нептуний и плутоний

Нептуний и плутоний

Долгое время уран, занимающий клетку № 92 в шестой группе таблицы Менделеева, считался последним элементом этой таблицы. В 1940 году американские ученые впервые искусственно получили новые химические элементы — нептуний и плутоний. Впоследствии плутоний стал одним из главных видов атомного горючего. Порядковые номера нептуния и плутония оказались соответственно 93 и 94. Поскольку эти элементы положили начало дальнейшему расширению периодической системы за уран, их и назвали трансурановыми элементами.

Вскоре, однако, возникли серьезные затруднения с размещением нептуния и плутония в периодической системе. Дело в том, что элемент № 93 должен был находиться в седьмой группе и проявлять высшую валентность, равную семи (как известно, валентность определяет свойство какого-либо атома образовывать химические связи с определенным числом других атомов). Между тем ученые, открывшие нептуний, и многие другие исследователи нашли, что этот элемент проявляет несколько степеней валентности. В высшей из них он сходен с ураном, то есть шестивалентен, а в низшей — с трехвалентными элементами редких земель.

Вместе с тем они похожи и на расположенное выше в периодической системе семейство элементов, следующих за лантаном (лантаниды).

Потом были открыты выделены дальние трансурановые элементы — берклий, калифорний, менделевий. Выяснилось, что многие актиниды обладают более высокой валентностью, чем лантаниды. А первые члены семейства актинидов — торий, протактиний и уран — вообще не соответствовали по своим свойствам редкоземельным элементам. Впрочем, с точки зрения периодического закона ничего неожиданного здесь не было, Менделеев еще в первых своих работах установил, что свойства элементов-аналогов закономерно. Изменяются сверху вниз в каждой группе периодической системы. Это относится и к группировкам элементов. Поэтому актиниды должны заметно отличаться от лантанидов, в частности и по величине проявляемой валентности.

Сотрудники Института физической химии Академии наук предположили, что можно получить соединения нептуния высшей валентности. Они опирались при этом на закон Менделеева, в соответствии с которым при переходе от шестивалентного состояния к семивалентному кислотные свойства образующегося соединения должны возрастать. В качестве окислителя применялся озон. Предположения ученых полностью подтвердились. В лаборатории они наблюдали, как в результате реакции окисления коричневый осадок нептуната, который содержит нептуний, в шестивалентной форме, растворяется и образует соединения — темно-зеленого цвета, отвечающие семивалентному нептунию. Некоторые из них выделены теперь в твердом состоянии. Аналогичным путем получили и соединения семивалентного плутония.

Области практического применения новых соединений нептуния и плутония не были выявлены. Теоретическое же значение работы ученых в том, что она поновому осветила важнейшие свойства трансурановых элементов. Стало ясно, например, что на основе периодического закона можно предсказывать неизвестные валентные состояния трансуранов. Особенно важно это потому, что стали усиленно вестись работы по синтезу новых трансурановых элементов.

Часто задавали вопрос: как могло получиться, что ученые более четверти века имели в своем распоряжении нептуний и плутоний и «не догадались» получить их соединения высшей валентности? Причина заключается в догматическом применений теории актинидов, в стремлении доказать, что актиниды полностью аналогичны лантанидам. Между тем периодический закон предполагает существенные различия между представителями обоих семейств.