|
Il existe également des restrictions sur l'existence de noyaux atomiques issus d'éléments super-lourds. Les éléments avec Z > 92 n'ont pas été trouvés dans des conditions naturelles. Les calculs utilisant le modèle de gouttelettes liquides prédisent la disparition de la barrière de fission pour les noyaux avec Z2/A ≈ 46 (environ l'élément 112). Dans le problème de la synthèse des noyaux super-lourds, deux problématiques doivent être distinguées.
- Quelles propriétés devraient avoir les noyaux super-lourds ? Y aura-t-il des nombres magiques dans cette région de Z et N. Quels sont les principaux canaux de désintégration et demi-vies des noyaux super-lourds ?
- Quelles réactions doivent être utilisées pour synthétiser des noyaux super-lourds, les types de noyaux bombardants, les valeurs de section efficace attendues, les énergies d'excitation attendues du noyau composé et les canaux de désexcitation ?
Étant donné que la formation de noyaux super-lourds résulte de la fusion complète du noyau cible et de la particule incidente, il est nécessaire de créer des modèles théoriques décrivant la dynamique du processus de fusion de deux noyaux en collision en un noyau composé.
Le problème de la synthèse d'éléments super-lourds est étroitement lié au fait que les noyaux avec Z,N = 8, 20, 28, 50, 82, N = 126 (nombres magiques) ont une stabilité accrue par rapport à divers modes de désintégration radioactive. Ce phénomène s'explique dans le cadre du modèle des coquilles : les nombres magiques correspondent aux coquilles remplies. Naturellement, la question se pose de l'existence des nombres magiques suivants dans Z et N. S'ils existent dans la région du diagramme N-Z des noyaux atomiques N > 150, Z > 101, des noyaux super-lourds devraient être observés avec des demi-vies augmentées, c'est-à-dire il doit y avoir une île de stabilité. Dans les travaux, basés sur des calculs effectués à l'aide du potentiel de Woods-Saxon prenant en compte l'interaction spin-orbite, il a été montré qu'il fallait s'attendre à une augmentation de la stabilité des noyaux pour un noyau avec Z = 114, c'est-à-dire le prochain une coquille de protons remplie correspond à Z = 114, une coquille de neutrons remplie correspond au nombre N ~
184. Les coques fermées peuvent augmenter considérablement la hauteur de la barrière de fission et, par conséquent, augmenter la durée de vie du noyau. Ainsi, dans cette région de noyaux (Z = 114, N ~
184), vous devriez chercher l’Île de Stabilité. Le même résultat a été obtenu indépendamment dans le travail.
Les noyaux avec Z = 101-109 ont été découverts avant 1986 et ont été nommés : 101 - Md (Menelevium), 102 - No (Nobelium), 103 - Lr (Lawrencium), 104 - Rf (Rutherfordium, 106 - Sg (Seaborgium), 107 - Ns (Nielsborium), 108 - Hs (Hassium), 109 - Mt (Meitnerium), Compte tenu des mérites des chercheurs de Doubna dans la découverte d'un grand nombre d'isotopes d'éléments lourds (102-105), en 1997, une décision de l'Assemblée Générale de Chimie Pure et Appliquée a été attribuée à l'élément avec Z = 105 le nom Dubnium (Db) a été attribué à cet élément auparavant Ha (Hannium).
Riz. 12.3. Chaînes de désintégration des isotopes Ds (Z = 110), Rg (Z = 111), Cn (Z = 112).
Une nouvelle étape dans l'étude des noyaux super-lourds a commencé en 1994, lorsque l'efficacité de l'enregistrement a été considérablement augmentée et la technique d'observation des noyaux super-lourds a été améliorée. En conséquence, les isotopes Ds (Z = 110), Rg (Z = 111) et Cn (Z = 112) ont été découverts.
Pour obtenir des noyaux super-lourds, des faisceaux accélérés de 50 Ti, 51 V, 58 Fe, 62 Ni, 64 Ni, 70 Zn et 82 Se ont été utilisés. Les isotopes 208 Pb et 209 Bi ont été utilisés comme cibles. Divers isotopes de l'élément 110 ont été synthétisés au Laboratoire des réactions nucléaires du nom. G.N. Flerov en utilisant la réaction 244 Pu(34 S,5n) 272 110 et au GSI (Darmstadt) dans la réaction 208 Pb(62 Ni,n) 269 110. Les isotopes 269 Ds, 271 Ds, 272 Rg et 277 Cn ont été enregistrés selon à leurs chaînes de désintégration (Fig. 12.3).
Les modèles théoriques jouent un rôle majeur dans la production d'éléments super-lourds, à l'aide desquels sont calculées les caractéristiques attendues des éléments chimiques et les réactions dans lesquelles ils peuvent se former.
Sur la base de divers modèles théoriques, les caractéristiques de désintégration des noyaux super-lourds ont été calculées. Les résultats d'un tel calcul sont présentés dans la Fig. 12.4. Les demi-vies des noyaux pairs et super-lourds sont données par rapport à la fission spontanée (a), à la désintégration α (b), à la désintégration β (c) et à tous les processus de désintégration possibles (d). Le noyau le plus stable par rapport à la fission spontanée (Fig. 12.4a) est le noyau avec Z = 114 et N = 184. Pour lui, la demi-vie par rapport à la fission spontanée est d'environ 10 à 16 ans. Pour les isotopes de l'élément 114 qui diffèrent du plus stable de 6 à 8 neutrons, les demi-vies diminuent de
10 à 15 ordres de grandeur. Les demi-vies relatives à la désintégration α sont présentées sur la figure. 12.5b. Le noyau le plus stable se situe dans la région Z = 114 et N = 184 (T 1/2 = 10 15 ans).
Les noyaux stables par rapport à la désintégration β sont représentés sur la Fig. 12,4 V avec points sombres. Sur la fig. La figure 12.4d montre les demi-vies totales, qui pour les noyaux pairs situés à l'intérieur du contour central sont d'environ 10,5 ans. Ainsi, après avoir pris en compte tous les types de désintégration, il s’avère que les noyaux situés au voisinage de Z = 110 et N = 184 forment un « îlot de stabilité ». Le noyau 294 110 a une demi-vie d'environ 10 9 ans. La différence entre la valeur de Z et le nombre magique 114 prédit par le modèle en coque est associée à la compétition entre la fission (par rapport à laquelle le noyau avec Z = 114 est le plus stable) et la désintégration α (par rapport à laquelle les noyaux avec Z inférieur sont les plus stables). écurie). Les noyaux pairs et impairs ont des demi-vies par rapport à
La désintégration α et la fission spontanée augmentent, et par rapport à la désintégration β, elles diminuent. Il convient de noter que les estimations ci-dessus dépendent fortement des paramètres utilisés dans les calculs et ne peuvent être considérées que comme des indications de la possibilité de l'existence de noyaux super-lourds ayant des durées de vie suffisamment longues pour leur détection expérimentale.
Riz. 12.4. Demi-vies calculées pour les noyaux pairs-pairs super-lourds (les chiffres représentent les demi-vies en années) :
a - concernant la fission spontanée, b - désintégration α, c - capture électronique et désintégration β, d - pour tous les processus de désintégration
Les résultats d'un autre calcul de la forme d'équilibre des noyaux super-lourds et de leurs demi-vies sont présentés sur la Fig. 12.5, 12.6. Sur la fig. La figure 12.5 montre la dépendance de l'énergie de déformation à l'équilibre sur le nombre de neutrons et de protons pour les noyaux avec Z = 104-120. L'énergie de déformation est définie comme la différence entre les énergies des noyaux à l'équilibre et sous forme sphérique. D’après ces données, il ressort clairement que dans les régions Z = 114 et N = 184, il devrait y avoir des noyaux ayant une forme sphérique dans l’état fondamental. Tous les noyaux super-lourds découverts à ce jour (ils sont représentés sur la figure 12.5 sous la forme de losanges sombres) sont déformés. Les diamants clairs montrent des noyaux stables par rapport à la désintégration β. Ces noyaux doivent se désintégrer par désintégration α ou fission. Le principal canal de désintégration devrait être la désintégration α.
Les demi-vies des isotopes pairs-pairs β-stables sont présentées sur la figure. 12.6. Selon ces prévisions, les demi-vies de la plupart des noyaux devraient être beaucoup plus longues que celles observées pour les noyaux super-lourds déjà découverts (0,1 à 1 ms). Par exemple, pour le noyau 292 Ds, une durée de vie d’environ 51 ans est prévue.
Ainsi, selon les calculs microscopiques modernes, la stabilité des noyaux super-lourds augmente fortement à mesure qu'ils se rapprochent du nombre magique des neutrons N = 184. Jusqu'à récemment, le seul isotope de l'élément Z = 112 Cn (copernicium) était l'isotope 277 Cn, qui a une demi-vie de 0,24 ms. L'isotope le plus lourd 283 Cn a été synthétisé dans la réaction de fusion froide 48 Ca + 238 U. La durée d'irradiation était de 25 jours. Le nombre total d'ions 48 Ca sur la cible est de 3,5·10 18. Deux cas ont été enregistrés qui ont été interprétés comme une fission spontanée de l'isotope résultant 283 Cn. La demi-vie estimée de ce nouvel isotope est T 1/2 = 81 s. Ainsi, il est clair qu'une augmentation du nombre de neutrons dans l'isotope 283 Cn par rapport à l'isotope 277 Cn de 6 unités augmente la durée de vie de 5 ordres de grandeur.
