Chƣơng XIII CÁC NGUYÊN TỐ LÀ SẢN PHẨM PHÂN RÃ CỦA URAN VÀ THÔRI §1 Prôtactini Sự phát prôtactini đồng vị Năm 1871 Menddeleep để lại vị trí trống thori uran tantan bảng hệ thống tuần hoàn nguyên tố Ecatanten cần phải có nguyên tử lượng gần 235 Công trình Mozl xác nhận tồn nguyên tố Cũng năm phaians hioring sử dụng qui tắc chuyển dịch tìm thấy dãy phân rã uran – radi đồng vị phóng xạ nguyên tố nhóm bảng hệ thống tuần hoàn Đồng vị sản phẩm phân rã UX1 có tên gọi “ brevy” – UX2 ( xem họ uranradi) Vào năm 1917 Han Meiitnher độc lập với họ sodi crenton phát tách đồng vị nguyên tố số thứ tự 91 từ chất thải quặng uran Tìm đến đồng vị actini 227 Ac chìa khóa tìm nó, mà lượng 227 Ac trạng thái cân chứng tỏ phụ thuộc vào họ nguyên tố phóng xạ 235U Antonov xác định 235 từ 239 Th có hoạt tính β tạo thành U phân rã α Do chuyển hóa phải tạo nên nguyên tố trước actini có xạ α , đồng vị nguyên tố số thứ tự 91 có số khối 231 Han Meitnher tách nguyên tố số thứ tự 91 với tantan penta oxit, tách khỏi tantan penta oxit tác giả tách không thành công, nguyên tố mang tên gọi protactini 231 Pa đồng vị sống lâu protactini ( có T1/2=3,4.104 năm) Ngoài UX2 (234Pa) tìm trước 231 Pa, dãy phân rã 233 U phát đồng phân hạt nhân UZ Khối lượng protactini tách vào năm 1927 Hrosse, ông bước đầu nghiên cứu tính chất hóa học xác định nguyên tử lượng 231 Hrosse tách protactini việc kết tủa với Zeconi Propuoto sau hòa tan quặng uran Tách khỏi zecconi tiến hành phương pháp gọi phương pháp đường xoắn ốc (xem hình 13.1): Trong phương pháp phốt phát Zr-Pa chuyển thành ôxit cách nấu chảy với kalicacbonat người ta hòa tan hợp kim vào HCl sau kết tủa Bari phốt phát nhờ bari clorua pha loãng dung dịch tới nồng độ mà xảy tạo thành Zeconi oxy clorua Zecconi không sa lắng với protectini kết tủa khỏi dung dịch axit photphoric dạng pirophotphat Chu trình lặp lại nhiều lần, sau cô đặc protectini clorua dễ bay chưng cất khỏi zecconi clorua Hiện điều chế nhân tạo 12 đồng vị protectini quan trọng đồng vị 233Pa mà phân rã nhận 233U Đồng vị 233Pa đươc tạo thành chiếu thori notron với phân rã sau Th233 233Pa chất thị tốt để nghiên cứu tính chất protectini (T1/2=27 ngày ) Khi chiếu 100g thori dòng 5.104 n/cm2s suốt 28 ngày ( dòng tích phân 1,2.1021 n/cm2) phần notron cộng hưởng 1/12 bia có hoạt tính 20000 quiri thành phần sau: Các sản phẩm phân chia Đồng vị Hàm lượng (mg) 232 Th 98600 Để nhận 231 Pa 231 232 Pa 950 233 U 320 234 U 65 235 phân rã U 60 Pa cần phải tách khỏi thori, urani sản phẩm phân chia phân rã Protectini tự nhiên Như nguyên tố 235 U protectini có tất quặng uran 5.10-5g protectini 1g 235U quặng cân điều ứng với hàm lượng 1g hỗn hợp đồng vị tự nhiên uran 3,5.10-7 g Trong quặng uran giàu chứa 200mg protectini mà thực tế có đồng vị 231Pa Hàm lượng tổng cộng protectini vỏ trái đất xuất phát từ hàm lượng uran 10-10% khối lượng Lượng 234 Pa nhỏ không đáng kể sau tách khỏi 235U bị phân rã Tính chất vật lý protectini Protectini kim loại màu xám sáng , dễ rèn ,về độ cứng gần với uran.Nó có dạng cưa.Dạng thù hình nhiệt độ thấp khác với đa số kim loại khác có cấu trúc tứ phương ( a=3,925;c=3,238A 0).Ở 11700C kim loại chuyển thành dạng có mạng lưới tâm thể Bán kính nguyên tử protectini 1,63 A0, tỉ trọng theo tính toán 15,37 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi định hướng tương ứng 1569 4280 0C Tính chất hóa học protectini Cấu hình điện tử protectini tương ứng với sơ đồ: 5s25p65d105f26s26p66d17s2 Về tính chất hóa học protectini phù hợp với nhóm V tương tự với niobi lantan điều liên quan với sấp sỉ lượng liên kết electron mức 5f 6d protectini Mức oxyhoa chủ yếu Nó có mức oxy hóa oxit bậc cao hợp chất với halogenua đồng kết tủa đồng hình với nhiều hợp chất tantan Tuy nhiên với hợp chấtmà protectini có mức oxy hóa nhận hợp chất với oxy halogen có mức oxy hóa Cũng nhận hợp chất mức oxy hóa 3, protectini dung dịch mà protectini thuộc vào nhóm actinoit Protectini thể tương tự với zecconi, hafni thori Nó đồng kết tủa với iotat, phosphat, phenylasonat loạt hợp chất khác nguyên tố này, chí đồng kết tủa