Строение
Это не схема 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 связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место коперниций занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 247 pm — that is 0.247 nm, so about 2024 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Коперниций is liquid over a 57 K window, from 283 K to 340 K.
История
Predicted to be a volatile liquid — a metal that behaves almost like a noble gas.
Коперниций впервые был синтезирован в 1996 году международной группой специалистов по ядерной физике 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 передовых на тот момент систем регистрации и анализа частиц. Это знаменательное открытие включало бомбардировку мишеней из свинца-208 ионами цинка-70, ускоренными до чрезвычайно высоких и точно контролируемых энергий, что позволило успешно создать коперниций-277 посредством реакций ядерного синтеза и обнаружить его характерную сигнатуру радиоактивного распада примерно за 0,24 миллисекунды с помощью сложного 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. Изначально элемент получил систематическое временное название «унунбий» (что на латыни означает «один-один-два») в соответствии с систематическими правилами наименования Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), установленными для вновь открытых сверхтяжёлых элементов, ожидающих тщательной научной проверки и официального признания. Исследовательская группа предложила название «коперниций» 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, преобразив астрономию и человеческое представление о нашем 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 достоверной идентификации атомов, существующих лишь доли секунды. Успешный синтез потребовал многих лет интенсивной технологической разработки в области 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 фоновых сигналов и шумов. IUPAC официально утвердил название «коперниций» с химическим символом «Cn» в 2010 году после всесторонней международной проверки экспериментальных данных, независимых попыток подтверждения другими исследовательскими группами 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, чрезвычайно короткоживущий искусственный сверхтяжёлый элемент с периодом полураспада, измеряемым секундами, не имеет практического применения за пределами фундаментальных исследований 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 испытательным объектом для наиболее сложных доступных теоретических моделей, пытающихся предсказать химические и физические свойства сверхтяжёлых элементов с помощью сложных релятивистских квантово-механических расчётов и современных вычислительных методов. Исследования коперниция помогают учёным понять, как сильные релятивистские эффекты влияют на поведение атомов, структуру электронных орбиталей и химические свойства по мере увеличения массы элементов и движения электронов со значительными долями скорости света. Экспериментальные методы, оборудование и методики, специально разработанные для создания и обнаружения коперниция, значительно продвинули технологии ядерной физики и способствовали существенному совершенствованию ускорителей частиц, детектирующего оборудования и методов анализа данных. Исследования коперниция дают бесценные данные для понимания процессов звёздного нуклеосинтеза и образования самых тяжёлых элементов 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 специалистов по ядерной физике и разработку революционных экспериментальных методик для изучения редких ядерных явлений на абсолютных передовых рубежах современных научных и технологических возможностей. Хотя сам коперниций не имеет мыслимых практических применений, фундаментальные исследования, которые он делает возможными, существенно расширяют наше понимание ядерных процессов, лежащих в основе многих критически важных технологий ядерной медицины, ядерной энергетики, материаловедения и приложений квантовой физики.
Коперниций абсолютно никак не применяется в повседневной жизни, промышленности, торговле, технологиях или какой-либо практической области из-за чрезвычайно короткого периода полураспада, составляющего приблизительно 28 секунд, и того, что отдельные атомы можно производить только с помощью наиболее современных ускорительных комплексов, доступных где-либо в мире. Элемент используется исключительно в передовых исследованиях ядерной физики, проводимых в очень небольшом числе крупных международных лабораторий, оснащённых наиболее сложными ускорителями тяжёлых ионов и сверхчувствительными системами обнаружения, доступными современной науке. Научно-исследовательские 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. Специалисты по ядерной физике используют коперниций как важнейший эталон для проверки и строгого подтверждения наиболее современных теоретических моделей и вычислительных методов, предсказывающих поведение, свойства и химические характеристики сверхтяжёлых элементов на границах периодической таблицы. Элемент служит важнейшим экспериментальным испытательным объектом 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 поддерживают наиболее полные возможные записи о свойствах коперниция, чтобы обеспечить полную документацию всех известных химических элементов, включая существующие лишь краткое время в наиболее специализированных и контролируемых лабораторных условиях. Международные научные сотрудничества изучают коперниций для развития глобального понимания физики сверхтяжёлых элементов и беспрецедентного расширения обмена знаниями и сотрудничества в ядерных исследованиях на абсолютных передовых рубежах человеческих научных возможностей и понимания. Исследование 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 строго контролируемых условиях.