Sur la fig. 12.7 extraits des travaux, les périodes de désintégration α mesurées expérimentalement sont comparées aux résultats de calculs théoriques basés sur le modèle de goutte liquide sans prendre en compte la structure de la coque des noyaux. On peut constater que pour tous les noyaux lourds, à l’exception des isotopes légers de l’uranium, les effets d’enveloppe augmentent la demi-vie de 2 à 5 ordres de grandeur pour la plupart des noyaux. La structure de la coque du noyau a une influence encore plus forte sur les demi-vies de fission relativement spontanée. L'augmentation de la demi-vie des isotopes Pu est de plusieurs ordres de grandeur et augmente pour l'isotope 260 Sg.
Riz. 12.7. Demi-vies mesurées expérimentalement (• exp) et calculées théoriquement (○ Y) des éléments transuraniens sur la base du modèle de la goutte liquide sans prendre en compte la structure de l'enveloppe du noyau. L’image du haut représente la demi-vie de la désintégration α, celle du bas représente la demi-vie de la fission spontanée. Sur la fig. La figure 12.8 montre la durée de vie mesurée des isotopes du seaborgium Sg (Z = 106) en comparaison avec les prédictions de divers modèles théoriques. Il convient de noter la diminution de la durée de vie de l'isotope avec N = 164 de presque un ordre de grandeur par rapport à la durée de vie de l'isotope avec N = 162.
L'approche la plus proche de l'îlot de stabilité peut être obtenue dans la réaction 76 Ge + 208 Pb. Un noyau super-lourd, presque sphérique, peut être formé lors d’une réaction de fusion suivie de l’émission de quanta γ ou d’un seul neutron. Selon les estimations, le noyau 284 114 résultant devrait se désintégrer avec l'émission de particules α avec une demi-vie d'environ 1 ms. Des informations supplémentaires sur l'occupation de la coquille dans la région N = 162 peuvent être obtenues en étudiant les désintégrations α des noyaux 271 Hs et 267 Sg. Des demi-vies de 1 min sont prévues pour ces noyaux. et 1 heure. Pour les noyaux 263 Sg, 262 Bh, 205 Hs, 271,273 Ds, une isomérie est attendue, dont la raison est le remplissage des sous-couches avec j = 1/2 et j = 13/2 dans la région N = 162 pour les noyaux déformés dans le état fondamental.
Sur la fig. La figure 12.9 montre les fonctions d'excitation mesurées expérimentalement pour la réaction de formation des éléments Rf (Z = 104) et Hs (Z = 108) pour les réactions de fusion des ions incidents 50 Ti et 56 Fe avec le noyau cible 208 Pb.
Le noyau composé résultant est refroidi par l’émission d’un ou deux neutrons. Les informations sur les fonctions d'excitation des réactions de fusion d'ions lourds sont particulièrement importantes pour l'obtention de noyaux super-lourds. Dans la réaction de fusion d’ions lourds, il est nécessaire d’équilibrer précisément les effets des forces coulombiennes et des forces de tension superficielle. Si l'énergie de l'ion incident n'est pas suffisamment élevée, alors la distance d'approche minimale ne sera pas suffisante pour la fusion du système nucléaire binaire. Si l’énergie de la particule incidente est trop élevée, le système résultant aura une énergie d’excitation élevée et se désintégrera très probablement en fragments. Une fusion efficace se produit dans une plage d’énergie plutôt étroite des particules en collision.
Figure 12.10. Diagramme des potentiels de fusion du 64 Ni et du 208 Pb.
Les réactions de fusion avec émission d'un nombre minimum de neutrons (1-2) sont particulièrement intéressantes, car dans les noyaux super-lourds synthétisés, il est souhaitable d’avoir le rapport N/Z le plus grand possible. Sur la fig. La figure 12.10 montre le potentiel de fusion des noyaux dans la réaction 64 Ni + 208 Pb → 272 Ds. Les estimations les plus simples montrent que la probabilité de l'effet tunnel pour la fusion nucléaire est d'environ 10 à 21, ce qui est nettement inférieur à la valeur de section efficace observée. Cela peut s’expliquer comme suit. A une distance de 14 fm entre les centres des noyaux, l'énergie cinétique initiale de 236,2 MeV est entièrement compensée par le potentiel coulombien. A cette distance, seuls les nucléons situés à la surface du noyau sont en contact. L'énergie de ces nucléons est faible. Par conséquent, il existe une forte probabilité que des nucléons ou des paires de nucléons quittent les orbitales d'un noyau et se déplacent vers les états libres du noyau partenaire. Le transfert de nucléons d'un noyau incident vers un noyau cible est particulièrement intéressant dans le cas où l'isotope de plomb doublement magique 208 Pb est utilisé comme cible. Dans 208 Pb, la sous-couche de protons h 11/2 et les sous-couches de neutrons h 9/2 et i 13/2 sont remplies. Initialement, le transfert de protons est stimulé par les forces d'attraction proton-proton, et après avoir rempli la sous-couche h 9/2, par les forces d'attraction proton-neutron. De même, les neutrons se déplacent dans la sous-couche libre i 11/2, attirés par les neutrons de la sous-couche déjà remplie i 13/2. En raison de l'énergie d'appariement et des moments angulaires orbitaux importants, le transfert d'une paire de nucléons est plus probable que le transfert d'un seul nucléon. Après le transfert de deux protons de 64 Ni 208 Pb, la barrière coulombienne diminue de 14 MeV, ce qui favorise un contact plus étroit des ions en interaction et la poursuite du processus de transfert de nucléons.
Dans les travaux de [V.V. Volkov. Réactions nucléaires de transferts profondément inélastiques. M. Energoizdat, 1982 ; V.V. Volkov. Izv. Académie des sciences de l'URSS, série physique, 1986, vol. 1879], le mécanisme de la réaction de fusion a été étudié en détail. Il est montré que dès l'étape de capture, un double système nucléaire se forme après la dissipation complète de l'énergie cinétique de la particule incidente et les nucléons de l'un des noyaux sont progressivement transférés, coque par coque, vers l'autre noyau. Autrement dit, la structure en coque des noyaux joue un rôle important dans la formation du noyau composé. Sur la base de ce modèle, il a été possible de décrire assez bien l'énergie d'excitation des noyaux composés et la section efficace de formation des éléments Z = 102-112 dans les réactions de fusion froide.
Ainsi, les progrès dans la synthèse des éléments transuraniens Z = 107-112 ont été associés à la « découverte » de réactions de fusion froide dans lesquelles les isotopes magiques 208 Pb et 209 Bi étaient irradiés avec des ions avec Z = 22-30. Le noyau formé lors de la réaction de fusion froide est faiblement chauffé et refroidit à la suite de l'émission d'un neutron. C'est ainsi que des isotopes d'éléments chimiques avec Z = 107-112 ont été obtenus pour la première fois. Ces éléments chimiques ont été obtenus entre 1978 et 1998. en Allemagne dans un accélérateur spécialement construit au centre de recherche GSI de Darmstadt. Cependant, la poursuite des progrès vers des noyaux plus lourds à l’aide de cette méthode s’avère difficile en raison de l’augmentation de la barrière potentielle entre les noyaux en collision. Par conséquent, une autre méthode de production de noyaux super-lourds a été mise en œuvre à Doubna. Les isotopes les plus lourds des éléments chimiques obtenus artificiellement plutonium Pu (Z = 94), américium Am (Z = 95), curium Cm (Z = 96), berkelium Bk (Z = 97) et californium Cf (Z = 98) ont été utilisés. comme cibles. L'isotope du calcium 48 Ca (Z = 20) a été choisi comme ions accélérés. Une vue schématique du séparateur et du détecteur de noyaux de recul est présentée sur la Fig. 12.11.
Riz. 12.11. Vue schématique du séparateur de noyaux de recul, où sont menées à Doubna des expériences sur la synthèse d'éléments super-lourds.
Le séparateur magnétique des noyaux de recul réduit le bruit de fond des sous-produits de réaction de 10 5 à 10 7 fois. Les produits de réaction ont été enregistrés à l'aide d'un détecteur au silicium sensible à la position. L'énergie, les coordonnées et le temps de vol des noyaux de recul ont été mesurés. Après l'arrêt, tous les signaux ultérieurs provenant des particules de désintégration détectées doivent provenir du point d'arrêt du noyau implanté. La technique créée a permis d'établir avec un haut degré de fiabilité (≈ 100 %) une connexion entre un noyau super-lourd arrêté dans le détecteur et ses produits de désintégration. Grâce à cette technique, des éléments super-lourds avec
Z = 110-118 (tableau 12.2).
