ACH 13. Katedra chemie FP TUL Aktinoidy. Lantanoidy

Transkript

1 Transurany Aktinoidy ACH 13 Katedra chemie FP TUL Transurany Aktinoidy Lantanoidy Aktinoidy 1

2 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 227 Ac, 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/cm 3 mřížka kovového aktinia 2

3 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 (ThSiO 4 ) Thorium Mapa zastoupení thoria na povrchu Měsíce: Lunární meteorit NWA 482: 3

4 Thorium sloučeniny v oxidačním stavu 4 bod tání 1842 C bod varu 4820 C hustota 11,724 g/cm 3 Mohsova tvrdost 3 tepelná vodivost 54 W.m -1.K -1 elektrochemický potenciál 1,83 V elektronegativita 1,1 výskyt v zemské kůře 6 ppm Thorium 4

5 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 Lissa Meitnerová ( ) Protaktinium 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

6 Protaktinium sloučeniny v oxidačním stavu 3, 4, 5 bod tání 1568 C hustota 15,37 g/cm 3 tepelná vodivost 47 W.m -1.K -1 elektrochemický potenciál 1,47 V elektronegativita 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

7 Uran roku 1896 zjistil Henri Berquerel, že uran je radioaktivní první rozštěpil atom fyzik Ernst Rutherford, přičemž první řízená řetězová štěpná reakce proběhla za přísného utajení ve sklepě chicagského stadionu pod vedením Enrico Fermiho. (obr. nahoře) váleček vyrobený z oxidu uraničitého s 5% obsahem stěpitelného uranu 235 U (nahradí 800 kg uhlí) (obr. dole) Uran sloučeniny v oxidačním stavu 3, 4, 5, 6 bod tání 1132 C bod varu 3927 C hustota 19,05 g/cm 3 Mohsova tvrdost 6 tepelná vodivost 27 W.m -1.K -1 elektrochemický potenciál 1,38 V elektronegativita 1,38 výskyt v zemské kůře 1,8 ppm Youngův modul pružnosti 208 GPa (jako ocel) elektrický odpor Ωm 7

8 rudy uranu Smolinec (Uraninit) U 3 O 8 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 K 2 (UO 2 ) 2 (VO 4 ) 2.xH 2 O rudy uranu Abernathyit K(UO 2 )(AsO 4 ).3H 2 O 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(UO 2 ) 2 (SO 4 ) 2 (OH) 2.8H 2 O, Jáchymov, Colorado, Utah, Tabošar, Tadžikistan Zippeit K 4 (UO 2 ) 6 [(OH) 10 (SO 4 ) 3 ].4H 2 O Jáchymov, Colorado, Arizona, Utah Larisait Na(H 3 O)(UO 2 ) 3 (SeO 3 ) 2 O 2.4H 2 O Utah, Repete mine 8

9 sloučeniny uranu Halogenidy: UF 3 UF 6, UCl 3 UCl 6, UBr 4 UBr 5, UI 3 UI 4 Důležitý pro čištění isotopů, nízký bod tání a varu Oxidy: UO 2 UO 3 sloučeniny uranu 9

10 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

11 sloučeniny neptunia bod tání 637 C bod varu 4000 C hustota 20,45 g/cm 3 sloučeniny v oxidačním stavu 3 6 elektrochemický potenciál 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

12 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

13 sloučeniny plutonia vlastnosti plutonia bod tání 639 C bod varu 3230 C hustota 19,816 g/cm 3 elektrochemický potenciál 1,25 V elektronegativita 1,28 sloučeniny v oxidačních stavech

14 Americium připraveno roku 1944 Glennem Theodorem Seaborgem ( ), 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 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

15 sloučeniny americia vlastnosti americia bod tání 1176 C bod varu 2607 C hustota 17,63 g/cm 3 elektrochemický potenciál 2,07 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 6, nejčastěji 3 15

16 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/cm 3 elektrochemický potenciál 2,06 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 4, nejčastěji 3 16

17 Berkelium poprvé připraveno v prosinci 1949 bombardováním 241 Am 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/cm 3 elektrochemický potenciál 2,01 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 4, nejčastěji 3 17

18 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/cm 3 elektrochemický potenciál 1,93 V elektronegativita 1,3 sloučeniny v oxidačních stavech 2 4, nejčastěji 3 18

19 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 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

20 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

21 Nobelium poprvé připraveno v dubnu 1958 v laboratořích kalifornské university v Berkeley při bombardování terče z izotopů curia jádry uhlíku 12 C 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 10 B a 11 B objevitelé: A. Ghiorso, Almon Larsh, Robert M. Latimer a Torbjorn Sikkeland Název podle vynálezce cyklotronu Ernesta Orlanda Lawrence ( ), NC 1939 bod tání 1627 C elektrochemický potenciál 2,0 V nest_orlando_lawrence.jpg 21

22 zleva: Albert Ghiorso, Torbjörn Sikkeland a John R.Walton (spoluobjevitel nobelia). Rutherfordium Rf (104) Dubnium Db (105) Seaborgium Sg (106) Bohrium Bh (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

23 Hassium Hs (108) Meitnerium Mt (109) Darmstadtium Ds (110) Roentgenium Rg (111) Copernicium Cn (112) Tyto prvky objevil tým Petera Armbrustera (*1931) Vedoucí týmu Peter Armbruster (uprostřed) se svojí skupinou, která vytvořila šest nových transuranů objev/arm.htm 23

24 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

25 Rozpadová řada ununseptia Ununoctium předpoklad stabilního jádra 25

26 Ununoctium příprava rozpad /7932notw6.html prvky s protonovým číslem 113 a 115 byly připraveny v Rusku v jaderném ústavu v Dubně Jurijem Oganessajanem a Michailem Itkisem připraveny byly odstřelováním 243 Am ionty Ca délka života prvku nepřekračovala 90 ms 26

27 Flerov Laboratory of nuclear reactions, Dubna, Moscow region, Russia Flerov Laboratory of nuclear reactions, Dubna, Moscow region, Russia 27

28 Flerov Laboratory of nuclear reactions, Dubna, Moscow region, Russia. Řízení procesu a zpracování dat. Zařízení pro výzkum nových prvků v USA. 28

29 Použitá literatura R. B. HESLOP, K. JONES, Anorganická chemie, Praha: SNTL PETER ATKINS, Periodické království, Academia, vydání 1., Praha 2005 CHEMIKOVÉ Encyklopedická edice LISTY, první vydání, Praha 1998 FYZIKOVÉ Encyklopedická edice LISTY, první vydání, Praha