कृत्रिम तत्व - भाग 1

लगभग दो साल पहले, दुनिया भर के रसायनज्ञों के एक संगठन, इंटरनेशनल यूनियन ऑफ़ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री ने चार नए तत्वों के नामों की घोषणा की। इस प्रकार, रसायन विज्ञान के इतिहास का अध्याय समाप्त हो गया है - आवर्त सारणी की सातवीं अवधि आखिरकार पूरी हो गई है, और तब से आधिकारिक तौर पर 118 रासायनिक तत्व हैं।

हालाँकि, IUPAC निर्णय (

जीवन प्रत्याशा

रेडियोधर्मी तत्वों के जीवनकाल का अनुमान लगाने के लिए, भौतिक विज्ञानी आधे जीवन की अवधारणा का उपयोग करते हैं। यह वह समय है जब तक कि तत्व की मूल मात्रा आधी न रह जाये। हालाँकि, समान समय के एक सेकंड के बाद, पूरा तत्व गायब नहीं होगा, लेकिन मूल मात्रा का आधा या एक चौथाई भाग ही रहेगा। और इसी तरह। सैद्धांतिक रूप से, असीमित लंबी अवधि के बाद भी मूल मात्रा का कुछ अंश शेष रहेगा, लेकिन व्यवहार में यह माना जाता है कि दस अवधियों के बाद वस्तुतः कोई रेडियोधर्मी सामग्री नहीं बचेगी।

बिजली के तार, एक अंगूठी और एल्यूमीनियम निश्चित रूप से तांबा, सोना और एल्यूमीनियम के अस्तित्व का संकेत दे सकते हैं। जैसा कि आप स्कूल से जानते हैं, हवा में नाइट्रोजन और ऑक्सीजन होते हैं। सोडियम और क्लोरीन जैसे प्रतिक्रियाशील तत्व टेबल नमक बनाते हैं। हमारे पास भी ये तत्व हैं, और हमारी कल्पना से पता चलता है कि रासायनिक प्रयोगशालाओं की अलमारियों पर कहीं न कहीं इनके नमूने हैं। यदि प्रयोगशाला की अवधारणा को उन स्थानों तक बढ़ाया जाए जहां अत्यधिक रेडियोधर्मी तत्व भी संग्रहीत हैं, तो यह पता चलता है कि अस्तित्व में आखिरी प्रयोगशाला है आइंस्टीन, क्रम संख्या 99 के साथ। बोलचाल की भाषा में, अस्तित्व को एक तत्व या उसके यौगिक की मूर्त मात्रा में उपस्थिति के रूप में समझा जाना चाहिए। ऐसा करने के लिए, एक ग्राम का कम से कम दस लाखवाँ भाग होना आवश्यक है, अन्यथा रासायनिक यौगिक के सबसे छोटे क्रिस्टल भी नहीं बनेंगे (तत्व 100 के मामले में - रुकना - आवश्यक मात्रा की प्राप्ति की जानकारी पूरी तरह से पुष्टि नहीं है)।

क्यूरीज़ रेडियम विकिरण का प्रदर्शन करते हैं (आंद्रे कास्टेन द्वारा पेंटिंग, 1903)।

पिछली सदी की शुरुआत में उन्हें इस समस्या का सामना करना पड़ा था. रेडियम और पोलोनियम का विकिरण उस समय के रसायनज्ञों के लिए इन तत्वों के अस्तित्व को पहचानने के लिए पर्याप्त नहीं था - केवल उनके यौगिकों के एक ग्राम के एक अंश के अलगाव ने संदेह करने वालों को आश्वस्त किया। लेकिन आइए परंपरावादियों की आलोचना न करें। यह दृष्टिकोण बहुत व्यावहारिक है: किसी नियमित प्रयोगशाला में पदार्थ की इतनी कम मात्रा के साथ ऐसा बहुत कम किया जा सकता है कि उसे देखा भी न जा सके।