Le tableau 12.2 montre les caractéristiques des éléments chimiques super-lourds avec Z = 110-118 : nombre de masse A, m - présence d'un état isomère dans un isotope de nombre de masse A, parité de spin JP, énergie de liaison nucléaire Est, énergie de liaison spécifique ε, énergies de séparation des neutrons B n et du proton B p , demi-vie T 1/2 et principaux canaux de désintégration.
Les éléments chimiques Z > 112 n'ont pas encore de noms et sont donnés dans des notations internationales acceptées.
Tableau 12.2
Caractéristiques des éléments chimiques super-lourds Z = 110-118
| XX-A-m |
J.P. |
Poids
graines,
MeV |
HNE,
MeV |
ε,
MeV |
Bn,
MeV |
Bp,
MeV |
T1/2 |
Modes de désintégration |
|---|
| Z = 110 − Darmstadtium |
|---|
| DS-267 |
|
248787.19
|
1934.5
|
7.2
|
|
0.7
|
2,8 c.a. |
α ≈100% |
| DS-268 |
0 +
|
249718.08
|
1943.2
|
7.3
|
8.7
|
1.3
|
100 acres |
α
≈
|
| DS-269 |
|
250650.86
|
1950.0
|
7.2
|
6.8
|
1.3
|
179 ac |
α 100 % |
| DS-270 |
0 +
|
251581.97
|
1958.4
|
7.3
|
8.5
|
|
0,10 ms |
α ≈100 %, SF< 0.20%
|
| DS-270-m |
|
251583.07
|
1957.3
|
7.2
|
|
|
6,0 ms |
α >70%, IT ≤ 30% |
| DS-271 |
|
252514.72
|
1965.2
|
7.3
|
6.8
|
2.2
|
1,63 ms |
α ≈100% |
| DS-271-m |
|
252514.72
|
1965.2
|
7.3
|
|
|
69 ms |
IL ?, α >0 % |
| DS-272 |
0 +
|
253446.46
|
1973.1
|
7.3
|
7.8
|
2.5
|
1 s |
SF |
| DS-273 |
|
254380.32
|
1978.8
|
7.2
|
5.7
|
2.5
|
0,17 ms |
α ≈100% |
| DS-274 |
0 +
|
255312.45
|
1986.2
|
7.2
|
7.4
|
3.0
|
2 s |
α?,
SF ? |
| DS-275 |
|
256246.44
|
1991.8
|
7.2
|
5.6
|
2.9
|
2 s |
α?
|
| DS-276 |
0 +
|
257178.73
|
1999.1
|
7.2
|
7.3
|
3.2
|
5 s |
SF ?,
α?
|
| DS-277 |
|
258112.63
|
2004.7
|
7.2
|
5.7
|
3.1
|
5 s |
α?
|
| DS-278 |
0 +
|
259044.92
|
2012.0
|
7.2
|
7.3
|
|
10 s |
SF ?,
α?
|
| DS-279 |
|
259978.62
|
2017.9
|
7.2
|
5.9
|
|
0,18 s |
SF ≈90%,
α ≈10% |
| DS-281 |
|
261844.60
|
2031.0
|
7.2
|
|
|
9,6 s |
SF ≈100% |
| Z = 111 − roentgénium |
|---|
| Rg-272 |
|
253452.75
|
1965.5
|
7.2
|
|
0.2
|
3,8 ms |
α ≈100% |
| Rg-273 |
|
254384.34
|
1973.5
|
7.2
|
8.0
|
0.4
|
5 ms |
α?
|
| Rg-274 |
|
255317.74
|
1979.6
|
7.2
|
6.2
|
0.9
|
6,4 ms |
α ≈100% |
| Rg-275 |
|
256249.53
|
1987.4
|
7.2
|
7.8
|
1.2
|
10 ms |
α?
|
| Rg-276 |
|
257183.22
|
1993.3
|
7.2
|
5.9
|
1.5
|
100 ms |
SF ?,
α?
|
| Rg-277 |
|
258115.72
|
2000.4
|
7.2
|
7.1
|
1.3
|
1 s |
α?,
SF ? |
| Rg-278 |
|
259049.11
|
2006.5
|
7.2
|
6.2
|
1.8
|
4,2 ms |
α ≈100%,
SF |
| Rg-279 |
|
259981.41
|
2013.8
|
7.2
|
7.3
|
1.8
|
0,17 s |
α ≈100% |
| Rg-280 |
|
260914.80
|
2020.0
|
7.2
|
6.2
|
2.1
|
3,6 s |
α ≈100% |
| Rg-281 |
|
261847.09
|
2027.2
|
7.2
|
7.3
|
|
1 m |
α?, SF? |
| Rg-282 |
|
262780.59
|
2033.3
|
7.2
|
6.1
|
2.3
|
4 m |
SF?, α? |
| Rg-283 |
|
263712.98
|
2040.5
|
7.2
|
7.2
|
|
10 m |
SF?, α? |
| Z = 112 − copernicium |
|---|
| CN-277 |
|
258119.32
|
1995.5
|
7.2
|
|
2.2
|
0,69 ms |
α ≈100% |
| CN-278 |
0 +
|
259051.20
|
2003.1
|
7.2
|
7.7
|
2.8
|
10 ms |
SF?, α? |
| CN-279 |
|
259984.69
|
2009.2
|
7.2
|
6.1
|
2.7
|
0,1 s |
SF?, α? |
| CN-280 |
0 +
|
260916.69
|
2016.8
|
7.2
|
7.6
|
3.0
|
1 s |
α?, SF? |
| CN-282 |
0 +
|
262782.18
|
2030.4
|
7.2
|
|
3.2
|
0,50 ms |
SF ≈100% |
| CN-283 |
|
263715.57
|
2036.6
|
7.2
|
6.2
|
3.3
|
4,0 s |
α ≥90 %, SF ≤10 % |
| CN-284 |
0 +
|
264647.66
|
2044.1
|
7.2
|
7.5
|
3.6
|
101 ms |
SF ≈100% |
| CN-285 |
|
265580.76
|
2050.5
|
7.2
|
6.5
|
|
34 s |
α ≈100% |
| Z=113 |
|---|
| Uut-278 |
|
|
|
|
|
|
0,24 ms |
α 100 % |
| Uut-283 |
|
263719.46
|
2031.4
|
7.2
|
|
1.0
|
100 ms |
α 100 % |
| Uut-284 |
|
264652.45
|
2038.0
|
7.2
|
6.6
|
1.4
|
0,48 s |
α ≈100% |
| Uut-285 |
|
265584.55
|
2045.5
|
7.2
|
7.5
|
1.4
|
2 m |
α?, SF? |
| Uut-286 |
|
266517.64
|
2051.9
|
7.2
|
6.5
|
1.4
|
5 m |
α?, SF? |
| Uut-287 |
|
267449.64
|
2059.5
|
7.2
|
7.6
|
|
20 m |
α?, SF? |
| Z=114 |
|---|
| Uuq-286 |
0 +
|
266520.33
|
2048.0
|
7.2
|
|
2.5
|
0,16 s |
SF ≈60 %, α ≈40 % |
| Uuq-287 |
|
267453.42
|
2054.4
|
7.2
|
6.5
|
2.5
|
0,51 s |
α ≈100% |
| Uuq-288 |
0 +
|
268385.02
|
2062.4
|
7.2
|
8.0
|
2.9
|
0,80 s |
α ≈100% |
| Uuq-289 |
|
269317.91
|
2069.1
|
7.2
|
6.7
|
|
2,7 s |
α ≈100% |
| Z=115 |
|---|
| Uup-287 |
|
267458.11
|
2048.4
|
7.1
|
|
0.5
|
32 ms |
α 100 % |
| Uup-288 |
|
268390.81
|
2055.3
|
7.1
|
6.9
|
0.9
|
87 ms |
α 100 % |
| Uup-289 |
|
269322.50
|
2063.2
|
7.1
|
7.9
|
0.8
|
10 s |
SF?, α? |
| Uup-290 |
|
270255.30
|
2070.0
|
7.1
|
6.8
|
0.9
|
10 s |
SF?, α? |
| Uup-291 |
|
271187.09
|
2077.7
|
7.1
|
7.8
|
|
1 m |
α?, SF? |
| Z=116 |
|---|
| Euh-290 |
0 +
|
270258.98
|
2065.0
|
7.1
|
|
1.8
|
15 ms |
α ≈100% |
| Euh-291 |
|
271191.78
|
2071.7
|
7.1
|
6.8
|
1.8
|
6,3 ms |
α 100 % |
| Euh-292 |
0 +
|
272123.07
|
2080.0
|
7.1
|
8.3
|
2.3
|
18 ms |
α ≈100% |
| Euh-293 |
|
|
|
|
|
|
53 ms |
α ≈100% |
| Z=117 |
|---|
| Uus-291 |
|
271197.37
|
2064.9
|
7.1
|
|
-0.1
|
10 ms |
SF?, α? |
| Uus-292 |
|
272129.76
|
2072.0
|
7.1
|
7.2
|
0.3
|
50 ms |
SF?, α? |
| Z=118 |
|---|
| Uuo-294 |
0 +
|
|
|
|
|
|
1,8 ms |
α ≈100% |
Sur la fig. La figure 12.12 montre tous les isotopes les plus lourds connus avec Z = 110-118 obtenus dans des réactions de synthèse, indiquant la demi-vie mesurée expérimentalement. La position théoriquement prévue de l'îlot de stabilité est également indiquée ici (Z = 114, N = 184).