tốt hợp chất tantan Khi đun nóng không khí protectini bị oxihoa chậm tạo thành pha thành phần thay đổi nhiệt độ 250-3000C Pa phản ứng với hydro tạo thành hydrua biết protectini nguyên tố đun nóng tác dụng với iot Protectini tan axit HCl không tan HF Các hợp chất protectini Oxit : tương tự uran plutoni bề mặt Pa kim loại bị oxyhoa tạo thành monoxit PaO với cấu trúc lập phương Khối lượng chủ yếu kim loại phụ thuộc vào điều kiện bị oxyhoa tạo thành pha thành phần biến đổi từ PaO2 đến Pa2O5 Penta oxit protectini nhận cách nung nóng hydroxit 500 0C hay dioxit protectini 11000C dòng oxy không khí nhiên 8000C phần oxy chuyển thành pha với thành phần PaO2,42PaO2,44.PaO2 tạo thành 17000C Pa2O5 đa hình biết ssau dạng thù hình Dioxit PaO2 điều chế cách khử Pa2O5 hidro 15000C Ngoài không khí 1800C PaO2 bị oxyhoa, không tan axit vô tan H2F2 Khi tác dụng lên dung dịch Pa(V) axit vô amoniac hay kiềm tách hidroprotectini Pa2O5.nH2O Protectinihydroxit tan axit Trong dãy vanadi-protectini diễn thay đổi tính chất hydroxit theo qui luật từ xuống tính bazo từ yếu tớ mạnh Protectini hydroxit có tính bazo Pa2O5 khác với Ta2O5, bị nấu chảy với kalibisunfat không bị nấu chảy với xoda Hydroxit bazo PaO2.nH2O kết tủa kiềm amoniac Nấu chảy Pa2O5 với oxit kim loại kiềm, kiềm thổ đất loạt oxit khác tạo nên muối dạng MeIPaVO3 (Na, k, Rb, Cs); Me3IPaVO4 (Li); Me7IPaVO6 (Li); Me3IIPaVO5,5( Ba,Sr) Trong hợp chất thể tính axit hydroxit protectini (V) oxit Pa (IV) tương tự uran, thori nguyên tố siêu uran thổi nguyên tố siêu uran mức oxyhoa +4 nóng chảy với dioxit Gecmali tạo nên muối Pa(Ge04) Hydropeoxit làm peroxit Pa2O9.3H2O kết tủa từ dung dịch sunfat protectini (V) Halogenua: người ta điều chế halogen ocxyhalogenua protectini sau: PaF4, PaCl4, PaOBr2, PaOI2, PaF5, PaCl5, PaBr5,PaI5, Pa4F17, Pa2OF8,Pa2OCl8, loạt tetra halogen pentahalogen Tetraflorua khan: Được điều chế nhờ tác dụng hỗn hợp hydroflorua hydro lên protectini dioxit 5500C Nó đồng hình với tetra halogen nua thori, uran, neptuni plutoni Nung PaF4 không khí tạo thành Pa2OF8 Hydrat tetraflorua PaF4.nH2O kết tủa từ dung dịch sunfat dẫn tới tạo thành PaF2SO4.nH2O mà nung nóng chuyển thành PaF2SO4.2H2O Pentaflorua khan: Nó điều chế nhờ tác dụng flo lên tetraflorua protectini khan Ở 7000C hay tác động brom triflorua brom pentaflorua lên protectini penta oxit 6000C Protectini pentaoxit phản ứng với hydro florua có mặt oxy theo phương trình: 500 0C Pa2O5 + 8HF Pa2OF8 + 4H2O O2 Ocxyflorua nhận bị phân hủy 8000C tạo thành PaF5 Cũng điều chế ocxyflorua protectini cách tác dụng flo lên protectini penta oxit 5500C Tác dụng hydro folorua lên protectini pentaoxit với có mặt hydro 5000C dẫn tới tạo thành Pa4F17 giống cấu trúc U4F17 Hydratprotectini penta florua PaF5.2H2O điều chế tác dụng axit HF đặc lên Pa2O5 đun nóng, làm bay thật khô dung dịch protectini (v) axit HF đặc Nó dễ hút ẩm tan tốt nước PaF5 nấu chảy với florua kim loại kiềm kiềm thổ tạo thành muối dạng MeIPaF6, Me2IPaF7, muối kali, bari tan nước Protectini penta clorua điều chế cách tác dụng photgen 5500C bon tetraclorua 3000C hay hỗn hợp CCl4 clo lên protectini penta oxit 550 C Pa 2O5  5COCl2   2PaCl5  5CO2 300 C 2Pa 2O5  5CCl4   4PaCl5  5CO2 Cùng với PaCl5 ocxyclorua Pa2OCl8 tạo thành Protectini ocxyclorua chân không chuyển thành Pa2O3Cl4 PaCl5, cân đối dẫn tới tạo thành PaO2Cl Protectini tetraclorua đồng hình với ThCl4, UCl4 NpCl4 điều chế cách khử PaCl5 hidro hay tác dụng CCl4 với PaO2 Protectini penta bromua: tạo thành tá dụng nhôm bromua hay amoni broomua lên protectini pentaoxit đun nóng: 3Pa 2O5  10AlBr3  6PaBr5  5Al2O3 Protectini pentabromua điều chế từ Protectini pentaclorua nhờ tác dụng hydro bromua hay bromua kim loại kiềm Brom trực tiếp hỗn hợp oxit tantan hafni protectini chứng tỏ bay PaBr5 bay TaBr5 HfBr4 Ở 6000C PaOBr3 tạo thành với PaBr5 bay TaBr5 HfBr4 Ở 6000C PaOBr3 được tạo thành với PaBr5 Protectinipenta iotdua điều chế tương tự PaBr5 tác dụng AlI3 hay NH4I lên Pa2O5 hay từ PaCl5 nhờ tác dụng hydroitdua mà tạo thành tác dụng iot lên protectini kim loại dun