Проблемы верхней границы Периодической системы Д.И. Менделеева

КАФЕДРА ХИМИИ И БИОХИМИИ

Комментированное выставление оценок отдельным учащимся. Задания для подготовки к следующему уроку.

ВЫВОДЫ ПО ИЗУЧЕННОМУ МАТЕРИАЛУ Данные тесты успешно используются на уроках химии в средней общеобразовательной школе № 66 г. Пензы. На основе этого можно сделать следующие выводы.

Данная методика позволяет донести до детей принцип зависимости свойств веществ от их электронно-пространственного строения;

связь между различными классами органических веществ (например, между аминами, аминокислотами и карбоновыми кислотами);

связь между органическими и неорганическими веществами (например, между аммиаком и аминами).

На первых этапах формирования понятий об азотсодержащих органических соединениях целесообразнее использовать тесты напоминания, дополнения и выборочные тесты. Эти виды тестов включают в себя задания на узнавание, воспроизведение знаний, применение знаний и умений в стандартной, знакомой ситуации.

На завершающем этапе изучения темы эффективнее использовать тесты сличения, ранжирования и комбинированные тесты. Эти виды тестов включа-

ют в себя задания на применение знаний и умений в новой, нестандартной ситуации.

Также данная методика помогает подготовить ребят к изучению общей химии и Единому Государственному Экзамену.

список литературы

Амирова А.Х. Тестовые технологии в оценке знаний учащихся. // Химия: «Первое сентября». 2004. № 43. С. 10-13. Барковский Е.В. Тесты по химии для школьников и абитуриентов / Барковский Е.В., Врублевский А.И. Мн.: ООО «Юнипресс», 2002. 192 с. - (Серия «Для школьников и абитуриентов»). Кудрюмова Т.Н. Поливариантное экспресс-тестирование. // Химия в школе. 1996. №2. С. 38-40. Пак М.С. Из опыта использования тестовых заданий //

Химия в школе. 1993. № 2. С. 41-43. Подласый И.П. Педагогика. Новый курс: Учебник для студ. пед. Вузов: В 2 кн. - М.: Гуманит. Изд. центр ВЛАДОС, 2000. кн. 1: Общие основы. Процесс обучения. 576с.

Суровцева Р.П., Гузей Л.С., Останний Н.И., Татур А.О. Тесты по химии. 10-11 кл.: Учебн.-метод. пособие - М.: Дрофа, 1997. 112 с. Химия: Орган. химия : Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / И.Н. Чертков, Р.Г. Иванова. - М.: Просвещение, 2002. - 224 с.

УДК 371.3:546

проблемы верхней границы периодической системы

д.и. менделеева

М.н. СЕРГИНА, А.М. ЗИМНЯКОВ Пензенский государственный педагогический университет, кафедра химии и биохимии

Изучены проблемы верхней границы Периодической системы Д.И. Менделеева. Рассмотрены современные теоретические модели развития учения о периодичности. Используя метод экстраполяции, смоделированы возможные варианты расширения верхней границы Периодической системы Д.И. Менделеева. Выявлено закономерное изменение свойств изотопов в зависимости от заряда ядра и атомной массы. Показана роль российских и зарубежных ученых в синтезе новых химических элементов. Дано философское объяснение проблем эволюции учения о периодичности.

«Познавая бесконечное, наука сама бесконечна».

Химия - наука, которая изучает законы природы, мир веществ и явлений, происходящих в микромире. Синтез каждого нового элемента все глубже вскрывает механизм взаимодействия атомных ядер, расширяет наши представление об их строении, о процессах образования химических элементов во Вселенной. Есть ли предел усложнению атомов, предел возможностям искусственного получения элементов, отсутствующих в природе?

Однако важен не столько даже сам факт синтеза нового химического элемента. Уже 35 лет существует и развивается теоретическая гипотеза относи-

тельно того, что таблица Менделеева не кончается трансурановыми элементами. Исследуя все более тяжелые элементы мы видим, что время их жизни резко уменьшается. Если уран (92-й номер в таблице), живет миллиард лет, то 112-й элемент, который был синтезирован в Германии в 1995 г., живет 240 микросекунд! Но теория предсказывает, что если пойти еще дальше, ко все более тяжелым элементам, время их жизни начнет опять сильно возрастать.

В таком случае правомерно поставить вопрос: где верхняя граница Периодической системы? Когда в прошлом веке Дмитрий Иванович Менделеев сфор-

ИЗВЕСТИЯ ПГПУ • Естественные науки • № 1 (5) 2006 г.