Riz. 12.12. Diagramme N-Z des éléments Z = 110-118.
Les résultats obtenus indiquent clairement une augmentation de la stabilité des isotopes à mesure qu'ils se rapprochent du noyau doublement magique (Z = 114, N = 184). L'ajout de 7 à 8 neutrons aux noyaux avec Z = 110 et 112 augmente la demi-vie de 2,8 as (Ds-267) à ≈ 10 s (Ds-168, Ds 271). La demi-vie T 1/2 (272 Rg, 273 Rg) ≈ 4–5 ms augmente jusqu'à T 1/2 (283 Rg) ≈ 10 min. Les isotopes les plus lourds des éléments Z = 110-112 contiennent ≈ 170 neutrons, ce qui est encore loin du nombre magique N = 184. Tous les isotopes les plus lourds avec Z > 111 et N > 172 se désintègrent principalement en conséquence.
Désintégration α, fission spontanée - une désintégration plus rare. Ces résultats sont en bon accord avec les prédictions théoriques.
Au Laboratoire des Réactions Nucléaires du nom. G.N. Flerov (Dubna) a synthétisé un élément avec Z = 114. La réaction a été utilisée
L'identification du noyau 289 114 a été réalisée à l'aide d'une chaîne de désintégrations α. Évaluation expérimentale de la demi-vie de l'isotope 289 114 ~30 s. Le résultat obtenu est en bon accord avec les calculs effectués précédemment.
Lors de la synthèse de l'élément 114 dans la réaction 48 Cu + 244 Pu, le rendement maximal en isotopes avec Z = 114 a été observé dans le canal avec l'évaporation de trois neutrons. Dans ce cas, l'énergie d'excitation du noyau composé 289 114 était de 35 MeV.
La séquence théoriquement prédite des désintégrations se produisant avec le noyau 296 116 formé lors de la réaction 248 Cm + 48 Ca → 296 116 est illustrée à la Fig. 12.13.
Riz. 12.13. Diagramme de désintégration nucléaire 296 116.
L'isotope 296 116 se refroidit suite à l'émission de quatre neutrons et se transforme en isotope 292 116, qui ensuite, avec une probabilité de 5 %, à la suite de deux captures électroniques consécutives, se transforme en isotope 292 114. En conséquence de la désintégration α (T 1/2 = 85 jours ), l'isotope 292 114 se transforme en isotope 288 112. La formation de l'isotope 288 112 se produit également par le canal
Le noyau final 288 112 issu des deux chaînes a une demi-vie d'environ 1 heure et se désintègre par fission spontanée. Avec une probabilité d'environ 10 %, à la suite de la désintégration α de l'isotope 288 114, l'isotope 284 112 peut être formé. Les périodes et canaux de désintégration ci-dessus ont été obtenus par calcul.
Sur la fig. La figure 12.14 montre une chaîne de désintégrations α successives de l'isotope 288115, mesurées lors d'expériences à Doubna. ER est l'énergie du noyau de recul implanté dans un détecteur au silicium sensible à la position. On peut noter un bon accord dans les demi-vies et les énergies des désintégrations α dans les trois expériences, ce qui indique la fiabilité de la méthode d'identification des éléments super-lourds à l'aide de mesures des spectres des particules α.
Riz. 12.14. Une chaîne de désintégrations α successives de l'isotope 288115, mesurée lors d'expériences à Doubna.
L'élément le plus lourd produit en laboratoire avec Z = 118 a été synthétisé dans la réaction
48 Ca + 249 Cf → 294 118 + 3n.
Aux énergies ioniques proches de la barrière coulombienne, trois cas de formation de l'élément 118 ont été observés. 294 118 noyaux ont été implantés dans un détecteur au silicium et une chaîne de désintégrations α successives a été observée. La section transversale pour la formation de l'élément 118 était d'environ 2 picobarns. La demi-vie de l'isotope 293118 est de 120 ms.
Sur la fig. La figure 12.15 montre une chaîne théoriquement calculée de désintégrations α successives de l'isotope 293 118 et montre les demi-vies des noyaux filles formés à la suite des désintégrations α.
Riz. 12h15. Une chaîne de désintégrations α successives de l'isotope 293 118.
Les durées de vie moyennes des noyaux filles formés à la suite de désintégrations α sont indiquées.
Lors de l'analyse des différentes possibilités de formation d'éléments super-lourds lors de réactions avec des ions lourds, les circonstances suivantes doivent être prises en compte.
- Il est nécessaire de créer un noyau avec un rapport nombre de neutrons/nombre de protons suffisamment grand. Par conséquent, les ions lourds avec un N/Z élevé doivent être choisis comme particule incidente.
- Il est nécessaire que le noyau composé résultant ait une faible énergie d'excitation et un petit moment cinétique, sinon la hauteur effective de la barrière de fission diminuera.
- Il est nécessaire que le noyau résultant ait une forme proche de la sphérique, car même une légère déformation entraînera une fission rapide du noyau super-lourd.
Une méthode très prometteuse pour produire des noyaux super-lourds sont les réactions telles que 238 U + 238 U, 238 U + 248 Cm, 238 U + 249 Cf, 238 U + 254 Es. Sur la fig. La figure 12.16 montre les sections efficaces estimées pour la formation d'éléments transuraniens lors de l'irradiation de cibles de 248 Cm, 249 Cf et 254 Es avec des ions 238 U accélérés. Dans ces réactions, les premiers résultats sur les sections efficaces de formation d'éléments avec Z > 100 ont déjà été obtenus. Pour augmenter les rendements des réactions étudiées, les épaisseurs cibles ont été choisies de manière à ce que les produits de réaction restent en place. la cible. Après irradiation, les éléments chimiques individuels ont été séparés de la cible. Des produits de désintégration α et des fragments de fission ont été enregistrés dans les échantillons obtenus sur plusieurs mois. Les données obtenues à l'aide d'ions uranium accélérés indiquent clairement une augmentation du rendement en éléments transuraniens lourds par rapport aux ions de bombardement plus légers. Ce fait est extrêmement important pour résoudre le problème de la fusion des noyaux super-lourds. Malgré les difficultés liées au travail avec des objectifs appropriés, les prévisions de progrès vers un Z élevé semblent plutôt optimistes.
Riz. 12.16. Estimations des sections efficaces de formation d'éléments transuraniens dans les réactions du 238 U avec 248 Cm, 249 Cf et 254 Es
Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des noyaux super-lourds ont été incroyablement impressionnants. Cependant, toutes les tentatives pour découvrir l’Île de Stabilité ont jusqu’à présent échoué. Sa recherche se poursuit intensivement.
La structure en coque des noyaux atomiques joue un rôle important dans l’augmentation de la stabilité des noyaux super-lourds. Les nombres magiques Z ≈ 114 et N ≈ 184, s'ils existent réellement, peuvent conduire à une augmentation significative de la stabilité des noyaux atomiques. Il est également significatif que la désintégration des noyaux super-lourds se produise à la suite de la désintégration α, ce qui est important pour le développement de méthodes expérimentales de détection et d'identification de nouveaux noyaux super-lourds.
|
L’« ère chimique » de la chimiothérapie a commencé avec le développement de
industrie manufacturière. Analyse brillante
Marx et Lénine nous montrent comment le processus s'est déroulé
développement du capitalisme dans l’industrie : de la simple coopération
travail par l'industrie manufacturière (aux XVIe-VIIe siècles)
à la fin du XVIIIe et au début du XIXe siècle, elle est passée au capitalisme
usine, c’est-à-dire production de machines à grande échelle.
Le travail manuel a été remplacé par le travail mécanique.
Machines à vapeur, développement du transport ferroviaire et fluvial
transport à vapeur, filature mécanique, nouvelles méthodes
la fonte et l'acier - tout cela a provoqué une révolution dans l'industrie.
L’ère de la révolution industrielle est arrivée.
La science chimique pouvait à peine répondre aux exigences de la science mécanique
industrie. Dans le domaine de la théorie, cette science a fait
un grand pas en avant au milieu du XVIIIe siècle.
Les bases de la chimie scientifique et de la thermodynamique ont été posées par notre
célèbre compatriote Lomonossov.
En 1748, dans une célèbre lettre au mathématicien Euler, membre de l'Académie russe des sciences, Lomonossov formule pour la première fois
la loi de constance de la matière et du mouvement. Lui
appartient au deuxième mérite le plus important : il a promu
l'idée de la nécessité d'étudier le problème de l'atome et
structure moléculaire de la matière, car le
propriétés de tous les corps, leur nature chimique et physique.
≪ ...Chimie », a écrit Lomonossov dans sa Parole sur les bienfaits de la chimie,
Le premier leader sera de révéler l'intérieur
salles de corps, les premiers à pénétrer dans les cachettes intérieures
corps, le premier vous permettra de faire connaissance avec les parties du corps et ≫ .