nóng Các hợp chất khác: protectini tạo nên nitrua PaN2 đồng hình với UN2 PaN2 điều chế tác dụng amoniac lên PaCl5 8000C mà protactini tạo nên hdrua PaH3 đồng hình với UH3 Khử protactini tetraflorua 14000C với bải chén grafit dẫn tới tạo thành protactini cacbua-PaC Các bua tạo thành khử PaO2 cacbon 1290-14400C protectini ocxysunfit đồng cấu trúc với UOS điều chế tác dụng hydrosunfua lên protectini penta clorua có mặt nước hay cacbon sunfua 9000C: 900 C 2PaCl5  3H2S  2H2O   2PaOS  10HCl  S Bằng việc kết tủa từ dung dịch Pa4+ nhận loạt mối không tan protectini (IV): PaF4; iotdat; photphat; phenulasenat; cacbonat thành phần không rõ; iotdat không tan nước axit H 2SO4 5M Axit H2SO4 tạo thành H3PaO(SO4)3 từ dung dich muối protectini V mà đun nóng chân không tới 700 độ C chuyển thành HPaO(SO 4)2 750 độ C chuyển thành Pa2O5 : 2 SO3  H SO4 , SO3 2 H SO4 2H3 PaO(SO4 )3   2HPaO(SO4 )2   2HPaO2 SO4   Pa2O5 H3PaO(SeO4)3 điều chế tương tự tác dụng axit phenulasenic lên dung dịch protectini V nhận H3PaO2(C6H5AsO3).xH2O tác dụng axit ocxalic lên dung dịch protectini V nhận PaO(OH)C2O4.xH2O Pa(OH)(C2O4)2.6H2O thành phần protectini photphat , hydrophotphat, iotdat cacbonat tách từ dung dịch chưa rõ Protectini dung dịch Protectini (IV): môi trường axit HClO4 HCl dạng Pa4+ axit khác xảy tạo thành phức ion: Pa 4  HSO4 Pa 4  3HF PaSO42  H  ; K  42 PaF3  3H  ; K  5,35.104 Ion Pa4+ có khả tạo phức lớn so với hydrooxi-ion protectini (V) Trong axit HCl 8M tạo thành phức florua dung dịch amoni florua tạo thành phức florua Trong dung dịch axit hữ tạo phức cacbonat Sitrat tactrat axetylaxetat TTA tạo với Pa4+ hợp chất nội phức tan nhiều dung môi hữu Ion Pa4+ dễ bị oxi hóa lên Pa V so với U (IV) lên U (V) Thế dịch chuyển tiêu chuẩn Pa 0,1 V oxi hóa từ từ dung dịch diễn không khí Ngược lại trình khử diễn nhờ chất khử mạnh hỗn hống kẽm, TiCl3, CrCl2, tồn Pa (III) dung dịch chưa chứng minh Khả khử Pa (III) chứng minh phương pháp cực phổ Sự thủy phân Pa4+ phụ thuộc vào pH dung dịch (hình 13.2) Khi pH =5 tạo thành hydroxit Pa (IV) bị thủy phân mạnh so với U4+ Phổ hấp phụ Pa (IV) giống phổ hấp phụ Ce (III) (Hình 13.3), từ suy có điện tử lớp vỏ f Hình 13.2 Các dạng ion Pa(IV) dung dịch HClO4 Hình 13.3 Phổ hấp thụ PaIV PaV dung dịch HCl 1M 1-PaIV (1,1.10-3 M) 2-PaV (4,2.10-5 M) 3-CeIII Protectini (V): Nó phân cực mạnh phân tử nước OH- dẫn tới thủy phân polyme hóa ion dung dịch tạo thành ion chứa oxy hydroxyl Khác với uran, neptuni, plutoni, protectini (V) rõ rang không tạo ion MeO2+ tương tự niobi tantan bị thủy phân giá trị pH=4 dung dịch dạng ion bị thủy phân hóa Tiếp tục tăng giá trị pH tạo thành dung dịch keo Sự tạo thành keo bắt đầu pH=5, khoảng pH=3-6 vi lượng protectini xảy tạo giả keo Sự tạo thành giả keo thấy giá trị pH=12-14 Trong môi trường axit HClO4 nồng độ thấp Pa(V) tồn dạng Pa(OH)4+ hay PaO(OH)2+ nồng độ 1M dạng Pa(OH)32+ ion trông dung dịch tồn cân Pa  OH 3  H2O 2 Pa  OH 4  H  Khi tăng nồng độ hàm lượng ion điện tích hai tắng lên, điều thấy (hình 13.4) Khi giữ trạng thái dung dịch xảy hidrat hóa ion PaO(OH)2+ chuyển thành Pa(OH)32+ Dung dịch protectini nồng độ axit HClO4 lớn 1M bền nồng độ axit nhỏ xảy polymer hóa Trong môi trường axit vô khác xảy tạo thành dạng ion [Pa(OH)n2-Am]5-(Zm+n) hàm lượng anion loại ion phụ thuộc vào nồng độ anion dung dịch khả tạo phức mà giảm theo dãy F>OH>SO4>Cl>Br>I>NO3>ClO4 Trong dung dịch nồng độ cao tạo ion phức chẳng hạn PaF6-, PaI72-, PaF83- (hình 13.5), Pa(NO3)6-, Pa(NO3)73-, Pa(OH)Cl62-, PaCl6-, PaCl72-, PaCl83-… Do tạo thành ion phức mà độ bền dung dịch Pa(V) axit tương ứng thủy phân polymer hóa tăng lên Nhiều florua protactini(V) dạng phức tách ra.Trong môi trường axit hữu tạo ion phức protactini(V) Protactini(IV) không bị kết tủa amoniac kiềm từ dung dịch tactrat mà bị kết tủa natri hydroxit từ từ dung dịch sitrat điều đặc trưng độ bền phức chất axit Protactini(V) tạo phức hữu với TBF,S-ocxyquinonini, axetylaxetat, cuferon, EBTA, TTA, asennazo,(III) tan tốt benzen , cloruafoc, ete, loạt dung môi hữu khác Độ tan phức thay đổi theo