К 150-летию таблицы Менделеева

Сценарий научно-практической конференции

«Вклад ученых физиков в открытие новых химических элементов в таблице Менделева »(в рамках празднования 150-летия таблицы Менделеева)

Автор и организатор:учитель физики МБОУ СОШ № 12 г.Пятигорска Аулова Ирина Анатольевна.

Место проведения: МБОУ СОШ №12 г. ПятигорскаДата проведения: 23.04.19.

Ход мероприятия.

В-1:2019 год провозглашен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Нынешний год станет для таблицы Менделеева юбилейным: 150 лет назад, в 1869 году в журнале Русского химического обществ была опубликована статья «Соотношение свойств с атомным весом элементов», где описывалась первая схема Периодической таблицы.

В-2: Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Некоторые элементы, а именно, бериллий, индий, уран, торий, церий, титан, иттрий — имели на момент работы Менделеева неправильно определённый атомный вес, и Менделеев делает для них исправление атомного веса на основании открытого им периодического закона.

В-1:Многие страны долго не принимали новую систему. К примеру, в Норвегии информация о Периодической системе появилась почти спустя 20 лет после первой научной журнальной публикации. А в учебный процесс в норвежских вузах и колледжах данное открытие стало понемногу вводиться почти полвека спустя. В Испании ученые вначале вообще отнеслись к новой системе, предложенной русским ученым-химиком очень скептично. Периодическая таблица появилась в испанских учебниках, но рассматривалась не как основа классификации элементов, а лишь как способ введения теоретических аспектов в учебный материал.

В-2: Сейчас изобретением Дмитрия Ивановича Менделеева пользуется весь мир. В таблице на сегодняшний день 118 элементов. Самая большая таблица Менделеева установлена на стенах химического факультета Университета Мурсии в Испании. Инсталляция состоит из 118-ти металлических квадратов. Каждый – размером 75 на 75 сантиметров. Общая площадь таблицы – почти 150 квадратных метров.

В-1: Составляя Периодическую таблицу, учёный предугадал характеристики ещё не открытых на тот момент элементов и оставил в своей таблице для них свободные места. На момент составления в таблице было 56 элементов. Но Менделеев оставил в ней пустые клеточки, точно зная, что некоторые еще только предстоит открыть. Сегодня их уже вдвое больше – 118. 

В-2: В названиях элементов зашифрованы имена ученых или мифических героев, некоторые названы в честь географических мест и планет. В таблице Менделеева нет буквы J. Интересный факт – для обозначения элементов Менделеев использовал латинский алфавит. В нем 26 букв, а в таблице только 25. Почему-то отсутствует «жи». Почему – так и осталось загадкой. Рассказывают, что за открытие периодической системы Менделеева наградили алюминиевой кружкой. Для XIX века это было настоящее сокровище, потому что в те времена алюминий был дороже золота.

В-1: В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу протонов. А химические свойства элемента определяет распределение электронов по электронным оболочкам атома. Заряд ядра соответствует номеру элемента в периодической системе, который по праву назван «числом Менделеева».

В-2: Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались всё новые и новые элементы. Эта научная проблема бала решена уже не химиками а физиками!

В-1:Но прежде, чем мы перейдем к информации о вкладе физиков в таблицу Менделеева, мы несколько минут уделим биографии Дмитрия Ивановича Менделеева. Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) родился 8 февраля 1834 года и в 2019 году отмечается не только 150-летие открытия Периодического закона элементов, но и 185 лет со дня рождения великого русского ученого. С краткой биографией Дмитрия Ивановича Менделеева вас познакомит ученик _________________________________________________

Выступление ученика с презентацией по теме «Биография Дмитрия Ивановича Менделеева».

В-2: А теперь настало время узнать, какие физические исследования позволили заполнить таблицу Менделеева. Про­бле­ма син­теза новых хими­че­ских эле­мен­тов была тесно свя­зана с новым направ­ле­нием в ядер­ной физике — это иссле­до­ва­ние про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих при столк­но­ве­нии тяже­лых ядер.

В-1: Во время таких столкновений осуществляютсяядерные реакции. Я́дерная реа́кция — это процесс взаимодействия атомного ядра с другим ядром или элементарной частицей, который может сопровождаться изменением состава и строения ядра. Таким образом может образоваться новый химический элемент.

В-2:Яркой стра­ни­цей в науч­ном развитии и пополнении Пери­о­ди­че­ской таб­лицы Д.И. Мен­де­ле­ева были работы по син­тезу новых хими­че­ских эле­мен­тов советского, российского ученого Георгия Николаевича Фле­рова и его последователей. Об этом нам расскажут ученики:___________________________________________________________________________________

Выступление по теме: «Открытие новых химических элементов физиками-ядерщиками».