≪ La chimie s'étend largement aux affaires humaines
≫ - avec ce mot, il a terminé l'une des sections de ce
≪Mots≫. ≪ La naissance continue et la destruction des corps suffisent
parle avec éloquence du mouvement d'un corpuscule≫, écrit
mort, mouvement dans les plantes - vivant et mort, dans les minéraux
ou dans l'inorganique, donc en tout≫.
La mécanisation de la production de tissage a créé le besoin
révolutions dans la mécanique et la chimie de l’impression et de la teinture en calicot
entreprise, la transformation des métaux, leur durcissement nécessaire
intervention profonde d'éléments chimiques dans le processus
Sans aucun doute, les principales réalisations de la chimie moderne
la science doit à trois brillants chimistes russes - Nikolaï
À Nikolaïevitch Zinine, Alexandre Mikhaïlovitch Butlerov Ier
Dmitri Ivanovitch Mendeleev.
Professeur de l'Université de Kazan N. N. Zinin en 1841
obtenu par synthèse chimique à partir d'un composé cyclique
la nitrobenzène aniline est le produit de départ à partir duquel
Par transformation, des dizaines de colorants différents sont obtenus.
Avant cela, les peintures étaient préparées à partir de produits végétaux.
Zinin est à juste titre considéré comme le père de ce qu'on appelle
chimie synthétique.
Si Zinin n'avait fait que transformer
nitrobenzène en aniline, alors son nom aurait été inclus dans
l'histoire des sciences comme nom du plus grand chimiste. Synthèse d'aniline
a ouvert une nouvelle ère dans les industries chimiques et médicinales.
En traitant l'aniline avec de l'acide chlorhydrique, de l'alcool méthylique,
phosgène et autres réactifs, vous pouvez obtenir très
un grand nombre de colorants pour tissus. Plus de deux cents colorants
produit par l'industrie chimique soviétique à partir de
aniline incolore. L'aniline est utilisée dans la production
films, ainsi que des révélateurs pour films couleur. De l'aniline
produit une substance qui accélère le processus de vulcanisation
caoutchouc. Plus d'une centaine de médicaments fabriqués
actuellement, y compris le streptocide et les sulfamides,
sont des dérivés de l'aniline.
Au XVIIIe siècle, l’esprit clair de Lomonossov avait prévu l’importance
chimie pour la médecine : ≪ Médecin sans connaissances suffisantes en chimie
ne peut pas être parfait...≫ ; ≪ l'espoir des seuls produits chimiques
possible de corriger les lacunes de la science médicale...≫ .
Le successeur de Zinine, A.M. Butlerov, a fait une révolution
la doctrine de la structure des composés chimiques organiques.
Convaincu de la réalité des atomes, Butlerov s'est fixé pour objectif
exprimer les liaisons chimiques entre atomes dans des formules précises,
former une molécule d’un composé organique. Butlerov
croyait qu'il était possible de découvrir la structure des molécules en utilisant
méthodes physiques et par transformations chimiques.
Suivant cette voie, il développa sa théorie de la chimie
structure des composés organiques. Après des expériences persistantes
avec des alcools butyliques, Butlerov a établi que l'un et l'autre
le même nombre de certains atomes (par exemple, le carbone,
l'hydrogène et l'oxygène), qui sont en chaîne,
peut produire différents produits et quelles sont les propriétés du résultat
les produits chimiques dépendent de l'ordre dans lequel ils seront
les éléments sont connectés les uns aux autres. Il a augmenté comme un nombre
combinaisons possibles dans la synthèse de nouvelles substances chimiques,
et le nombre de médicaments reçus
par synthèse chimique.
La plus grande découverte du XIXe siècle est la loi périodique
Mendeleïev - . conduit à l'instauration d'un ordre strict et
modèles parmi les éléments chimiques. La mesure de cela
le poids atomique est devenu un modèle. De nombreux médicaments de chimiothérapie
dans le passé ont été découverts par hasard. Mais la science est l’ennemie du hasard.
Au fur et à mesure que les connaissances scientifiques progressaient, beaucoup de choses qui semblaient mystérieuses
et incompréhensible, est devenu clair et naturel.
La loi périodique de Mendeleïev place tout produit chimique
la science et, en particulier, la chimiothérapie, sur une base scientifique solide.
« Avant la loi périodique », écrivait Mendeleïev, « . simple
les corps ne représentaient que des phénomènes fragmentaires et aléatoires
nature : il n'y avait aucune raison d'en attendre de nouvelles, mais encore une fois
trouvés dans leurs propriétés étaient une nouveauté totalement inattendue.
La légalité périodique a été la première à permettre
voir des éléments qui n'ont pas encore été découverts à une distance telle qu'il n'est pas possible de
vision chimique armée de ce modèle jusqu'à ce que
les pores n'ont pas atteint, et en même temps de nouveaux éléments, découverts précédemment,
ont été dessinés avec toute une série de propriétés≫ 1.
Il n’est pas étonnant qu’Engels ait caractérisé la prospective scientifique
Mendeleïev comme une prouesse scientifique. C'était vraiment exceptionnel
une victoire pour la science des phénomènes chimiques, une victoire qui a permis
l'humanité doit emprunter un chemin de libération durable
du pouvoir du hasard et de l'assujettissement des forces de la nature. Périodique
Le système périodique a permis de retrouver un ensemble
un groupe d'éléments chimiques proches les uns des autres, utiles
pour le traitement de nombreuses maladies (arsenic, mercure, antimoine).
Ces éléments sont apparus aux scientifiques à la fin du XIXème siècle comme
serait une mine d'or. Dans le même temps, les scientifiques ont pleinement utilisé
Le principe de synthèse chimique de Zinin et les combinaisons de Butlerov
dans la disposition des atomes et des molécules.
Parmi les scientifiques médicaux engagés dans la production de produits synthétiques
drogues, le plus grand succès revient à Ehrlich.
La vie entière d'Ehrlich a été consacrée à la mise en œuvre persistante
une idée - obtenue par un composé chimique
sans nuire au corps.
Il est important de souligner que cette idée a été exprimée en 1891
fondateur de la chimiothérapie D. L. Romanovsky. Il a écrit,
ce qu'il considère comme un médicament idéal ≪ une substance qui
l'injection dans un corps malade causera le moins de dommages
ce dernier et provoquera le changement le plus destructeur dans
agent dommageable≫. Romanovsky a anticipé l'idée d'Earley
ha à propos des « balles magiques » qui frappent facilement les ennemis. Romanovsky
fut le premier à établir, sur la base d'observations précises,
la loi la plus importante de la chimiothérapie est le mécanisme d'action direct
médecine chimique contre l'agent causal de la maladie.
≪ Quinine, lorsqu'elle est introduite dans le corps d'un patient atteint de paludisme en quantité suffisante
changements destructeurs facilement observables, principalement
image - son cœur, pourquoi ce remède devrait être considéré comme vrai
médicament spécifique contre le paludisme≫.
se reflète la spécificité de ce remède contre le paludisme - la véritable spécificité de l'action sur l'essence même de la maladie,
Romanovsky fut le premier à soulever la question de ≪ l'action radicale
≫ médicaments de chimiothérapie contre les agents pathogènes ou, comme il le dit,
maladie des ≪ producteurs≫. Il était donc l'initiateur
des idées pour une excellente thérapie stérilisante.
Si la quinine existe dans la nature, raisonné après
pour le corps humain, alors il doit y en avoir d'autres
substances similaires qui peuvent être utilisées pour vaincre d’autres maladies.
À la fin du XIXe siècle, la science chimique poursuit son
procession triomphale commencée par Lomonossov et achevée
Zinine, Butlerov et Mendeleev.
Les magazines étaient remplis de nouveautés et d'intéressants
rapports sur la conquête de la chimie.
Cependant, par où commencer ? Quelle substance parmi les centaines déjà obtenues
chimiquement peut être utilisé pour la synthèse
chimiothérapie?
Alors qu'il était encore étudiant, Ehrlich répéta l'expérience bien connue
Le professeur Geibel de Kyiv, qui l'a prouvé lorsque
En cas d'intoxication au plomb, ce métal est inégalement réparti
dans le corps : dans certains organes, le plomb s'accumule de manière notable
quantités, mais il ne peut pas être détecté dans un cadavre, même avec les plus beaux
réactifs. Cela signifie que les substances chimiques ont
une action sélective, décida Ehrlich.
Cependant, Ehrlich a abandonné les expériences avec le plomb, car
Aux yeux, les cellules empoisonnées n’étaient pas différentes des cellules saines.
Il a opté pour la peinture au bleu de méthylène parce qu'elle
sera plus pratique pour l'observation et a suggéré de traiter le paludisme
bleu de méthylène. Ce traitement a donné quelques résultats.
Ehrlich en fut encouragé et commença à étendre ses expériences.
feuille étroite avec une queue et évocatrice de chevaux
souris et leur a causé une maladie mortelle.
Erlich s'est assis dans le laboratoire et a commencé à vérifier les peintures pour
souris infectées. C'était peut-être une manière simplifiée,
mais ce furent les premiers pas de la chimiothérapie scientifique. Difficile
établir immédiatement quelle peinture est dans des conditions animales
Une peinture rendait les souris en chenille, une autre les rendait jaunes et
les trypanosomes à queue flottaient encore dans la circulation sanguine
des souris et les tua. Rien n'est sorti avec les peintures.