"अस्तित्व न होने" का कारण, निश्चित रूप से, कुछ तत्वों का जीवनकाल है - ब्रह्मांडीय धूल से पृथ्वी के निर्माण के बाद अब तक जीवित रहने के लिए बहुत कम। सुपरनोवा विस्फोटों से सबसे भारी तत्व भी उत्पन्न होते हैं, जो विस्फोटित तारे के प्रकाश वर्ष के भीतर बिखर जाते हैं। अनुकूल परिस्थितियों में, टुकड़े बड़े समूहों में विलीन हो जाते हैं, और वे ग्रहों में। हालाँकि, 4,5 अरब वर्ष निश्चित रूप से कुछ तत्वों के लिए हमारे विश्व में प्रशंसनीय मात्रा में रहने के लिए बहुत लंबा समय है (जितना भारी, उतना कम और जीवनकाल उतना ही कम)। इसलिए, उन्हें अनुसंधान के अधीन करने के लिए, पदार्थ के लुप्त तत्वों का निर्माण करना आवश्यक था। खोलने के लिए नहीं, क्योंकि वे अस्तित्व में नहीं थे, वैज्ञानिकों के "कांच और आंखों" से छिपे हुए थे, बल्कि केवल उत्पादन करने के लिए थे।

यहां तक ​​कि सबसे भारी तत्व भी सुपरनोवा विस्फोटों में बनते हैं। हबल छवि वृषभ तारामंडल में क्रैब नेबुला को दिखाती है, जो 1054 सुपरनोवा का अवशेष है।

फ़्रांस और एस्टैट के लिए माँ के बाल?

ज़रा सा। यह अनुमान लगाया गया है कि किसी भी समय पृथ्वी की पपड़ी में 50 ग्राम फ्रैंक से अधिक नहीं होता है। Astatine और भी कम है - एक ग्राम के बारे में! दोनों ही मामलों में, कारण प्राकृतिक समस्थानिकों के बहुत कम जीवनकाल में है, और इसके अलावा, गठन के अकुशल तरीके से - वे अपने स्वयं के परिवर्तन की कम संभावना के साथ रेडियोधर्मी श्रृंखला की पार्श्व शाखाओं में बनते हैं। आश्चर्य की बात नहीं है कि अभी तक किसी ने भी इन तत्वों के दृश्य भाग की पहचान नहीं की है और निकट भविष्य में ऐसा नहीं लगता है।

विभाजन उतना स्पष्ट नहीं है जितना पहली नज़र में लग सकता है। हम बोल्ट और नट जैसी हस्तनिर्मित वस्तुओं के वर्गीकरण में बहुत अच्छे हैं। हालाँकि, जब हम प्रकृति के दायरे में प्रवेश करते हैं, जहाँ सीमाएँ तीव्र नहीं हैं, तो वस्तुओं के रूप में समस्याएँ उत्पन्न होती हैं जिन्हें विभिन्न समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है।

तत्वों के साथ भी ऐसा ही है. यूरेनियम सबसे भारी तत्व है, जिसके जीवनकाल ने इसे आज तक जीवित रहने की अनुमति दी है (आधा जीवन हमारे ग्रह की उम्र के बराबर है, इसलिए हमारे पास यूरेनियम का लगभग आधा हिस्सा बचा है जो युवा पृथ्वी का हिस्सा था)। इससे भी अधिक विशाल तत्व मनुष्य द्वारा बनाए गए थे (इस पर बाद में श्रृंखला में और अधिक), लेकिन उनमें से कुछ को बाद में यूरेनियम नाभिक के क्षय के कारण होने वाले परिवर्तनों के उपोत्पाद के रूप में खोजा गया था।

सुडेटेस में एक चेक खदान से एक फंदा। यूरेनियम अयस्क कई रेडियोधर्मी तत्वों का स्रोत हैं।

ऐसी ही स्थिति यूरेनियम से कम वजन वाले अस्थिर तत्वों के साथ उत्पन्न होती है। उनमें से कुछ का जीवनकाल बहुत छोटा होता है (के लिए)। फ्रेंच यह केवल 20 मिनट और के लिए है अस्तु अधिक से अधिक सेकंड, हालांकि इस तत्व के कृत्रिम रूप से प्राप्त आइसोटोप का आधा जीवन आठ घंटे है), और प्रकृति में उनका अस्तित्व केवल यूरेनियम और थोरियम नाभिक के क्षय की निरंतर आपूर्ति का परिणाम है (देखें: रेडियोधर्मी श्रृंखला)। आवर्त सारणी के मध्य में स्थित दो तत्व - TechNet i यातायात - रसायनज्ञों के दशकों के प्रयासों के बावजूद, वे प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं। उनके प्राप्त होने के बाद ही यह स्पष्ट हो गया कि वे यूरेनियम नाभिक के एक बहुत ही दुर्लभ, सहज विखंडन के उत्पाद हैं और इस धातु के अयस्कों में बहुत कम मात्रा में पहचाने गए हैं। 