мулировал свой Периодический закон, ему было известно 63 химических элемента. К 1940 г. была заполнена практически вся таблица Менделеева до номера 92 - урана - включительно. (Кроме элемента 61 - прометий, открытого в 1945 г.) Надо сказать, что уран - это своего рода Рубикон в таблице Менделеева: последний элемент, распространенный в естественном виде в земной коре. Все последующие 18 трансурановых элементов в буквальном смысле творение рук человеческих. В природе их практически нет. И чем дальше за уран, тем меньше время существования новых атомов вплоть до тысячных долей секунды. Но вот что удивительно. Теоретики предсказали, что около элемента с атомным номером 114 при числе нейтронов в ядре 182 должен существовать "остров стабильности". Время жизни этого гипотетического элемента оценивается в несколько миллионов лет.

Впрочем, достигнуть пика - 114-го элемента со 182 нейтронами в ядре - невозможно. Никакие мыслимые на сегодня реакции синтеза не приводят к такому большому количеству нейтронов в ядре. Было синтезировано ядро 114-го элемента, но в него удалось "вбить" только 174 нейтрона. А в данной ситуации каждый нейтрон значит очень много. Так, прибавление всего шести нейтронов к ядру 112-го элемента со 165 нейтронами увеличивает время жизни нового изотопа в четыре млн раз, и оно составляет минуты!

Однако о приближении к вершине "острова стабильности" можно судить и по "отрогам". Полученное ядро элемента № 116 в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне 5 сентября 2000 г. содержит 180 нейтронов. Как бы там ни было, но вершина "острова стабильности" уже оконтурена: 116-й - это как бы перелет через нее, а 112-й - недолет (Периодический закон, 2002).

Надо исследовать этот "остров стабильности", если не на вершине, то хотя бы на "отрогах", и полученные результаты экстраполировать на вершину. И если только окажется, что на вершине время жизни ядра может исчисляться сотнями миллионов лет, то тогда надо ставить эксперимент по поиску сверхтяжелых элементов в земной коре. Практические следствия этой работы - самые фантастические. Например, если критическая масса урана составляет около 20 кг, то критическая масса сверхтяжелых элементов может быть всего несколько миллиграммов. Впрочем, это все пока только научная фантастика. Фактически же после синтеза нового элемента №116 таблицы Д.И. Менделеева можно говорить об открытии целого радиоактивного семейства сверхтяжелых элементов подобно тому, как мы знаем радиоактивное семейство урана и тория. Один из выводов проведенных экспериментов касается теории синтеза атомных ядер: похоже, что заселение сверхтяжелых элементов нейтронами происходит сверху, а не снизу, как мы привыкли для стабильных элементов таблицы Менделеева. Тогда возникает вопрос: а где

тот первичный источник сверхтяжелых элементов? Может быть, на него могут претендовать так называемые нейтронные звезды? Ответов пока нет.

Наметить предел Периодической системы можно на основе теоретических соображений, если исходить из закономерностей возрастания неустойчивости атомов по мере их дальнейшего усложнения.

Д.И. Менделеев весьма осторожно подходил к оценке верхней границы Периодической системы. По его мнению, если бы существовали элементы тяжелее урана, то их число было бы ограничено.

Квантово-механические расчеты показали, что ориентировочная верхняя граница существования атомных структур материи должна была соответствовать значению Z=137. Это представление на сравнительно долгое время получило широкое распространение.

Картина постепенно менялась по мере накопления экспериментальных фактов. За сравнительно короткий период (1940-1969 г.г.) было синтезировано около 90 изотопов элементов с Z=93-102 и выявлены существенные закономерности изменения свойств этих изотопов в зависимости от Z и А.

В 1936 г. Нобелевской премии были удостоены ученые-физики, создатели теории оболочечного строения ядра М.Гепперт-Майер и Г.Иенсен. Согласно этой теории в ядре, как и в атоме, могут быть случаи предельного заполнения определенных оболочек. Только если в атоме это электронные оболочки, то в ядре протонно-нейтронные.

Несмотря на то что нельзя с уверенностью указать, где начинается заполнение 5^- и 6/-оболо-чек (так как энергетические уровни этих двух оболочек могут оказаться очень близкими), представляется вероятным, что формально это произойдет у элемента 122. Интересно представить себе электронную структуру и химические свойства этой группы элементов, которая названа суперактиноидами. У них число мест в 5g- оболочке будет 18 и в 6/-оболочке — 14. Они могут быть заполнены таким путем, что образуется смешанный внутренний переходный ряд из 32 элементов. Наилучший путь для включения их в периодическую систему элементов — это создание третьего переходного ряда, подобного ряду редкоземельных элементов, расположенного ниже лантаноидов и актиноидов, хотя это, конечно, лишь приближение и повод для поиска лучшего решения.

Таким образом, элементы, следующие за элементом 121, могут рассматриваться как аналоги элементов, расположенных в таблице за лантаном (57) и за актинием (89), и образуют самостоятельный ряд. Если эта аналогия достаточно обоснована, то для группы суперактиноидов типичной будет степень окисления, равная трем.

Однако существуют причины, по которым можно ожидать отклонений. В начале ряда, как это наблюдается вследствие тех же причин у актиноидов, можно ожидать более высокие степени окисления.