Dans les sciences naturelles, des « grains d’or de vérité » naissent
à partir de ≪ milliers de tonnes de minerai traité≫. Il vous suffit de l'ouvrir
n'importe quel remède, et ensuite le pharmacien le démembrera, ajoutera
acide ou alcali, combiner avec des réactifs, déterminer la valeur atomique
poids, je le testerai sur des animaux malades, puis sur des humains...
Et puis dans le tableau des médicaments de chimiothérapie thérapeutique apparaît
un nouveau remède salvateur.
Il était difficile de parvenir à une chimiothérapie rationnelle.
Il fallait chercher une boussole qui mènerait à la bonne
chemin. Nous avons dû chercher des modèles...
Et puis un jour, assis dans son bureau, Erlich a lu
dernier numéro d'une revue chimique sur un nouveau brevet
moyens. On l’appelait « atoxyl », ce qui signifie non toxique.
Les tests de ce médicament ont commencé sur des souris infectées par
trypanosomes.
Après des centaines d'expériences, on a pu constater que l'atoxyl
guérit réellement les souris.
Mais certaines souris sont quand même mortes. Par conséquent, non
L'atoxil est donc déjà inoffensif.
Ehrlich a décidé de le rendre inoffensif. Ce produit valait
afin d'y travailler.
Atoxyl contenait le même noyau benzénique que
et dans certaines couleurs.
Un cycle benzénique est constitué de six atomes de carbone liés entre eux.
dans un cercle. Mais de l'oxyde d'arsenic y a été ajouté.
Ceci, évidemment, a permis la guérison du médicament. Arsenic - connu
poison, mais lorsqu'il est combiné avec un cycle benzénique
Il s’est avéré qu’il s’agissait d’un médicament de chimiothérapie.
Cependant, il a fallu « ennoblir » davantage ce poison, en le transformant
en un système encore plus sûr et en même temps puissant
remède contre les agents pathogènes.
atoxyl, ils ont dit que c'est impossible de changer l'atoxyl, c'est juste là
va s'effondrer. Cependant, Ehrlich a réussi à modifier ce médicament
dans des centaines de préparations d'arsenic, sans déranger
combinaisons de benzène et d'arsenic.
Il a travaillé dans son laboratoire pendant deux ans jusqu'à ce qu'il
découvert un remède qui purifiait complètement le sang
souris des féroces trypanosomes qui les ont tuées. En même temps nouveau
Le produit s’est avéré inoffensif pour les souris. Ils l'ont bien toléré
≪ 606≫ ou salvarsan, tel était le nom du nouveau médicament,
car il était la 606ème variante de l'atoxyl. Ce médicament était
un produit de la synthèse chimique la plus fine, et sa préparation
était associé à un risque d'explosion et d'incendie dû à
un grand nombre de composés participant à la réaction
vapeurs éthérées.
Et surtout, il a été possible d'établir que le médicament est nécessaire
conserver dans une ampoule sans air - le mélange d'air fait
c'est toxique.
Il s'agissait d'un médicament qui portait le nom chimique : dioc-
Dichlorhydrate de Si-diamino-arsénobenzène.
Mais ensuite un événement important s’est produit.
Peu de temps avant les recherches d'Ehrlich, le célèbre scientifique Shaw.
Dean a découvert l'agent causal de la syphilis, le spirochète pallidum, qui survient
de la famille des trypanosomes.
Mais, pensa Erlich, on ne peut pas s'arrêter aux chevaux
trypanosomes, il faut influencer le spirochète,
affectant une personne.
Cependant, il ne s'est pas immédiatement tourné vers les gens ; il a été infecté par la syphilis
des lapins, puis les ont traités avec le médicament ≪ 606≫. Après
plusieurs infusions ont laissé les lapins sans aucune trace
spirochètes. Des doses du médicament ont également été développées chez le lapin.
Ehrlich a produit 308 composés supplémentaires et obtenu un résultat plus parfait.
médicament -≪ 914≫ (néosalvarsan). Ce médicament
dissous dans 5 centimètres cubes d'eau. Sa présentation
dans le corps s'est avéré encore plus sûr : il y a eu des réactions
Les médicaments conservaient encore certaines propriétés toxiques.
Chez certains patients, surtout lorsque des doses élevées sont administrées,
les médicaments ≪ 606≫ et ≪ 914≫ ont provoqué une inflammation cérébrale, une perte de
conscience, fièvre, hémorragies cutanées.
Les ennemis d'Ehrlich faisaient toute une histoire à propos des nouveaux médicaments.
Ils ont causé beaucoup de problèmes à Erlich.
Quand les médicaments d'Ehrlich furent testés sur un grand nombre
patients, il s'est avéré qu'ils ont un effet toxique
rarissime.
Le monde entier a reconnu l’énorme importance des nouveaux outils.
La syphilis a cessé d'être une maladie terrible. Le traitement a donné
excellents résultats; les ulcères des patients ont disparu après
plusieurs infusions.
Ehrlich décide de supprimer le spirochète de la fièvre récurrente,
apparenté au spirochète syphilitique.
A cette époque, dans certaines villes de Russie, on a observé
poussées de fièvre récurrente. Les médecins russes Yu. Iversen.
Saint-Pétersbourg et P.K. Galler à Saratov ont pris une décision audacieuse
et le premier au monde a mis en place un large test du nouveau
médicament destiné aux patients souffrant de fièvre récurrente.
L'effet du traitement a été étonnant : après que le patient
à une température de 40°, un demi-gramme d'Ehrlich a été versé
médicament, après 14 à 6 heures, la transpiration la plus forte a commencé et
la température a complètement chuté. Le patient s'est complètement rétabli.
Son corps était complètement débarrassé des spirochètes.
N'est-ce pas là la réalisation des rêves des scientifiques d'un grand
Après plusieurs années d'utilisation du salvarsan, des scientifiques russes
constaté qu'après des perfusions de salvarsan, on observe
seulement des réactions mineures, mais des complications mortelles surviennent
extrêmement rare (un décès pour 100 000 perfusions).
Améliorer la qualité du médicament, établir le bon
doses et contre-indications exactes, écrit en 1916-917
années, nos scientifiques G.I. Meshchersky, S.L. Bogrov et V.V.
nouveau - conduira au fait que ce remède sera complètement
sûr.
Des chercheurs et médecins russes avancés en chimie le feront bientôt
après la découverte d'Ehrlich, ils se sont donné pour tâche de faire
salvarsan domestique.
Chimiste V. A. Smirnov dans le laboratoire pharmaceutique de V. K. Ferein
Déjà en 1914, un bon médicament non toxique du type
salvarsana. Son seul inconvénient était une taille légèrement réduite
souris produites par Ya. G. Shereshevsky, S. L. Bogrov,
S. S. Usoltsev et al., un nouveau médicament nommé ≪ ben-
Zarsan≫ a commencé à être utilisé dans les cliniques pour traiter les patients. Professeur
T. P. Pavlov, G. I. Meshchersky et V. V. Ivanov dans un certain nombre d'articles publiés
en 1916-917 dans « Médecin russe », « Journal médical » et
≪Journal russe des maladies cutanées et vénériennes≫, ils ont donné des informations sur le premier
salvarsana excellente critique.
Par la suite, à partir de 1916, la production industrielle de masse s’organise
production de salvarsan russe. Cette production était dirigée par le célèbre
Le chimiste russe P.F. Ryumshin, qui a développé l'original généralement accepté
technologie pour la synthèse du salvarsan.
Simultanément avec Smirnov, le salvarsan russe (sous le nom ≪ ar-
Ol≫) ont été synthétisés en 1914 par les chimistes moscovites I. I. Ostromyslen-
skiy et S.S. Kelbasinsky.
En 1915, dans le « Journal russe des maladies cutanées et vénériennes »
il y a eu une critique très favorable de Bogrov et Meshchersky à ce sujet
médicament.
Après la Grande Révolution Socialiste d'Octobre, il a été créé
production de salvarsan russe (novarsalan, novarsol) en usine
Au XXe siècle, les éléments des sous-groupes principaux du tableau périodique étaient moins populaires que ceux situés dans les sous-groupes subsidiaires. Le lithium, le bore et le germanium se sont retrouvés dans l'ombre de leurs coûteux voisins : l'or, le palladium, le rhodium et le platine. Bien entendu, il faut admettre que les propriétés chimiques classiques des éléments des principaux sous-groupes ne peuvent être comparées aux processus rapides et élégants auxquels participent les complexes de métaux de transition (plus d'un prix Nobel a été décerné pour la découverte de ces réactions) . Au début des années 1970, les chimistes pensaient généralement que les éléments des principaux sous-groupes avaient déjà révélé tous leurs secrets et que leur étude était en réalité une perte de temps.