thay đổi độ axit dung dịch Với axit sitric tactric protactini(V) tạo thành phức chất tan nước 10 rửa khỏi cột trước quiri, terbi gadoli Berkli bị chiết TTA oxylol từ dung dịch HNO3 0,5M sau tách khỏi nguyên tố kiềm, kiềm thổ, đất nhiều nguyên tố khác §6 Californi Sự phát đồng vị californi Năm 1950 Tompxon, Xitrit, Giorse Xibory điều chế 242 nguyên tố số thứ tự 98 cách chiếu Cm ion heki xiclotron Nguyên tố gọi tên californi với niềm vinh dự bang Californi trường đại học tổng hợp Californi Cm( ,2n) 244 98 Cf 242 96 Hiện điều chế 11 đồng vị californi Những đồng vị sống lâu californi 251 Cf (T1/2 = 800 năm), 249 Cf (T1/2 =360 năm) 248Cf (T1/2 =350 năm) Các đồng vị có số khối đến 249 điều chế cách chiếu đồng vị quiri ion heli hay chiếu uran plutoni ion nặng (12C, 9Be, 14N) Các đồng vị nặng điều chế phân rã phóng xạ đồng vị nguyên tố bên cạnh hay từ uran hay plutoni bắt nơtron nhiều lần lò phản ứng hạt nhân Khi chiếu plutoni lâu nơtron nhận hỗn hợp đồng vị californi thành phần sau: 4,3% 249 Cf, 49% 250 Cf, 11% 251 Cf, 36% 252 Cf 239       243 244 249 Pu (4n,4 ) 243Pu  Am(n,  ) 244Am  Cm(5n,5 ) 249Cm  Bk (n,  ) 250Bk  26 phút  Cf (n,  ) Cf (n,  ) Cf (n,  ) Cf (n,  ) Cf 250 251 252 253 65 phút 254 3,13 Tính chất californi Californi có cấu hình điện tử 5f106s26p67s2 Nó đồng đẳng đissprozi (Dy) dãy lantanvot Khi xét theo cấu hình điện tử hy vọng tạo thành californi có mức oxy hoá +5, nhiên điều chế 93 Nghiên cứu tính chất hoá học californi tiến hành chủ yếu với lượng thị Về tất tính chất californi diễn dung dịch cation điện tích +3 giống nguyên tố đất Californi đồng kết tủa với florua, ocxalat hydroxit bazo không tan Nitrat, clorua sunfat tan nước Californi bị hấp phụ cationit rửa giải HCl 13M, amoni sitrat hay izobutyrat, khỏi cột trước berkli trước nhiều lantanoit Trong HCl 13M tạo thành phức anion với ion Cl - hấp phụ lên anionit bị rửa khỏi cột sau berkli, quiri amerisi Đã thấy phức californi với axit lactic nitryltriaxetic Mọi cố gắng oxy hoá californi đến CfIV persunfat hay bismut không thành công, điều chứng tỏ đồng kết tủa với zeconi photphat Sau bay dung dịch hỗn hợp clorua evropi, gadoli californi, dehydrat hoá tiếp dòng HCl 2000C khử hydro 300 – 5000C, có lẽ nhận Cf (II) sau hoà tan kết tủa bị khử xảy đồng kết tủa californi (85%) với EuSO4 Người ta điều chế Cf2O3, CfF3, CfCl3 CfOCl Tách californi từ bia quiri plutoni bị chiếu xạ tiến hành sắc ký cationit với rửa giải HCl 13M, sitrat hay lactat Có thể tách chiết eteoxit axit photphoric, mà tượng điện di giấy từ dung dịch HCl có mặt axit ankyl photphoric mà tạo phức với 252 Cf dùng để chế tạo nguồn nơtron §7 Anhstanhi Sự phát đồng vị anhstanhi Nguyên tố số thứ tự 99 với nguyên tố số thứ tự 100 lần phát sản phẩm vụ nổ nhiệt hạt nhân vào năm 1952 Mỹ Trong dòng nơtron mạnh xảy bắt tức thời số lớn nơtron hạt nhân 94 238 U Sau phân rã β- đồng vị tạo thành tạo nhiều đồng vị nguyên tố nặng (hình 14.5) Hình 14.5 Sơ đồ tạo thành nguyên tố siêu uran vụ nổ nhiệt hạch Các nguyên tố tìm phương pháp sắc ký theo thứ tự rửa giải chúng khỏi cationit Các actinoit rửa giải HCl 13M trước nhiều lantanoit Phần actinoit lại hấp phụ lên cationit tiến hành rửa giải amoni sitrat Ở vị trí phán đoán trước californi nguyên tố số thứ tự 99 100 mà trước tính chất rửa giải Tìm chúng lặp lại nhiều lần nhóm bác học lớn Mỹ có tham gia Xiborg Nguyên tố có số thứ tự 99 gọi tên anhstanhi (Es) để tưởng nhớ nhà vật lý tiếng Năm 1964 điều chế anhstanhi cách bắn phá uran hạt nhân nitơ, năm 1961 tách khỏi plutoni bị chiếu năm liền nơtron dòng nơtron cường độ lớn lò phản ứng hạt nhân (hình 14.6) 95 Hình 14.6 Sơ đồ tạo thành nguyên tố siêu uran lò phản ứng hạt nhân Hiện biết 12 đồng vị anhstanhi Những đồng vị nhẹ số khối 251 điều chế chiếu berkli hay californi hạt nhân heli hay deitron xiclotron, chiếu uran hạt nhân nitơ, đồng vị nặng điều chế từ uran hay plutoni bắt nơtron nhiều lần Thú vị đồng vị 254Es có T1/2 = 250 ngày Tính chất anhstanhi Cấu hình điện tử anhstanhi 5f116s26p67s2 Tính chất hoá học anhstanhi nghiên cứu lượng thị vi lượng Anhstanhi