Откуда он берётся
0 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 0% of elements
Коперниций не встречается в природе нигде во Вселенной при любых известных или теоретически предсказанных физических условиях и может быть создан только искусственно посредством чрезвычайно сложных и точно контролируемых ядерных реакций синтеза с использованием самых современных и мощных ускорителей частиц, доступных 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. Производство требует самых сложных и мощных существующих ускорителей тяжёлых ионов, способных ускорять ионы до заданных энергий, одновременно обеспечивая беспрецедентную точность фокусировки пучка, позиционирования мишени, синхронизации времени, регистрации частиц и работы систем сбора данных на пределах современных технологий. Даже при использовании самых передовых ускорительных технологий современной науки и работе наиболее квалифицированных научных коллективов за длительные периоды интенсивной эксплуатации можно произвести лишь отдельные атомы коперниция, и эти атомы распадаются в результате сложных радиоактивных процессов через секунды или минуты после создания. Наиболее стабильный известный изотоп, коперниций-285, имеет период полураспада приблизительно 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 искусственная природа коперниция означает, что он не встречается геологически нигде на Земле или других планетных телах, не присутствует в окружающей среде ни при каких естественных условиях и не образуется естественным путём 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 сигнатурам радиоактивного распада, что требует наиболее чувствительного, сложного и современного оборудования, доступного для исследований в современной ядерной физике. Общее количество коперниция, когда-либо созданного человечеством за всю историю исследований ядерной физики, было бы слишком ничтожным для обнаружения обычными методами измерения и, вероятно, составило менее нескольких десятков атомов, произведённых за десятилетия интенсивных международных исследований с использованием наиболее современных установок и научных знаний.
Обращение
Коперниций радиоактивен. It has no stable isotope — every nucleus decays. 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 интенсивной радиоактивности, короткого периода полураспада и чрезвычайно высокоэнергетических 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 коротких периодов, а с невероятно интенсивными, сложными и многогранными радиационными полями, возникающими во время синтеза, и сложным каскадом высокорадиоактивных продуктов распада, образующихся по мере последовательных радиоактивных превращений элемента по нескольким каналам распада. Персонал, работающий с коперницием, должен использовать наиболее полные, современные и сложные системы радиационного контроля, доступные современной ядерной науке, и соблюдать самые строгие, подробные и тщательно контролируемые протоколы безопасности, когда-либо разработанные для исследований ядерной физики, специально предназначенные и постоянно обновляемые для минимизации воздействия высокоэнергетического гамма-излучения, потока нейтронов, альфа-частиц, бета-излучения и потенциального радиоактивного загрязнения из нескольких источников. Исследовательские объекты должны быть оснащены несколькими резервными уровнями 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 во время исследований сверхтяжёлых элементов. Рабочая среда требует непрерывного мониторинга в реальном времени с помощью нескольких независимых и резервных систем обнаружения радиации, оснащённых современными автоматическими блокировками безопасности и возможностями аварийного реагирования, способными мгновенно остановить все операции, изолировать загрязнённые зоны и активировать аварийные протоколы, если уровни радиации превысят любой заранее установленный безопасный порог или если какая-либо система безопасности укажет на потенциально опасные условия. Весь персонал должен успешно пройти обширные, комплексные и регулярно обновляемые специализированные программы обучения, охватывающие передовые принципы радиационной безопасности, процедуры аварийного реагирования, 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 множеству сложных каналов и механизмов, создавая сложную и постоянно меняющуюся смесь высокорадиоактивных дочерних продуктов с различными видами распада, типами 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 (symbol Cn) is element 112 on the periodic table, a переходный металл in period 7, group 12. Predicted to be a volatile liquid — a metal that behaves almost like a noble gas. At room temperature it is expected to be a liquid, and it is radioactive.
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s², giving 7 occupied shells holding 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 electrons respectively.No sample of коперниций has ever been condensed, so both figures are calculated rather than measured: it is predicted to melt at 283 K (9.9 °C) and boil at 340 K (66.9 °C). It will melt in a warm room or in the palm of your hand.
Коперниций has no stable isotope, so it has no standard atomic weight. The figure quoted, 285, is the mass number of its longest-lived known isotope.
Коперниций is predicted to have a density of about 23.7 g/cm³, though no sample large enough to weigh has ever been made. Water is 1.0 g/cm³ for comparison.
Коперниций was discovered in 1996 by GSI Darmstadt. It is named after nicolaus Copernicus.
Коперниций does not occur naturally on Earth in any meaningful quantity — it is made in a reactor or an accelerator.
Yes. Коперниций has no stable isotope — every one of its nuclei decays. It does not occur in usable quantities in nature and must be synthesised.