Révolution chimique cachée
Lorsque l'auteur de cet article était étudiant (il a obtenu un diplôme de l'Université de Kazan en 1992), lui et plusieurs de ses camarades de classe étudiaient la chimie. p-les éléments semblaient la section la plus ennuyeuse. (Rappelez-vous que s-, p- Et d-les éléments sont ceux dont les électrons de valence sont occupés respectivement s-, p- Et d-orbitales.) On nous a expliqué sous quelle forme ces éléments existent dans la croûte terrestre, les méthodes de leur isolement, les propriétés physiques, les états d'oxydation typiques, les propriétés chimiques et les applications pratiques ont été enseignées. C'était doublement ennuyeux pour ceux qui avaient participé aux Olympiades de chimie et appris toutes ces informations utiles lorsqu'ils étaient écoliers. C'est peut-être pour cette raison qu'à notre époque, le département de chimie inorganique n'était pas très populaire lors du choix d'une spécialisation - nous avons tous essayé de nous spécialiser dans les matières organiques ou les organoéléments, où ils parlaient de l'ère des métaux de transition arrivée en chimie, catalysant tout ce qui était imaginable. et des transformations inconcevables de substances.
Il n'y avait pas d'ordinateurs ni d'Internet à cette époque ; nous recevions toutes les informations uniquement de revues de résumés sur la chimie et de certaines revues étrangères auxquelles notre bibliothèque était abonnée. Ni nous ni nos professeurs ne savions qu'à la fin des années 1980, les premiers signes d'une renaissance de la chimie des éléments des principaux sous-groupes étaient déjà perceptibles. C'est alors qu'ils découvrirent qu'il était possible d'obtenir des formes exotiques p-éléments - silicium et phosphore dans des états peu coordonnés et peu oxydés, mais en même temps capables de former des composés assez stables à température ambiante. Bien que leur utilisation pratique n'ait pas été discutée à cette époque, les premiers exemples réussis de synthèse de ces substances ont montré que la chimie des éléments des principaux sous-groupes était légèrement sous-estimée et que, peut-être, le moment viendrait où p-les éléments pourront sortir de l'ombre d- et même f-éléments. En fin de compte, c’est ce qui s’est passé.
L'année 1981 peut être considérée comme le point de départ du tournant vers les éléments des principaux sous-groupes. À cette époque, pas moins de trois articles ont été publiés réfutant l’idée selon laquelle une double ou triple liaison stable ne peut se former que si l’un des partenaires de cette liaison chimique (ou mieux encore, les deux) est un élément de la deuxième période. Cette « règle des doubles liaisons » a été réfutée pour la première fois par Robert West de l'Université du Wisconsin, dans le groupe duquel ils ont été les premiers à synthétiser du silène stable, un composé avec une double liaison silicium-silicium, un analogue plus lourd des alcènes, familier à tous. de la chimie organique ( Science, 1981, 214, 4527, 1343–1344, est ce que je: 10.1126/science.214.4527.1343). Peu de temps après, des chercheurs de l'Université de Tokyo, travaillant sous la direction de Masaaki Yoshifuji, rapportèrent la synthèse d'un composé comportant une double liaison phosphore-phosphore ( , 1981, 103, 15, 4587-4589 ; est ce que je:10.1021/ja00405a054). La même année, Gerd Becker de l'Université de Stuttgart a pu obtenir une phosphaalkine stable, un composé avec une triple liaison phosphore-carbone, qui peut être considéré comme un analogue contenant du phosphore des nitriles d'acide carboxylique ( Zeitschrift für Naturforschung B, 1981, 36, 16).
Le phosphore et le silicium sont des éléments de la troisième période, donc personne ne s'attendait à de telles capacités de leur part. Dans ce dernier composé, l'atome de phosphore est insaturé par coordination, ce qui laisse espérer que lui ou ses analogues seraient utilisés comme catalyseurs. La raison de l'espoir était que la tâche principale du catalyseur est d'entrer en contact avec la molécule de substrat qui doit être activée ; seules les molécules que le réactif peut facilement approcher sont capables de le faire, et dans les phosphates familiers à la plupart des chimistes, l'atome de phosphore. , entouré de quatre groupes, ne peut en aucun cas être qualifié de centre accessible.
L'essentiel est l'environnement volumétrique
Les trois synthèses, publiées en 1981, ont réussi parce que les substituants entourant les principaux éléments du sous-groupe dans leurs nouveaux composés exotiques ont été choisis correctement (dans la chimie des métaux de transition, les substituants étaient appelés ligands). Les nouveaux dérivés obtenus par West, Yoshifuji et Becker avaient un point commun : des ligands volumineux associés à des éléments des sous-groupes principaux stabilisaient le silicium ou le phosphore dans un état de faible coordination qui ne serait pas stable dans d'autres circonstances. Les substituants en vrac protègent le silicium et le phosphore de l'oxygène et de l'eau présents dans l'air, et les empêchent également d'entrer dans une réaction de dismutation et de prendre leurs états d'oxydation typiques (+4 et +5 pour le silicium et le phosphore, respectivement) et leurs nombres de coordination (quatre pour les deux éléments). Ainsi, le silène a été stabilisé par quatre groupes mésityle volumineux (le mésityle est le 1,3,5-triméthylbenzène) et le phosphaalcyne par un substituant tert-butyle volumineux.
Une fois qu'il est devenu clair que les ligands volumineux produisent des composés dans lesquels p-les éléments étant dans un faible degré d'oxydation et/ou avec un faible nombre de coordination, d'autres scientifiques ont commencé à s'impliquer dans l'obtention de nouveaux dérivés inhabituels d'éléments des principaux sous-groupes. Depuis les années 2000, dans presque tous les numéros Science(et depuis la parution du magazine en 2009 Chimie naturelle- dans presque tous les numéros), une combinaison exotique avec un élément des principaux sous-groupes est rapportée.
Ainsi, jusqu'à récemment, personne n'aurait pu penser qu'il serait possible d'obtenir et de caractériser des silylènes stables - des équivalents siliciés des carbènes.
Les carbènes sont des espèces hautement réactives dans lesquelles l'atome de carbone divalent et doublement coordonné possède soit une paire d'électrons (un carbène singulet plus stable), soit deux électrons non appariés séparés (un carbène triplet plus réactif). En 2012, Cameron Jones de l'Université Monash en Australie et ses collègues d'Oxford et de l'University College de Londres ont décrit le premier silylène singulet - le silicium divalent qu'il contient est stabilisé par un ligand de bore volumineux ( Journal de l'American Chemical Society, 2012, 134, 15, 6500-6503, est ce que je : 10.1021/ja301042u ). Le silylène peut être isolé à l’état cristallin et il convient de noter qu’il reste stable à des températures allant jusqu’à 130°C. Mais en solution, l'analogue siliceux du carbène se dimérise pour former du silène ou est introduit dans les liaisons C-H des alcanes, reproduisant les propriétés chimiques de ses analogues carbène.
Les chimistes continuent d'obtenir de nouveaux composés organiques contenant des éléments des principaux sous-groupes. En particulier, ils tentent de remplacer un élément de la deuxième période d'une structure bien connue par un élément similaire d'une période plus ancienne (ce numéro de Chemoscope parle de la préparation d'un analogue contenant du phosphore de l'un des premiers composés organiques synthétisés. substances). Une autre direction est un peu comme collectionner des timbres rares, sauf qu'à la place des timbres, il y a des structures chimiques. Par exemple, en 2016, Alexander Hinz d'Oxford a tenté d'obtenir un cycle contenant des atomes de quatre pnictogènes différents (éléments du 5ème groupe du sous-groupe principal allant de l'azote au bismuth). Il n'a pas réussi à résoudre complètement le problème: la molécule à structure linéaire ne s'est pas fermée en cycle. Cependant, la molécule avec une chaîne Sb-N-As = P unique, comprenant quatre des cinq, est également impressionnante p-éléments du sous-groupe azote ( Chimie. Une revue européenne, 2016, 22, 35, 12266-12269, est ce que je : 10.1002/chem.201601916 ).
Bien entendu, il est impossible de parler de la synthèse de dérivés exotiques d'éléments des sous-groupes principaux uniquement comme d'une « collecte chimique », car l'obtention d'analogues de composés organiques bien connus contenant des éléments de périodes plus anciennes est certainement importante pour clarifier les théories de la structure. de liaisons chimiques. Bien entendu, ce n’est pas la seule raison de l’intérêt des chimistes. Le désir de trouver des domaines dans lesquels ces substances peuvent être utilisées dans la pratique est précisément la raison de la renaissance dans la chimie des éléments des principaux sous-groupes.
Dans les années 1980, après la synthèse des premières substances dans lesquelles une faible coordination a été observée p-éléments, les chimistes espéraient que de tels composés insaturés par coordination seraient capables de catalyser de nombreuses réactions de la même manière que les complexes de métaux de transition. Il serait très tentant d'échanger des composés coûteux du platine et du palladium contre des molécules contenant uniquement des éléments des sous-groupes principaux. Informations sur les propriétés de composés inhabituels apparus déjà au cours de ce millénaire p-éléments ont confirmé les prédictions théoriques. Il s'est avéré que beaucoup d'entre eux activent les hydrocarbures, l'hydrogène moléculaire et le dioxyde de carbone.