dung dịch ion điện tích +3 Nó đồng kết tủa với florua hydroxit lantanoit Anhstanhi bị oxy hoá amoni persunfat Trong dung dịch HCl đặc hay LiCl anhstanhi tạo thành phức anion clorua bị hấp phụ anionit Khi rửa giải khỏi anionit axit 96 HCl khỏi cột sau actinoit nhẹ Anhstanhi tạo phức anion với amoni thiosianat Anhstanhi bị rửa giải khỏi cationit α – ocxyizobutyrat, lactat amoni 870C hay axit HCl trước californi, tức phù hợp hoàn toàn với giá trị số thứ tự (hình 14.7) (hình 14.7 trang 183) Anhstanhi tạo với TTA phức bị chiết benzen pH = 3,4, TBF chiết anhstanhi từ dung dịch HNO3 loãng có mặt lượng lớn nitrat Khi điện khử thuỷ ngân Es3+ chuyển thành Es2+ Trong dung dịch HCl 1M có mặt natri axetat amoni axetat anhstanhi bị khử hỗn hống thuỷ ngân tạo thành hỗn hống Anhstanhi bị kết tủa từ dung dịch clorua platin trình điện phân Ion Es2+ bền §8 Fermi Sự phát đồng vị fermi Phát nguyên tố số thứ tự 100 tiến hành đồng thời với số thứ tự 99 mô tả Sự phát hoá học thực tất 200 nguyên tử nguyên tố, điều thành khoa học có năm Nguyên tố có tên gọi fermi để tưởng nhớ Enrico Fermi chết cách lâu trước phát Hiện fermi điều chế cách chiếu nơtron lên plutoni Nó tạo thành bắt nơtron nhiều lần Nguyên tố cuối dãy biến hoá đưa đây:      253 254 Cf (n,  ) 253Cf  Es (n,  ) 254Es  Fm   252 20 ngày 36 3,24 Đã biết đồng vị fermi Đồng thời với việc chiếu nơtron vào nguyên tố có số thứ tự bé đồng vị fermi điều chế cách bắn phá californi hay berkli ion heli 97 Đồng vị sống lâu fermi 257 Fm với chu kỳ bán rã 95 ngày Tính chất fermi Tính chất hoá học fermi nghiên cứu với lượng thị Trong dung dịch nước fermi tạo thành cation điện tích +3 Amoni persunfat không oxy hoá fermi Nó đồng đẳng hoá học nguyên tố đứng trước actinoit Khi sắc ký fermi bị rửa giải khỏi cột hoàn toàn giống với rửa giải nguyên tố lại Nó bị rửa giải trước anhstanhi amonilactat, α – ocxyizobutyrat phức bền lantanoit actinoit có số thứ tự nhỏ Fermi tạo thành phức chất với axit ankyl photphoric, thêm vào nhờ chất tạo phức mà tách khỏi amerisi, quiri californi, tượng điện di giấy Nó tạo phức với TBF cho phép tách khỏi lantanoit actinoit môi trường HNO3 §9 Mendelevi Năm 1955 bắn phá 253 Es ion heli Giorse, Kharoi, Troppin Xiborg điều chế nguyên tố số thứ tự 101: 256 Es ( , n)101 Md 253 99 Nguyên tố gọi tên mendelevi (Md) để tưởng nhớ Mendeleep, mà bảng tuần hoàn ông chìa khoá tìm tất nguyên tố siêu uran Phát thiết lập chất hoá học mendelevi thành tựu rực rỡ nhà hoá học Trong thí nghiệm đầu điều chế thành công vài nguyên tử mendelevi Chu kỳ bán rã 1,5 Để tách dùng phương pháp hạt nhân giật lùi (hình 14.8) anhstanhi mang kim loại Bắn phá bia ion heli phía ngược với lớp anhstanhi Hạt nhân nguyên tử mendelevi tạo thành tượng giật lùi rơi lên thu kim loại đứng gần bia Người ta rửa mendelevi, mảnh phân chia phần nguyên tố bia phần tách chúng sắc ký 98 Hình 14.8 Sơ đồ điều chế Md phương pháp hạt nhân giật lùi Những thí nghiệm sau chứng minh tính đắn thí nghiệm đầu, người ta điều chế hàng nghìn nguyên tử nguyên tố Sau Flerovi cộng tác viên điều chế đồng vị theo phản ứng sau: 238 92 22 256 U (10 Na, p3n)101 Md Đã điều chế đồng vị mendelevi Đồng vị sống lâu 258 Md có T1/2= 54 ngày Trạng thái hoá học mendelevi phù hợp với trạng thái đoán trước nguyên tố dãy actionit Nó bị hấp phụ với actinoit khác cationit Nó bị rửa khỏi cột trước fermi α – ocxyizobutirat (xem hình 14.7) bị hấp phụ lên anionit từ dung dịch HCl 13M, bị rửa giải khỏi cột HCl 13M với fermi hay chậm Trong sắc ký phân bố silicatgen, tẩm dung dịch axit – etyl hecxyl photphoric, rửa giải axit HCl mendelevi sau fermi Khi chiết hỗn hợp TBFH TBPF mendelevi bị tách theo qui luật nghiêm ngặt dãy actinoit (hình 14.9) 99 Hình 14.9 Sự phụ thuộc logarit hệ số phân bố lantanoit actinoit vào Z Tác nhân chiết hỗn hợp TBHF BPF(1:1) Cột SiO2, 150x2,5mm Chất rửa giải HNO3 15,3M HNO3 14,4M Bằng cách khử điện hoá thuỷ ngân mendelevi chuyển thành trạng thái với mức oxy hoá +2, lúc đồng kết tủa với bari sunfat, bị chiết với Eu2+ Cr2+ Thế chuyển dịch Md3+ thành Md2+ 0,2V Md2+ dung dịch bền Yb2+, Eu2+ Er2+ Khử mendelevi đến kim loại natri hỗn hỗng từ dung dịch HCl chứa axetat natri amoni, 90 – 100% có chuyển thành hỗn hống Mendelevi kết tủa plantin nhờ điện phân dung dịch HCl §10 Nguyên tố số thứ tự 102 Năm 1957 nhóm nhà bác học Mỹ, Anh Thuỵ Điển công bố thông tin phát nguyên tố số thứ tự 102 Trong trường đại học Noben Thuỵ Điển người ta chiếu quiri ion cacbon 136C Họ giả thiết nguyên tố N 102 tạo thành, mà tác giả gọi nobeli Tuy nhiên kết công trình bị nhà nghiên cứu Mỹ bác bỏ 100 Năm 1958 viện lượng nguyên tử viện hàn lâm khoa học Liên Xô Flerov cộng tác viên tổng hợp nguyên tố số thứ thự 102 cách chiếu 241Pu ion oxy 168O Pu 168O252, 253102  (4  5) 01n 241 94 Nguyên tố tách phương pháp hạt nhân giật lùi phát nhũ tương ảnh lớp dày theo lượng phân rã tức phương pháp vật lý Chỉ lâu sau Xiborg cộng tác viên cố gắng điều chế đồng vị nguyên tố N0 – 102 chiếu quiri ion cacbon Giả sử diễn phản ứng sau: Cm126C 254 102 401n 246 96 Các tác giả sử dụng phương pháp giật lùi kép để tách phát đồng vị Trong trường hợp sau thu hạt nhân giật lùi nguyên tố N0 – 102 lên thu kim loại chuyển nhanh tới thu kim loại khác, mà hạt nhân nguyên tố sản phẩm phân rã nguyên tố N0 – 102 thu Những hạt nhân phát hoá học giống hạt nhân 250Fm Do theo ý kiến tác gia đồng vị mẹ có số khối 254 Đã xác định chu kỳ bán rã đồng vị 254 102 giây, điều không chứng minh nghiên cứu Đupna Sơ đồ phương pháp giật lùi kép đưa hình 14.10 Vào năm 1963 – 1967 Đupna Flerov cộng tác viên tổng hợp loạt đồng vị nguyên tố N0 – 102 theo phản ứng sau (trong ngoặc chu kỳ phân rã): 238 Pu (16O,4n) 251102 (0,3 giây) 239 Pu (18O,5n) 252102 (4,5 giây) 242 Pu (16O,5n) 253102 (95 giây) 238 Pu (18O,4n) 253102 (95 giây) 243 Am (15N,4n) 254102 (65 giây) 242 Pu (16O,4n) 254102 (65 giây) 101 238 U (22Ne,6n) 254102 (65 giây) 238 U (22Ne,5n) 255102 (3 phút) 242 Pu (18O,5n) 255102 (3 phút) 238 U (22Ne,4n) 256102 (3,7 giây) 242 Pu (18O,4n) 256102 (3,7 giây) Hình 14.10 Sơ đồ phương pháp giật lùi kép Vào năm 1968 – 1969 Berkli xác nhận kết thí nghiệm tiến hành Đupna Ngoài Berkli điều chế đồng vị có số khối 257 258, vào năm 1970 Ocnidgie Mỹ điều chế đồng vị có số khối 259 theo phản ứng sau: 243 Cm (13C,4n) 257102 (23 giây) 248 Cm (12C,3n) 257102 (23 giây) 248 Cm (13C,3n) 258102 (1,2.10-3 giây) 243 Cm (18O,3n) 259102 (1,5 giờ) Tất đồng vị nguyên tố số thứ tự 102 chất xạ α Ngoại lệ hạt nhân tự phân chia có số khối 258 Không lâu sau nhóm cộng tác viên Flerov tiến hành tìm hoá học nguyên tố N0 – 102 phương pháp mà dùng để phát nguyên tố số thứ tự 104 Khi chứng tỏ độ bay clorua nguyên tố N0 – 102 gần độ bay clorua nguyên tố actinoit (Gd Tb), mà fermi californi Để phát người ta chiếu hỗn hợp uran samari ion đồng vị sau: 102 22 10 Ne Khi từ uran tạo thành  22 252 248 U (10 Ne, ,4n)101 Fm   98 Cf 238 92 30 phút  22 252 U (10 Ne8,4giây n) 256102   100 Fm 238 92 Khi từ samari tạo thành 148Gd 149Tb Những nguyên tử giật lùi rơi vào dòng nitơ mang vào không gian lấp đầy TiCl SOCl2 xảy clo hoá nguyên tử nguyên tố tạo thành sau dòng khí chuyển chúng tới cột sắc ký thuỷ tinh Nghiên cứu phân bố đồng vị phần khác thiết bị Phân bố nguyên tử fermi nguyên tố số thứ tự 102 giống với phân bố terbi californi, điều xác nhận giống clorua chúng với clorua nguyên tố N0 – 102 Khi áp dụng đồng vị với số khối 255 (T1/2 = 180 giây) điều 244 chế theo phản ứng Pu (16O,5n) 255 102, nhà bác học Mỹ tiến hành tách sắc ký nguyên tố chứng tỏ dung dịch có mức oxy hoá +2, mức bị chiết TTA izobutylxeton Nguyên tố mức oxy hoá +3 dung dịch điều chế tác dụng chất oxy hoá mạnh §11 Lourenxi Năm 1961 Giorse, Xinklend, Larse Latimer điều chế nguyên tố có số thứ tự 103 bắn phá californi ion bo, mà tác gia gọi tên lourenxi (Lr) với niềm vinh dự nhà sáng chế Xiclotron Lourenxi: 250252 98 257 Cf 10,115 B103 Lr  (3  6) 01n Đồng vị nhận có chu kỳ bán rã giây phân rã phát hạt α Phát đồng vị tiến hành vật lý với việc sử dụng phương pháp giật lùi Khi hạt nhân giật lùi bị hãm khí heli, thu lên đồng chuyển động trường điện, chuyển xạ tới detecto ghi Tuy nhiên kết công trình không