Cn · Элемент 112 · Переходный металл
Согласно прогнозам, летучее жидкое вещество — металл, который ведёт себя почти как благородный газ.
Строение
Это не диаграмма из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение коперниций среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 247 pm — это 0,247 нм, поэтому около 2,02 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Коперниций находится в жидком состоянии в диапазоне 57 K — от 283 K до 340 K.
Положение
История
Согласно прогнозам, летучее жидкое вещество — металл, который ведёт себя почти как благородный газ.
Коперниций впервые синтезирован в 1996 году международной группой ядерных физиков под руководством Sigurd Hofmann в GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research в Дармштадте, Германия, с использованием современного линейного ускорителя тяжёлых ионов (UNILAC) и наиболее совершенных на тот момент систем регистрации и анализа частиц. Это выдающееся открытие стало результатом бомбардировки мишеней из свинца-208 ионами цинка-70, ускоренными до чрезвычайно высоких и точно контролируемых энергий; в результате ядерных реакций синтеза был успешно создан коперниций-277, а его характерный сигнал радиоактивного распада регистрировался примерно 0.24 миллисекунды с помощью сложного детекторного оборудования. Немецкая исследовательская группа использовала наиболее передовые доступные технологии обнаружения, включая современные позиционно-чувствительные детекторы, точные системы измерения времени пролёта, современное оборудование для анализа энергии и сложные компьютерные алгоритмы анализа данных, чтобы идентифицировать отдельные атомы коперниция по их уникальным и несомненным цепочкам распада и энергетическим характеристикам. Первоначально элементу присвоили систематическое временное название «ununbium» (означающее «один-один-два» на латыни) в соответствии с систематическими правилами наименования International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), установленными для недавно открытых сверхтяжёлых элементов, ожидающих тщательной научной проверки и официального признания. Исследовательская группа предложила название «copernicium» в честь революционного польского астронома Nicolaus Copernicus, который коренным образом изменил наше понимание Вселенной, предложив гелиоцентрическую модель, помещавшую Солнце, а не Землю, в центр Солнечной системы и преобразившую астрономию и представления человечества о своём месте в космосе. Открытие стало выдающимся достижением ядерной физики и ускорительной техники, потребовав беспрецедентной точности в работе ускорителя, управлении ионным пучком, подготовке и позиционировании мишени, синхронизации времени и методике обнаружения для создания и надёжной идентификации атомов, существующих лишь доли секунды. Успешный синтез стал результатом многолетнего интенсивного технологического развития физики ускорителей тяжёлых ионов, сверхчувствительных систем регистрации частиц, сложных методов сбора и анализа данных и современных статистических методов идентификации чрезвычайно редких ядерных событий на фоне сложных сигналов и шумов. IUPAC официально утвердил название «copernicium» с химическим символом «Cn» в 2010 году после всестороннего международного рассмотрения экспериментальных данных, попыток независимой проверки со стороны других исследовательских групп и тщательного подтверждения научной достоверности и воспроизводимости открытия. Это достижение продемонстрировало продолжающееся быстрое развитие возможностей исследований сверхтяжёлых элементов и предоставило важнейшие экспериментальные данные для проверки наиболее современных теоретических предсказаний о ядерной стабильности, атомной структуре, релятивистских эффектах и химических свойствах на абсолютных границах периодической таблицы.
