В соединении YBa₂Cu₃O₇ содержатся атомы меди в двух степенях окисления: Cu⁺², находящиеся в центре квадрат­ных пирамид [CuО₅], и Cu⁺³, располо­женные в плоско-квадратном окруже­нии из атомов кислорода [CuО₄].

Считается, что сверхпроводящие свойства купрата бария-иттрия при температуре ниже -180 °С обусловле­ны перекрыванием Зd-орбиталей атомов меди и 2р-орбиталеи атомов кис­лорода с образованием протяжённых зон проводимости.

В наше время большое значение уделя­ется синтезу соединений с практически важными свойствами. Примером тако­го вещества могут служить фиолетово-пурпурные кристаллы гексаборида лан­тана LaB₆. Они весьма термостойки (t_пл=2740 °С), обладают высокой твёр­достью, а при нагреве легко испускают электроны. Именно поэтому LaB₆ нача­ли использовать в катодах электронно­лучевых трубок — элементах дисплеев и телевизоров. Катод посылает «элек­тронный луч», который, попадая на эк­ран, и создаёт изображение. Явление носит название термоэлектронной эмиссии. У кристалла гексаборида лан­тана она происходит при температуре значительно более низкой, чем у обыч­но применяемых материалов, таких, как паста из оксида бария, нанесённая на вольфрамовую нить.

Каких свойств веществ чаще всего хотят добиться химики-неорганики? В большинстве случаев — экстремаль­ных. Вспомним, что львиная доля про­цессов с участием органических со­единений (за исключением, может быть, полимеров), протекает в услови­ях, близких к биологическим, — в очень ограниченном интервале темпе­ратур и давлений. Многие органиче­ские вещества не выдерживают тем­ператур выше 200—300 °С и давлений больше нескольких сот атмосфер — дальше происходит разложение. А если нужен материал, работающий в жёстких условиях, за дело берётся неорганическая химия.

Самый лёгкий элемент — водород; его атомный номер 1, заряд ядра +1, мень­ше не бывает, потому вопрос о сущест­вовании более лёгких элементов отпа­дает сам собой. А как обстоят дела с нижней границей периодической сис­темы? Да и есть ли она?

Элемент № 103 — лоуренсий (Lr), синтезированный в начале 60-х гг. XX в., заполнил последнюю клетку в ряду актинидов. Для получения более тяжёлых элементов в подмосковном городе Дубне был создан уникальный ускоритель тяжёлых ионов. В 1968— 1969 гг. с его помощью при облуче­нии ионами неона-22 мишени, содер­жащей плутоний, удалось получить элемент № 104: ²⁴²₉₄Pu+²²₁₀Ne®²⁵⁹104+5¹₀n, впоследствии названный резерфордием (Rf). Одновременно он был синтезирован и американскими ис­следователями. Элемент № 104 — первый химический трансурановый элемент, не относящийся к семейст­ву актинидов; свойства его соедине­ний резко отличаются от свойств соединений актинидов.

В 1970 г. в Дубне под руководством Г. Н. Флёрова и в США под руководст­вом А. Гиорсо были получены первые атомы элемента № 105, которому да­ли название «дубний» (Db).

Путём бомбардировки урана-238 нейтронами или ядрами лёгких ато­мов в 40—50-х гг. XX в. удалось синтезировать многие трансурановые элементы.

Большая заслуга в этом принадле­жит профессорам Калифорнийского университета Гленну Теодору Сиборгу (1912—1999) и Эдвину Маттисону Макмиллану (1907—1991), удостоен­ным в 1951 г. Нобелевской премии по химии.

Первые трансурановые элемен­ты — нептуний (Np, в честь планеты Нептун) и плутоний (Pu, в честь пла­неты Плутон) образуются при b-распаде ядер урана. Для синтеза следую­щего элемента (№ 95) потребовалось использование более мощных потоков нейтронов, которыми бомбардирова­ли ядра нуклида ²³⁹Pu. Этот элемент получил название «америций» (Am).

Элементы с порядковыми номерами 99 и 100 были открыты в ноябре 1952 г., когда американцы осуществили термоядерный взрыв на коралло­вом острове Бикини в южной части Тихого океана. В результате взрыва возникло радиоактивное облако диаметром примерно 200 км. В эпицентр были направлены беспилотные радиоуправляемые самолёты. Полученные с них данные указывали на то, что часть атомов урана, входившего в состав термоядерного устройства, захватили до 17 нейтронов. Радиоактивный рас­пад образовавшихся при этом сверхтяжёлых изотопов урана последова­тельно порождал трансурановые элементы, вплоть до элементов с поряд­ковыми номерами 99 и 100. Чтобы выделить возможно большее их количество, исследователям пришлось переработать тонны кораллов, со­бранных в районе взрыва. Впоследствии эти элементы удалось получить и в ядерном реакторе. Они были названы эйнштейнием (Es) и фермием (Fm).