chứng minh công trình cách lâu Flerov cộng tác viên 103 Năm 1961 Dupna Flerov với cộng tác viên điều chế nguyên tố số thứ tự 103 theo phản ứng 243 Am (18O,5n) 256 103 Chu kỳ bán rã 45 giây Tiến hành phát phương pháp giật lùi kép cho đồng vị 252Fm (T1/2 =25 giờ) mà điều chế theo sơ đồ sau: Cách không lâu nhà nghiên cứu Mỹ điều chế đồng vị có số khối 256 theo phản ứng 249Cf (11B,4n) 256103, họ tiến hành chiết TTA izobutylen xác định mức oxy hoá +3 §12 Kurtratovi Năm 1964 – 1966 Flerov với cộng tác viên điều chế nguyên tố số thứ tự 104 cách chiếu plutoni ion neon xiclotron: 22 Pu 10 Ne259, 260 104  (4  5) 01n 242 94 Đã xác định đồng vị có số khối 259 260 có chu kỳ bán rã tương ứng 4,5 0,1 giây Đã tiến hành phát hoá học nguyên tố mặc dú chu kỳ bán rã nhỏ ki chiếu bia nhiều liền tạo thành nguyên tử riêng biệt nguyên tố Hạt nhân giật lùi nguyên tố số thứ tự 104 nhờ dòng nitơ chuyển vào không gian, mà tiếp xúc với clorua niobi zeconi hay titan SoCl chuyển thành clorua Cùng với nguyên tố ban đầu dòng nitơ hạt nhân nguyên tố cationit sản phẩm phân chia chuyển vào bị chuyển thành clorau Sau clorua qua cột hấp phụ thuỷ tinh, mà hấp phụ clorua khó bay nguyên tố đất actinoit không hấp phụ nguyên tố N0 – 104, qua detecto ghi tự phân chia (hình 104 14.11) Trong thí nghiệm nguyên tố cho phép giống với hafli, mà thực nghiệm tương tự tách khỏi lantanoit Các tác giả phát đề nghị gọi tên nguyên tố kurtratovi Ku với niềm vinh dự nhà vật lý Xô Viết tiếng Kurtratov Hình 14.11 Sơ đồ phát hóa học nguyên tố số thứ tự 104 Như nói, nguyên tố actini đến kurtratovi tạo thành nhóm giống lantanoit nhóm actinoit Kurtratovi không đưa vào nhóm có lẽ đồng đẳng hoá học hafai, nguyên tố nhóm IV bảng hệ thống tuần hoàn chiếm ô bảng hệ thống tuần hoàn hafni, điều xác nhận phát hoá học nguyên tố Đồng vị kurtratovi với số khối 261 (T1/2 = 70 giây) nhà nghiên cứu Mỹ điều chế cách không lâu theo phản ứng: 261 244 Cm (18O,n) Ku Đã nghiên cứu tính chất dung dịch sắc ký 105 chứng tỏ bị rửa giải sau zeconi hafni khỏi cationit Đauecss – 50, cationit giữ actinoit bền §13 Nguyên tố N0 – 105 Năm 1968 Flerov với cộng tác viên Đupna điều chế nguyên tố N0 – 105 với số khối 260 261 theo phản ứng: 5)n) 260 – 261 105 Chu kỳ bán rã 260 105 261 243 Am (22Ne, (1- 105 1,8 giây Nó chất xạ α Năm 1970 Berkli tổng hợp đồng vị 260 105 theo phản ứng 249Cf (15N, 4n) Tiến hành phát đồng vị phương pháp vật lý dùng dòng khí chuyển hạt nhân giật lùi tới detecto §14 Khả tổng hợp hạt nhân nặng Tổng hợp hạt nhân nặng nhờ ion tăng tốc gặp khó khăn nhiều chu kỳ tự phân chia với nguyên tố dần xa giảm cách kinh khủng Điều thấy hình 14.12 Điều chế hạt nhân bền hàm lương nơtron tương đối lớn, điều đạt phản ứng với ion tăng tốc Ví dụ nguyên tố số thứ tự 102 hạt nhân bền có số khối 254 Tăng độ bền hạt nhân với hàm lượng nơtron tối ưu đạt hạt nhân nguyên tố nặng Chẳng hạn nguyên tố với điện tích hạt nhân 114 126 có lớp vỏ nucleon khép kín phải có độ bền lớn Những hạt nhân có dư nhiều nơtron bền nhất, ví dụ với lớp vỏ nucleon bền 134 nơtron Những tính toán chứng tỏ hạt nhân khoảng 108 năm Hạt nhân 198 114 có chu kỳ bán rã 110 126 bền Những hạt nhân tạo thành tương tác hai hạt nhân nặng, ví dụ hạt nhân uran Hạt nhân sống ngắn trung bình phân chia phân rã thành hạt nhân không nhau, chúng có khối lượng lớn khối lượng uran Điều thấy hình 14.13, đưa đường cong thực 106 nghiệm phân bố mảnh phân chia khối lượng phản ứng hạt nhân vàng với cacbon uran với neon, mà đưa đường cong giả định hạt nhân uran Trong mảnh phân chia phản ứng hạt nhân uran tìm hạt nhân bền nguyên tố siêu uran Khó khăn việc tổng hợp hạt nhân tương tự liên quan với điều cần phải đưa hạt nhân uran đến lượng 1600 MeV mảnh phân chia bị kích thích không 30 – 40 MeV Đó vấn đề rộng lớn Để thực phản ứng đơn giản tiến hành điều chế hạt nhân nguyên tử nguyên tố có số thứ tự 114 126, đồng vị bền so với đồng vị đưa chúng chúng có lớp vỏ hạt nhân không bền 94 Pu  20 Cu  114  xn 96 Cr  16 Ar  114  xn Th  36 Kr  126  xn 90 107 [...]