इसके अतिरिक्त, कुछ मानव निर्मित तत्व लंबे समय से स्थापित, जड़ जमाए हुए तत्वों की तुलना में बेहतर समझे जाते हैं। कुछ मामलों में, कृत्रिम पदार्थों का उत्पादन पूरी दुनिया में प्राकृतिक माने जाने वाले सरल पदार्थों की आपूर्ति से अधिक हो जाता है (देखें: हमारे पास कितना फ़्रैंक और एस्टैटिन है?)! कारण, निश्चित रूप से, उपयोग में है: लगभग 20 टन रेडियोधर्मी प्लूटोनियम का उपयोग सालाना किया जाता है, जबकि लगभग किसी को भी धातु स्ट्रोंटियम की आवश्यकता नहीं होती है और इसका उत्पादन किलोग्राम तक पहुंच जाता है। आइए इसमें परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और परमाणु विस्फोटों (ज्यादातर नाभिक यूरेनियम से हल्के होते हैं) और थर्मोन्यूक्लियर (इस मामले में वे यूरेनियम से भी भारी होते हैं) के उत्पादों से पृथ्वी की सतह के दूषित होने के तथ्य को जोड़ दें, और हमारे पास एक होगा एक सरल प्रतीत होने वाले विभाजन को पूरा करने की कठिनाई की पूरी तस्वीर: प्राकृतिक या कृत्रिम तत्व? 

परमाणु हथियार परीक्षणों ने पर्यावरण को असंख्य रेडियोधर्मी तत्वों से "समृद्ध" कर दिया है।

150वीं सदी में रसायन विज्ञान की सबसे बड़ी उपलब्धि निर्माण थी (अगले साल मेंडेलीव का काम "XNUMX साल पुराना" हो जाएगा!)। इसके निर्माता की प्रतिभा, अन्य बातों के अलावा, उन तत्वों के लिए रिक्तियां छोड़ने और उनके गुणों की भविष्यवाणी करने के तथ्य से प्रकट हुई थी जो अभी तक खोजे नहीं गए थे। जैसे ही तालिका में रिक्त स्थान भरे गए (कुछ भविष्यवाणियाँ सच नहीं हुईं), प्रश्न उठा: वास्तव में कितने तत्व हैं?

हेनरी मोसले (1887-1915) और कई तत्वों के एक्स-रे स्पेक्ट्रम की छवियां।

इसका उत्तर 26 वर्ष से कम उम्र के एक युवा अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ने दिया था। हेनरी मोसले, 1913 में। परमाणु नाभिक के खोजकर्ता की प्रयोगशाला में इंटर्नशिप के दौरान, अर्नेस्टा रदरफोर्ड मेंउत्तेजित परमाणुओं से एक्स-रे उत्सर्जन का अध्ययन किया। वह उत्सर्जित एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य को परमाणु नाभिक के आवेश से जोड़ने में कामयाब रहे, और यह प्रत्येक तत्व के लिए अलग था, जो एक विशिष्ट परिभाषित विशेषता का गठन करता था। हालाँकि, जल्द ही महान युद्ध छिड़ गया, मोसले लामबंद हो गया और दो साल बाद गैलीपोली में गिर गया। शोध से पता चला है कि सबसे भारी ज्ञात यूरेनियम के नाभिक में 92 प्रोटॉन हैं, जिसका अर्थ है समान संख्या में तत्व (कम से कम उस समय)। इसका मतलब यह भी था कि आवर्त सारणी में 43, 61, 72, 75, 85, 87 और 91 स्थानों पर सात तत्व गायब थे। रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी वैज्ञानिक खोज पर चले गए, और भी आसान क्योंकि वे जानते थे कि कहाँ और क्या देखना है - आवर्त सारणी में अज्ञात तत्वों के स्थान ने उनके गुणों और अपेक्षित स्थानों को निर्धारित करना संभव बना दिया।