У-1:В 1957 г. из Нобелевского физического института в Стокгольме поступило сообщение о том, что группе исследователей в результате бомбардировки ядер кюрия-244 сильно ускоренными ионами углерода-13 удалось получить новый трансурановый элемент 102. Элемент, испускающий alfa-лучи, имеет период полураспада 10-12 мин.; массовое число 253. Однако убедительно подтвердить свое открытие шведские ученые не смогли.

У-2: Не удалось сделать это и американским ученым Гиорсо и Сиборгу. Эти физики сообщили, что при бомбардировке ядер кюрия-246 ионами углерода (С-12 и С-13) они получили изотоп элемента 102 с массовым числом 254 и периодом полураспада около 3 сек. Но, к сожалению, не смогли этот новый элемент идентифицировать химическим путем.

У-3:Наиболее убедительные исследования в этом направлении были сделаны в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне под руководством Георгия Николаевича Флерова. Лаборатория ядерных реакций была создана в Объединенном институте ядерных исследований в 1957 году. Её основателем и руководителем на протяжении более 30 лет был выдающийся советский физик академик Георгий Николаевич Флёров, имя которого носит и по сей день Лаборатория.

У-1: Физики Флерова избрали другой путь синтеза элемента-102, временно обозначенного индексом «Х». Они предложили проводить бомбардировку ядер урана-238 ионами неона.

₉₂U²³⁸ + ₁₀Ne²²=₁₀₂X²⁶⁰ или ₁₀₂X²⁵⁶ +4₀n¹ (есть на экране)

У-2:В результате такой ядерной реакции получался изотоп ₁₀₂X²⁵⁶с массовым числом 256 и зарядом ядра 102. Лабораторией Флерова было установлено, что период полураспада этого изотопа превышает 1000 секунд. В настоящее время во многих лаборатория продолжаются исследования с целью изыскания методов получения и определения времени жизни изотопов элемента 102.

У-3: Советские исследователи предложили назвать новый элемент «жолиотий» в честь Фредерика Жолио-Кюри, а американцы дали ему имя «нобелий».Оба этих названия имели хождение в изданных в разные годы в Периодических таблицах элементов, пока, согласно решению ИЮПАК, за 102 элементом не было закреплено название «нобелий»в честьАльфреда Нобеля.

ИЮПАК – это Международная неправительственная организация в области химии. Краткое название по первым буквам формируется из названия организации: Междунаро́дныйсою́зтеорети́ческойиприкладно́йхи́мии (ИЮПАК, англ.InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPACС).

У-1:Это авторитетная международная структура, занимающаяся разработкой и распространением стандартов в области наименований химических соединений через межрегиональную комиссию по номенклатуре и обозначениям. ИЮПАК является членом Международного совета по наукеICSU (англ.InternationalCouncilforScience).

У-2: О синтезе химического элемента №103 впервые объявили в 1961 году сотрудники национальной лаборатории в Беркли, которые предложили для данного элемента название «лоуренсий» (в честь изобретателя циклотрона Эрнеста Орландо Лоуренса).

У-3:Однако, эксперименты, проведённые в СССР и в Европе, не подтвердили достоверность этих заявлений. Фактически реальный синтез элемента №103 был проведён сотрудниками лаборатории Флёрова в Дубне в 1965-1967 гг., которые предложили для этого элемента название «резерфордий» в честь Эрнеста Резерфорда. Американцы в журнале “The Physical Review” (август 1971 г.) были вынуждены признать, что «элемент с номером 103 впервые был синтезирован в Дубне».

У-1: Тем не менее, в 1997 году IUPAC утвердил за этим элементом название «лоуренсий». Лоуренсий (лат. Lawrencium) – это искусственно полученный радиоактивный химический элемент семейства актиноидов, атомный номер 103. Стабильных изотопов не имеет. В периодической системе элементов Д. И. Менделеева это название заключено в скобки. Наиболее долгоживущим является изотоп с массовым числом ²⁶⁰Lr с периодом полураспада около 3 минуты. Все изотопы лоуренсия получены в ничтожно малых количествах. По химическим свойствам лоуренсий должен быть похожим на другие тяжёлые актиноиды.

У-2:Актиноиды или актиниды – это семейство из 14 химических элементов с атомными номерами от 90 до 103, которые расположены в 7 периоде периодической таблицы Менделеева за актинием Ас и относящихся, как и актиний, к III группе таблицы.

У-3: К актиноидам относятся: торий, протактиний, уран, нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий и лоуренсий. Все актиноиды являются радиоактивными, т.е. у них нет стабильных изотопов. Торий, протактиний, уран (Th, Pa и U) принадлежат к естественно-радиоактивным элементам, встречающимся в природе, и они были открыты ранее других.

У-1:Остальные актиноиды, которые часто называют трансурановыми элементами, были получены в 1940 искусственным путем при помощи ядерных реакций. Из них только нептуний, плутоний (Np и Pu) обнаружены в малейших количествах в некоторых радиоактивных рудах. Актиноиды с большими атомными номерами пока в природе не обнаружены.