... truyền của actini vơi họ 235 U năm 1908 Han đã phát hiện ra đồng vị 228 Ac có tên gọi là mezothori 2-MsTh2 MsTh2 là sản phẩm phân rã β- của đồng vị radi nó là một nguyên tố của họ thori Ngoài hai đồng vị tự nhiên ra hiện nay đã tổng hợp được 18 đồng vị phóng xạ nhân tạo của actini có chu kỳ bán rã tương đối ngắn đồng vị sống lâu nhất trong đó là 235Ac có chu kỳ bán rã là 10 ngày Nó là sản phẩm phân rã của. .. định nguyên tử lượng, phổ khối về độ dịch chuyển các ion, người ta tiến hành dùng phân tích phổ và tra ronghen Phương pháp quang từ cho kết quả không đúng Trong những phát hiện sai lệch thì nó liên tục nhận các tên gọi là virgini và moldavi Trong các họ nguyên tố phóng xạ có thể hy vọng tạo thành nguyên tố thứ 87 khi phân rã α của đồng vị của nguyên tố thứ tự 89 hay phân rã β của đồng vị nguyên tố thứ... Acl cũng bị thăng hoa một phần cùng với nó Tách và điều chế franxi Đồng vị franxi là 227Fr nhận được do sự phân rã β- của 227Ac Từ những sơ đồ phân rã ở trên suy ra rằng cần phải tách franxi khỏi các đồng vị tho ri và radi, poloni, bismuth, chì và tali Những đồng vị sống lâu nhất đó là sản phẩm phân rã của actini AdAc(18,17 ngày) và sản phẩm phân rã α của radioactini 36 ... họ mô tả bức xạ này của prototini sau khi phát hiện ra nó vào năm 1918 Bức xạ α không phát hiện thấy ở đồng vị của actini-MsTh2 Không tìm ra phân rã β ở các đồng vị nguyên tố số thứ tự 86-radon,thoron và action Vào năm 1939 pier đã tìm ra nguyên tố số thứ tự 87 bằng phương pháp hóa học ông đã tách nó khỏi các sản phẩm phân rã của actini và gọi nó là franxi (Fr) với niềm viinh dự của quê hương ông: α... với thế của sezi Bán kính nguyên tử và ion của franxi tính toán được lớn hơn so với bán kính nguyên tử và ion tương ứng của franxi: Nguyên tố Li Na K RB Cs Fr Bán kính nguyên tử A0 1,55 1,89 2,36 2,48 2,68 2,77 Bán kính ion A0 0,68 0,98 1,33 1,49 1,65 1,81 Tính chất hóa học của franxi 35 Franxi là nguyên tố nhóm I của bảng hệ thống tuần hoàn là nguyên tố cuối của phân nhóm kim loại kiềm cấu hình nguyên. .. axit của quặng uran nó giải phóng khí phóng khí phóng xạ tức là nó chứa một nguyên tố phóng xạ mà ông gọi nó là iemani bằng cách đo chu kỳ bán rã của khí phóng xạ đó và khi đó nguyên tố giữ tên gọi là actini Năm 1911 sotdi đã viết về cutini như sau: nguyên tử lượng chưa biết thời gian sống trung bình chưa biết bức xạ chưa biết chất mẹ chưa biết nhưng về hình thức actini là một sản phẩm phân rã của uran. .. tất cả các quặng của uran với khối lượng 10-10g trên 1g uran 235 điều đó tương ứng với 0,15 mg trên một tấn quặng nhựa uran giàu Như một sản phẩm phân rã của uran 235 nó có trong đất đá núi đồi.Hàm lượng ở vỏ trái đất là 2.10-15%(khối lượng nguyên tử).228Ac như là một nguyên tố của họ thori nó có trong quặng của thori 1g thori tương ứng có 5.10-14g 228 Ac Tính chất vật lý của actini Actini là một kim... nhiên đã lâu và không thành công giống như sezi trong quặng của nó Người ta đã tiến hành các thí nghiệm tách sezi và nguyên tố số thứ tự 87 bằng cách kết tinh phân đoạn các clorua, sunfat và clopratinat, do trong dãy Li, Na, K, Rb, Cs, nguyên tố thứ 87 thì tính tan của các muối trên tăng dần Nghiên cứu phát hiện nguyên tố thứ 87 sau khi làm giàu hợp chất 33 sezi của nó bằng phương pháp kết tinh phân đoạn... thải sử lý quặng uran Khi phân tách phân tích hóa học thì nguyên tố phóng xạ này kết tủa cùng với các nguyên tố đất hiếm và thori bởi amoniac Hoạt độ phóng xạ đã ghi nhận một nguyên tố phóng xạ mới tên gọi là actini Diebern đã giả thiết rằng actini về tính chất giống với thori bởi vì những nguyên tố này khố phân chia Độc lập với Diebern vào năm 1902 Higien đã thấy rằng phần nguyên tố đất hiếm kết tủa... phân rã α của chúng Franxi trong tự nhiên Franxi có một lượng nhỏ trong tất cả các quặng của uran ( 1 nguyên tử franxi trên 7,7.1014 nguyên tử 235U hay trên 3.1018 nguyên tử uran tự nhiên) Ở lớp vỏ trái đất (1,6 km) theo tính toán chứa tất cả là 24,5 gam franxi Tính chất vật lý của franxi Tỉ trọng của franxi ở 200C là 2,48 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy của nó là 80C, nhiệt độ sôi là 6200C thế ion của nó là