रेडियोधर्मी यूरेनियम और रेडियम की पंक्ति (नीचे परमाणु संख्या, बाईं ओर आइसोटोप द्रव्यमान संख्या)।

रेडियोधर्मी श्रृंखला - यूरेनियम के दो समस्थानिक और एक लंबे जीवन काल वाले थोरियम का क्षय भी रेडियोधर्मी नाभिक के निर्माण के साथ होता है। ये बदले में आगे क्षय से गुजरते हैं, और इसी तरह। एक दर्जन या इतने ही परिवर्तनों के बाद, अंततः सीसे के स्थायी समस्थानिक बन जाते हैं। समस्थानिकों का क्रम, जिनमें से एक दूसरे से उत्पन्न होता है, रेडियोधर्मी श्रृंखला है। नेप्च्यून प्राप्त करने के बाद, यह पता चला कि इसके एक समस्थानिक ने श्रृंखला भी शुरू की। हालांकि, इसके सदस्यों के अपेक्षाकृत कम जीवनकाल का मतलब था कि यह संख्या अप्रचलित प्रकृति की थी, और इसका एकमात्र अवशेष श्रृंखला में अंतिम की उपस्थिति है - बिस्मथ।

1923 में इसकी खोज हुई थी हेंगा (नंबर 72), और दो साल बाद - रेन (सं. 75) बाद के खोजकर्ताओं को कुछ साल पहले हमारे हमवतन जैसी ही समस्या का सामना करना पड़ा था। और उन्हें भी, नए तत्व के यौगिकों के दृश्य नमूने प्राप्त करने के लिए बड़ी मात्रा में अयस्क को संसाधित करना पड़ा। उन्होंने पहचान के लिए मोसले की विधि का उपयोग किया। उन्होंने स्पेक्ट्रम में ऐसी आवृत्तियाँ भी देखीं जो उसी समूह के किसी अन्य तत्व, संख्या 43 की ओर इशारा करती थीं, लेकिन उनकी टिप्पणियों की पुष्टि नहीं हुई थी। टेकनेट, क्योंकि हम इसके बारे में बात कर रहे हैं, तत्वों में से पहला कृत्रिम रूप से (लैटिन = कृत्रिम) 1937 में, हाइड्रोजन आइसोटोप (नंबर 42) के नाभिक के साथ मोलिब्डेनम (नंबर 1) की बमबारी के परिणामस्वरूप प्राप्त किया गया था। यह तत्व रेडियोधर्मी है, हालांकि इसकी लंबी सेवा जीवन इसका उपयोग करने की अनुमति देती है। बाद में यह पता चला कि यूरेनियम नाभिक के सहज क्षय के परिणामस्वरूप टेक्नेटियम प्राकृतिक रूप से उत्पन्न होता है।

विकिरण स्रोत अंकन. इस चिन्ह वाले कंटेनरों के पास न जाना ही बेहतर है!

शोध के दौरान, प्राकृतिक रेडियोधर्मी सरणियों की खोज की गई प्रोटैक्टिन (नंबर 91) मैं फ्रेंच (नंबर 87). हालाँकि, तत्व 85 को पहली बार अल्फा कणों (दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन युक्त हीलियम नाभिक) के साथ बिस्मथ लक्ष्य (नंबर 83) पर बमबारी करके कृत्रिम रूप से प्राप्त किया गया था। इसके बहुत कम आधे जीवन के कारण, नए तत्व का नाम रखा गया राज्य (जीआर = अस्थिर). इसके रासायनिक गुणों के ज्ञान ने, कुछ वर्षों के बाद, यूरेनियम और थोरियम अयस्कों में एस्टैटिन की खोज करना संभव बना दिया, जहां यह उनके क्षय उत्पादों में से एक के रूप में प्रकट होता है।

लापता लोगों में से आखिरी यातायातनाभिक में 61 प्रोटॉन के साथ - रिएक्टर में खर्च किए गए यूरेनियम ईंधन के अवशेषों के अध्ययन के दौरान 1945 में पहचाना गया। तत्व का नाम पौराणिक प्रोमेथियस से आता है, जो अतीत में ओलंपिक लौ की तरह मानव जाति के लिए ऊर्जा का एक नया स्रोत लेकर आया था। यह तत्व यूरेनियम अयस्कों में ट्रेस मात्रा में भी मौजूद है।