Pourquoi les métaux de transition sont-ils mauvais ?
Il semblerait, pourquoi développer de nouveaux catalyseurs pour des processus longtemps parfaitement accélérés par les dérivés des métaux de transition ? De plus, la chimie organométallique des éléments de transition ne s'arrête pas - de nouvelles facettes de la réactivité sont constamment découvertes. d-éléments. Mais les métaux de transition nobles ont leurs inconvénients. Le prix tout d'abord : les catalyseurs les plus efficaces pour les transformations de composés organiques et organoéléments sont les complexes de rhodium, de platine et de palladium. La deuxième difficulté est l’épuisement des réserves naturelles de platine et de palladium. Enfin, un autre problème avec les catalyseurs au platine ou au palladium est leur forte toxicité. Cela est particulièrement vrai lors de l'obtention de médicaments, car leur prix est considérablement augmenté par le coût de purification d'une substance, même à partir de traces de métaux de transition. La transition vers de nouveaux catalyseurs réduira au moins considérablement le coût de la substance médicamenteuse et simplifiera éventuellement la purification du produit de réaction cible.
L'utilisation de catalyseurs basés sur des éléments des principaux sous-groupes peut présenter des avantages supplémentaires. Ainsi, il est possible que certaines réactions connues se produisent dans des conditions plus douces, ce qui permettra d'économiser de l'énergie. Par exemple, en 1981, dans ses travaux sur la synthèse et les propriétés du premier silène, Jones a démontré qu'un composé avec une double liaison silicium-silicium peut activer l'hydrogène à des températures encore inférieures à la température ambiante, alors que les procédés industriels d'hydrogénation existants nécessitent le utilisation de températures élevées.
L'un des processus chimiques importants découverts au cours du nouveau millénaire est l'activation de l'hydrogène moléculaire à l'aide de la digermine, un analogue des alcynes contenant du germanium ( Journal de l'American Chemical Society, 2005, 127, 12232-12233, est ce que je : 10.1021/ja053247a ). Ce procédé, qui peut paraître banal, est intéressant pour deux raisons. Premièrement, malgré l'analogie dans la structure des alcynes et des germines, l'hydrogène ne réagit pas avec ces dernières selon le scénario caractéristique des hydrocarbures à triple liaison carbone-carbone (l'hydrogène s'attache à chacun des atomes de la triple liaison, et la germine se transforme en germène), mais selon un mécanisme typique des atomes de métaux de transition. Ce mécanisme, par lequel une molécule d'hydrogène s'attache à un élément et forme deux nouvelles liaisons E-H (dans le cas décrit, Ge-H), est appelé addition oxydative et constitue une étape clé dans de nombreux processus catalytiques impliquant des métaux de transition. Deuxièmement, bien que H2 puisse sembler la molécule la plus simple et la plus simple, la liaison chimique qu'elle contient est la plus forte de toutes celles qui peuvent naître entre deux éléments identiques, d'où la rupture de cette liaison et, par conséquent, l'activation de l'hydrogène dans les processus d'hydrogénation catalytique. Ce n'est pas une tâche simple du point de vue de la technologie chimique.
Est-il possible de faire d’un accepteur un donneur ?
Pour qu'un élément subisse l'addition oxydante d'hydrogène (quel que soit son emplacement dans le tableau périodique), il doit présenter certaines caractéristiques de sa structure électronique. Le processus E + H 2 = H-E-H ne se produira que si l'élément est insaturé par coordination et que son orbitale libre peut accepter des électrons d'hydrogène moléculaire. De plus, l’énergie de cette orbitale libre devrait être proche de l’énergie de l’orbitale moléculaire de l’hydrogène, qui contient des électrons. Les progrès dans le domaine de la catalyse des complexes métalliques homogènes s'expliquent principalement par le fait que les chimistes, en modifiant la structure des ligands associés à un métal, peuvent faire varier l'énergie de ses orbitales et ainsi les « ajuster » à des substances strictement définies participant à la réaction. . Pendant longtemps, on a cru qu'un ajustement aussi doux de l'énergie des orbitales n'était possible que pour d-éléments, cependant, au cours de la dernière décennie, il s'est avéré que pour p-des éléments aussi. Les chercheurs placent leurs plus grands espoirs dans les complexes contenant de l'azote dans lesquels des ligands, comme des griffes, agrippent le centre de coordination (on les appelle ligands chélateurs, du latin c héla, griffe), ainsi qu'avec une classe relativement nouvelle de ligands - N-les carbènes hétérocycliques.
Un exemple réussi de ce dernier est le travail de Guy Bertrand de l'Université de Californie à San Diego, dans lequel ces ligands stabilisent l'atome de bore ( Science, 2011, 33, 6042, 610-613, est ce que je : 10.1126/science.1207573). Généralement, les dérivés du bore, qui ne contiennent que trois électrons dans leur couche externe, agissent comme un accepteur d'électrons classique (acide de Lewis). Le fait est que le bore a besoin de cinq électrons supplémentaires pour atteindre une couche stable de huit électrons, il peut donc former trois liaisons covalentes à partir de trois de ses propres électrons et de trois électrons tiers, mais il doit obtenir deux électrons supplémentaires en acceptant l'électron de quelqu'un d'autre. paire dans ses cellules électroniques vides. Cependant N- les carbènes hétérocycliques sont des donneurs d'électrons si puissants que le bore qui leur est associé cesse d'être un accepteur - il devient si « riche en électrons » qu'il passe d'un acide de Lewis à une base de Lewis. Jusqu'à récemment, les chimistes ne pouvaient même pas prédire un changement aussi important dans les propriétés du célèbre p-élément. Et bien que les travaux de Bertrand ne soient encore intéressants que d’un point de vue théorique, le passage de la théorie à la pratique se fait à notre époque assez rapidement.
Jusqu’où en est la catalyse ?
Ainsi, les dérivés récemment synthétisés des éléments des principaux sous-groupes peuvent entrer dans des réactions clés qui catalysent les complexes de métaux de transition. Malheureusement, même l’addition oxydante susmentionnée d’hydrogène moléculaire à un atome de silicium ou de bore n’est que la première étape de la séquence de réactions qui doivent être développées pour un cycle catalytique complet. Par exemple, si l'on parle d'hydrogénation en présence de composés des principaux sous-groupes dont le mécanisme reproduit le mécanisme d'addition d'hydrogène en présence du catalyseur de Wilkinson, alors après interaction avec l'hydrogène p-l'élément doit former un complexe avec l'alcène, puis le transfert d'hydrure et la complexation doivent avoir lieu... et toutes les autres étapes qui conduiront finalement à la formation du produit final et à la régénération de l'espèce catalytiquement active. Ce n’est qu’alors qu’une particule de catalyseur produira des dizaines, des centaines, voire des milliers de molécules du produit cible. Mais pour qu'un tel cycle catalytique fonctionne, de nombreux autres problèmes doivent être résolus - la liaison élément-hydrogène formée à la suite de l'addition oxydante ne doit pas être trop forte (sinon le transfert d'hydrure ne se produira pas), l'élément qui a ajouté l'hydrogène doit maintenir un état de faible coordination pour interagir avec un alcène, etc. Si vous manquez un moment, le catalyseur disparaîtra p-l'élément ne fonctionnera pas, malgré la similitude de son comportement avec d-éléments dans certains processus.
Il peut sembler que le passage de la catalyse des complexes métalliques à la catalyse par des composés d'éléments des principaux sous-groupes est une tâche trop difficile, et elle est très loin d'être achevée. Cependant, l'intérêt pour la chimie p-éléments et le désir des chimistes de synthèse de remplacer les catalyseurs au platine ou au palladium par autre chose constitueront certainement une avancée dans cette direction. Il est possible que nous entendions parler de catalyseurs basés sur des éléments coordonnés insaturés des principaux sous-groupes au cours de la prochaine décennie.
Plus tôt en 2011, l'IUPAC a reconnu la collaboration JINR avec LLNL (États-Unis) comme prioritaire dans la découverte des éléments 114 et 116, nommés : élément 114 - Flerovium, Fl ; 116 élément ― Livermorium, Niv.
Flerovium - en l'honneur du Laboratoire des Réactions Nucléaires du nom. G.N. Flerov JINR, qui est un leader reconnu dans le domaine de la synthèse des éléments super-lourds, et son fondateur, l'éminent physicien G.N. Flerov (1913−1990) - l'auteur de la découverte d'un nouveau type de radioactivité de fission spontanée des éléments lourds noyaux, fondateur de plusieurs nouvelles orientations scientifiques, fondateur et premier directeur du FLNR JINR, qui porte désormais son nom.
Livermorium - en l'honneur du Laboratoire national de Livermore. Lawrence et son emplacement - la ville de Livermore (Californie, USA). Les scientifiques de Livermore participent depuis plus de 20 ans à des expériences de synthèse de nouveaux éléments menées à Doubna.
D’une manière générale, la décision de l’IUPAC constitue une reconnaissance de la contribution exceptionnelle des scientifiques du JINR à la découverte de « l’îlot de stabilité » des éléments super-lourds, qui constitue l’une des réalisations les plus importantes de la physique nucléaire moderne.