Применение
Коперниций, являющийся синтетическим сверхтяжёлым элементом с чрезвычайно коротким периодом полураспада, измеряемым секундами, не имеет практического применения за пределами фундаментальных исследований в области ядерной физики и теоретического изучения пределов атомной структуры и ядерной стабильности. Элемент используется исключительно для углубления научного понимания сверхтяжёлых ядер и получения важнейших экспериментальных данных для проверки сложных теоретических предсказаний о предполагаемом острове стабильности, где некоторые сверхтяжёлые элементы могут обладать более длительными периодами полураспада и потенциально полезными свойствами. Исследования коперниция вносят значительный вклад в проверку современных моделей ядерных оболочек и понимание того, как протоны и нейтроны организуются в очень тяжёлых атомных ядрах на абсолютных пределах ядерной физики. Элемент служит важнейшим полигоном для проверки наиболее сложных доступных теоретических моделей, пытающихся предсказать химические и физические свойства сверхтяжёлых элементов с помощью комплексных релятивистских квантово-механических расчётов и современных вычислительных методов. Исследования коперниция помогают учёным понять, как глубокие релятивистские эффекты влияют на поведение атомов, структуры электронных орбиталей и химические свойства по мере увеличения массы элементов и движения электронов со значительными долями скорости света. Экспериментальные методы, приборы и методики, специально разработанные для создания и обнаружения коперниция, существенно продвинули ядерно-физические технологии и способствовали значительному совершенствованию систем ускорителей частиц, детекторного оборудования и методов анализа данных. Исследования коперниция предоставляют бесценные данные для понимания процессов звёздного нуклеосинтеза и формирования самых тяжёлых элементов во Вселенной во время наиболее экстремальных астрофизических событий, таких как слияния нейтронных звёзд, сверхновые и другие высокоэнергетические космические явления. Исследования элемента вносят значительный вклад в подготовку следующего поколения ядерных физиков и разработку революционных экспериментальных методик для изучения редких ядерных явлений на абсолютных границах современных научных и технологических возможностей. Хотя сам коперниций не имеет никаких мыслимых практических применений, фундаментальные исследования, которые он делает возможными, значительно расширяют наше понимание ядерных процессов, лежащих в основе многих критически важных технологий ядерной медицины, ядерной энергетики, материаловедения и приложений квантовой физики.
Коперниций не имеет абсолютно никаких применений в повседневной жизни, промышленности, торговле, технологиях или какой-либо практической области из-за чрезвычайно короткого периода полураспада, составляющего примерно 28 секунд, и того, что отдельные атомы можно производить только с помощью наиболее совершенных ускорительных комплексов, доступных где-либо в мире. Элемент используется исключительно в самых передовых исследованиях ядерной физики, проводимых в небольшом числе крупных международных лабораторий, оснащённых наиболее сложными ускорителями тяжёлых ионов и сверхчувствительными детекторными системами, доступными современной науке. Научные учреждения изучают коперниций, чтобы исследовать фундаментальные вопросы о теоретических пределах атомной структуры, ядерной стабильности и абсолютном максимальном числе протонов, которое может содержаться в одном атомном ядре при любых мыслимых условиях. Ядерные физики используют коперниций как важнейший эталон для проверки и строгой валидации наиболее совершенных теоретических моделей и вычислительных методов, предсказывающих поведение, свойства и химические характеристики сверхтяжёлых элементов на границах периодической таблицы. Элемент служит критически важным экспериментальным полигоном для наиболее сложных доступных методов вычислительной химии, пытающихся предсказать химические свойства, поведение атомов и физические характеристики с помощью чрезвычайно сложных релятивистских квантово-механических расчётов, а не прямых экспериментальных измерений. Образовательные программы по передовой ядерной физике и теоретической химии используют коперниций как выдающийся пример передовых исследований наиболее фундаментальных аспектов материи и продолжающегося научного стремления понять атомную структуру на её абсолютных теоретических и практических пределах. Научные базы данных, исследовательские публикации и справочные материалы хранят максимально полные записи о свойствах коперниция, чтобы обеспечить исчерпывающую документацию всех известных химических элементов, включая существующие лишь краткое время в самых специализированных и контролируемых лабораторных условиях. Международные научные коллаборации изучают коперниций, чтобы расширять глобальное понимание физики сверхтяжёлых элементов и способствовать беспрецедентному уровню обмена знаниями и сотрудничества в ядерных исследованиях на абсолютных границах человеческих научных возможностей и понимания. Изучение элемента вносит значительный вклад в разработку революционных новых экспериментальных методов и приборов для обнаружения и анализа чрезвычайно редких ядерных событий и эфемерных ядерных видов, существующих лишь секунды в условиях строгого контроля.
