). Sulfid sadržan u njemu smanjuje se zagrijavanjem u uvjetima ograničenog pristupa zraka.

10. Legura je mješavina (ili otopina) metala s jednim ili više drugih elemenata.

11. Čelici su legure gvožđa, koje je njihova glavna komponenta.

12. Što je veći sadržaj ugljika u njima, veća je tvrdoća ugljeničnih čelika.

13. Nerđajući čelik, alatni čelik i silicijum čelik su vrste legiranih čelika.

14. Legure titanijuma i nikla se široko koriste u tehnici. Legure bakra koriste se za izradu kovanica.

15. Klorid oksid je nikl oksid i koristi se kao industrijski katalizator.

16. Metalni oksidi se koriste za pravljenje stakla u boji, drugi metalni spojevi se koriste kao pigmenti.

17. d-Metali igraju važnu ulogu u biološkim sistemima. Na primjer, hemoglobin, koji je crveni pigment u krvi, sadrži željezo.