У-2:С 1989г по 1996г Лабораторией им. Флерова в Дубне руководил Академик РАН Юрий Цолакович Оганесян. Юрий Оганесян родился в 1933 году в Ростове на Дону. В 1956 году он закончил Московский инженерно-физический институт. Свою научную деятельность Юрий Цолакович начал в Институте атомной энергии в 1958 году. Являясь ближайшим учеником академика Г. Н. Флёрова, он внёс большой самостоятельный вклад в развитие и реализацию оригинальных физических идей.

У-3: Объединённым институтом ядерных исследований в Дубне под руководством Оганесяна проведены фундаментальные исследования механизма взаимодействия сложных ядер. Это сложные сверхтяжелые химические элементы, полученные в процессе искусственного синтеза, жизнь которых длится тысячные доли секунды. Эти элементы есть ни что иное как результат превращения атомов в процессе бомбардирования берклия изотопами кальция.

У-1:Юрию Цолаковичу Оганесяну принадлежат основополагающие работы по синтезу новых элементов на пучках тяжёлых ионов. В период с1960 по 1970 год им совместно с сотрудниками были впервые проведены эксперименты по синтезу элементов с зарядом ядра Z = 104—108. Для исследований предельно тяжёлых ядер Оганесяном были выбраны реакции слияния нейтронно-обогащённых изотопов актинидов с ускоренными ионами кальция-48.

У-2: В ноябре 2016 года стало известно, что долгожданные элементы с атомными числами 113, 115, 117 и 118 пополнили таблицу Менделеева. Эти элементы были открыты в лаборатории ядерных реакций им. Флерова в Дубне совместно с зарубежными учеными Ливерморской национальной лаборатории (США).

У-3: Сейчас Лаборатория ядерных реакций имени Флерова является одним из ведущих научных центров в области ядерной физики. В Лаборатории работает около 450 человек, в том числе 150 научных сотрудников (из них 18 докторов наук и 65 кандидатов наук). В её программе реализуются оригинальные и актуальные научные идеи. С января 2007г. директором Лаборатории ядерных реакций по настоящее время является профессор Сергей Николаевич Дмитриев.

Просмотр видео о деятельности Лаборатории ядерных реакций имени Флерова в наше время.

В-1:На сегодняшний день у Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова имеются три основных направления работы. Они включают в себя:

• эксперименты с пучками ионов стабильных и радиоактивных изотопов по синтезу сверхтяжелых и экзотических ядер;

• изучение ядерных реакций, теоретические исследования, развитие ускорительной техники и ускорительных технологий;

• взаимодействие тяжелых ионов с материей и прикладные исследования.

В-2: Целых пять химических элемента оставят российский след в периодической таблице химических элементов не только фактом их открытия но и их названиями! Элемент с порядковым номером №101, открытый в 1955 году искусственным путём, получил название в честь создателя периодической таблицы «менделевий»!

В-2: В знак признания выдающихся достижений в области синтеза сверхтяжелых элементов коллектива Лаборатории им. Флерова в Дубне, 105-ому элементу Периодической системы Менделеева было присвоено название «дубний». Это событие состоялось 22-30 августа 1997г. на сессии Генеральной Ассамблеи Международного Союза Чистой и Прикладной химии в Женеве.

В-1: 28 ноября 2016 года ИЮПАК официально утвердил названия для новых элементов таблицы Менделеева: «московий» 115-му элементу и «оганесон» 118-му элементу! Таким образом, «оганесон» стал элементом, который был назван в честь живого российского человека!

В-2:Практическое применение этих элементов получить в настоящее время не представляется возможным не только по причине их ультракороткого существования, а и очень малого числа производства в условиях лаборатории — порядка одного атома в месяц. По мнению ученых это вопрос времени.

В-1:На этом история периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева не закончена, она продолжается!Российское химическое общество в этом году также отмечает свой 150-летний юбилей – оно родилось за год до открытия периодического закона и теперь носит его имя.

В-2: Сегодня не только ученые-химики во всем мире знают и ценят великое открытие Дмитрия Ивановича Менделеева. О Периодической таблице химических элементов пишут поэты и авторы научно-популярных книг. Как написал еще советский поэт Степан Петрович Щипачев в стихотворении «Читая Менделеева»:

В-1:« Другого ничего в природе нет
ни здесь, ни там, в космических глубинах:
все — от песчинок малых до планет —
из элементов состоит единых.

В-2:Как формула, как график трудовой
строй Менделеевской системы строгой.
Вокруг тебя творится мир живой,
входи в него, вдыхай, руками трогай.

В-1:Есть просто газ легчайший — водород,
есть просто кислород, а вместе это —
июньский дождь от всех своих щедрот,
сентябрьские туманы на рассветах.

В-2:Кипит железо, серебро, сурьма
и темно-бурые растворы брома,
и кажется вселенная сама
одной лабораторией огромной...».

**********************************************************

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/540341-k-150-letiju-tablicy-mendeleeva