Откуда он происходит
0 мг/кг земной коры · более распространён, чем 0% элементов
Коперниций не встречается в природе нигде во Вселенной ни при каких известных в настоящее время или теоретически предсказанных физических условиях и может быть создан только искусственно посредством чрезвычайно сложных и точно контролируемых реакций ядерного синтеза с использованием наиболее современных и мощных ускорительных комплексов, доступных где-либо на Земле. Элемент синтезируют, бомбардируя чрезвычайно тяжёлые ядра-мишени тщательно выбранными более лёгкими ядрами-снарядами, ускоренными до огромных и точно контролируемых энергий; обычно используют снаряды из цинка-70 и мишени из свинца-208 для создания коперниция-277 посредством тщательно контролируемых процессов ядерного синтеза, требующих исключительной точности. Для производства необходимы наиболее сложные и мощные из существующих ускорители тяжёлых ионов, способные ускорять ионы до точно заданных энергий, одновременно обеспечивая беспрецедентную точность фокусировки пучка, позиционирования мишени, синхронизации времени, регистрации частиц и систем сбора данных, работающих на пределе современных технологий. Даже при использовании наиболее совершенной ускорительной технологии, доступной современной науке, и работе самых квалифицированных научных коллективов за длительные периоды интенсивной эксплуатации удаётся производить лишь отдельные атомы коперниция, которые распадаются в результате сложных радиоактивных процессов через секунды или минуты после создания. Наиболее стабильный известный изотоп, коперниций-285, имеет период полураспада примерно 28 секунд в лабораторных условиях, тогда как другие известные изотопы распадаются значительно быстрее, некоторые — в течение миллисекунд после образования в камере мишени ускорителя. Производство элемента ограничено, вероятно, двумя или тремя специализированными исследовательскими центрами по всему миру, включая GSI в Германии и RIKEN в Японии, — учреждениями, обладающими исключительными технологическими возможностями, опытом и ресурсами, необходимыми для исследований синтеза сверхтяжёлых элементов. Полностью синтетическая природа коперниция означает, что он не встречается геологически нигде на Земле или других планетных телах, не присутствует в окружающей среде при каких-либо природных условиях и не образуется естественным образом нигде в известной Вселенной при действующих физических законах и космических условиях. Все исследования коперниция должны проводиться на отдельных атомах или чрезвычайно малом числе атомов, обнаруживаемых по их характерным и уникальным сигналам радиоактивного распада; для этого требуется наиболее чувствительное, сложное и современное оборудование, доступное современной ядерной физике. Общее количество коперниция, когда-либо созданного человечеством за всю историю исследований ядерной физики, было бы слишком малым для обнаружения обычными методами измерения и, вероятно, составляло менее нескольких десятков атомов, произведённых за десятилетия интенсивных международных исследований с привлечением наиболее современных установок и научной экспертизы.
Обращение
Коперниций радиоактивен. У него нет стабильных изотопов — каждое ядро распадается. Для обращения требуются соответствующие средства защиты и лицензия.
Коперниций представляет наиболее экстремальные и всеобъемлющие радиологические опасности, встречающиеся в любой области исследований ядерной физики, из-за его высокой радиоактивности, короткого периода полураспада и чрезвычайно энергоёмких ядерных процессов, необходимых для его производства, обнаружения, анализа и изучения в контролируемых лабораторных условиях. Основные проблемы безопасности связаны не с самими отдельными атомами коперниция, существующими в ничтожных количествах в течение чрезвычайно короткого времени, а с невероятно интенсивными, сложными и многокомпонентными радиационными полями, возникающими во время процессов синтеза, и сложным каскадом высокорадиоактивных продуктов распада, образующихся при последовательных радиоактивных превращениях элемента по нескольким каналам распада. Персонал, работающий с коперницием, должен использовать наиболее полные, современные и сложные системы радиационного контроля, доступные ядерной науке, и соблюдать самые строгие, подробные и тщательно обеспечиваемые протоколы безопасности, когда-либо разработанные для исследований ядерной физики и специально предназначенные для минимизации воздействия высокоэнергетического гамма-излучения, нейтронного потока, альфа-частиц, бета-излучения и возможного радиоактивного загрязнения из нескольких источников. Исследовательские объекты должны быть оснащены несколькими резервирующими слоями наиболее сложных и эффективных систем радиационной защиты, включающими тщательно выбранные плотные материалы, такие как свинец, вольфрам, обеднённый уран, борированный полиэтилен и специализированные композитные материалы, поглощающие нейтроны, для защиты работников от интенсивной многоспектральной и сложной радиационной среды, создаваемой при исследованиях сверхтяжёлых элементов. Рабочая среда требует непрерывного мониторинга в реальном времени с помощью нескольких независимых и резервирующих систем обнаружения радиации, оснащённых современными автоматическими блокировками безопасности и возможностями реагирования на чрезвычайные ситуации, которые могут мгновенно остановить все операции, изолировать загрязнённые зоны и активировать аварийные протоколы, если уровни радиации превышают любой заранее установленный порог безопасности или если какая-либо система безопасности указывает на потенциально опасные условия. Весь персонал должен успешно пройти обширные, комплексные и регулярно обновляемые специализированные учебные программы, охватывающие передовые принципы радиационной безопасности, процедуры реагирования на чрезвычайные ситуации, опасности ядерной физики, специфические риски сверхтяжёлых элементов, протоколы безопасности конкретного объекта и особые проблемы безопасности, связанные с исследованиями коперниция, прежде чем получить доступ к этим строго ограниченным и тщательно контролируемым объектам. Характеристики распада коперниция означают, что он подвергается радиоактивному распаду по нескольким сложным каналам и механизмам, образуя сложную и постоянно меняющуюся смесь высокорадиоактивных дочерних продуктов с различными типами распада, видами излучения, энергетическими спектрами и периодами полураспада, каждый из которых требует специальных и тщательно разработанных процедур изоляции, мониторинга и безопасности, адаптированных к индивидуальному профилю опасности.
Краткие ответы
Коперниций (символ Cn) — элемент 112 в периодической таблице, представитель семейства переходный металл в 7 периоде, 12 группе. Согласно прогнозам, летучее жидкое вещество — металл, который ведёт себя почти как благородный газ. При комнатной температуре, как ожидается, это будет жидкое вещество, и оно радиоактивно.
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s²; она включает 7 занятых электронных оболочек с распределением 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2.Образец Коперниций ещё ни разу не был сконденсирован, поэтому оба значения рассчитаны, а не измерены: предполагается, что он плавится при 283 K (9.9 °C) и кипит при 340 K (66.9 °C). Он расплавится в тёплой комнате или на ладони.
У Коперниций нет стабильных изотопов, поэтому для него не существует стандартной атомной массы. Указанное значение 285 — массовое число наиболее долгоживущего известного изотопа.
Предполагается, что плотность Коперниций составляет около 23.7 г/см³, хотя образец, достаточно большой для взвешивания, ещё ни разу не был получен. Для сравнения, плотность воды — 1,0 г/см³.
Коперниций был открыт в 1996 году GSI Darmstadt. Назван в честь nicolaus Copernicus.
Коперниций практически не встречается в природе на Земле — его получают в реакторе или ускорителе.
Да. Коперниций не имеет стабильных изотопов — каждое его ядро распадается. В природе он не встречается в количествах, пригодных для использования, и должен быть синтезирован.