Вторую сотню химических элементов в таблице Менделеева открывает эле­мент, названный в честь её создателя. Увлекательную и захватывающую исто­рию открытия 101-го элемента расска­зали Альфред Гиорсо, Беруэлл Харви, Грегори Чоппин и Стенли Томпсон — сотрудники Гленна Сиборга, получив­шего в 1951 г. Нобелевскую премию за изучение химических свойств трансура­новых элементов.

«Новый элемент — менделевий был получен путём бомбардировки эйнштей­ния, 99-го элемента, ядрами гелия. Ядер­ная реакция предельно проста: ²⁵³₉₉Es+⁴₂He ®²⁵⁶₁₀₁Md+¹₀n. Мы осуществили её в циклотроне, где пучок ядер гелия уда­ряется о небольшую мишень. Мишень — это кусочек очень тонкой золотой фоль­ги, на заднюю поверхность которой нанесён электролитическим способом неразличимый простым глазом слой эйн­штейния — не более, чем несколько мил­лиардов атомов. Если некоторые атомы эйнштейния превратятся в результате бомбардировки в менделевий, то они должны покинуть мишень, будучи выби­ты из неё при соударении с ядрами ге­лия. Позади мишени расположена ещё одна золотая фольга, которая захваты­вает атомы нового элемента, как только они вылетают из мишени. Ядра гелия, об­ладающие большой скоростью, были по­лучены  на старом полутораметровом циклотроне, расположенном на спортив­ной площадке Калифорнийского универ­ситета в Беркли. Если позволить мощно­му потоку ядер гелия пройти мимо мишени и вырваться наружу, в воздух, то его можно увидеть — это узкий голубой пучок света. Его даже можно сфото­графировать через полутораметровый слой воды, который служит смотровым окном, ведущим в помещение, где распо­ложен циклотрон. Это и есть тот самый пучок, который падает на мишень и, при­бавляя два протона гелия к 99 протонам эйнштейния, превращает последний в менделевий.

Большие надежды как на перспективное ядерное топливо в своё время воз­лагались на изотоп калифорния ²⁵¹Cf, который по ядерным свойствам бли­зок урану-235. Однако практический интерес к нему остыл после того, как была определена критическая масса этого изотопа: она составляет всего... 10 г. Мощность происходящего при такой массе миниатюрного ядерного взрыва может быть использована лишь в специальных пулях или снарядах.

Природный уран представляет собой смесь трёх изотопов: ²³⁵U (0,72%), ²³⁸U (99,274%) и ²³⁴U (0,006%). Для нужд ядерной техники часто необхо­дим уран, обогащённый изотопом ²³⁵U.

 

Урановая руда и оксид ypaнa(IV).

Это ставит перед исследовате­лями нелёгкую задачу разделения изотопов. В промышленности наи­большее распространение приобрёл газодиффузионный метод, осно­ванный на неодинаковой скорости диффузии (проникновения) частиц с различной массой через пористую перегородку — мембрану. Для выде­ления изотопа ²³⁵U весь металл пере­водят во фторид UF₆ — легколетучее кристаллическое вещество. Процесс разделения повторяют многократно с помощью специального каскада с большим числом ячеек, содержащих пористые перегородки. Для обогаще­ния урана изотопом 235 от исходно­го его содержания в природной сме­си до 95% требуется каскад в 5 тыс. ступеней.

Уран принадлежит к числу редких элементов. Однако в земной коре его 2•10^-4%, т. е. больше, чем кадмия, се­ребра, ртути и висмута. Известно око­ло 200 минералов урана, большинст­во из них — оксиды переменного состава или сложные уранаты (напри­мер, карнотит К₂О•2UO₃•V₂O₅•3Н₂О, названный в честь французского гор­ного инженера М. А. Карно). Неболь­шое количество урана содержится также во фторапатите Са₅(РО₄)₃(ОН, F), монаците, некоторых глинах и сортах гранита. Простейший мине­рал — уранинит UO_2+x, Это диоксид урана, подвергшийся частичному окислению кислородом воздуха либо кислородом, выделившимся в результате перестройки структуры оксида UO₂ при радиоактивном превраще­нии урана в свинец: при этом образу­ется оксид PbО, а избыточный кисло­род, выделяющийся в свободном виде, окисляет уран. Урановая руда считает­ся богатой, если содержит от 0,5 до 1% урана. На заводах по переработ­ке урановых руд уранинит обогащают, а затем отделяют уран от примесей и выделяют в виде оксида UO₂.

Для получения металлического урана диоксид переводят в тетрафторид: UO₂+4HF=UF₄+2H₂O и потом восстанавливают металлотёрмически: UF₄+2Mg®^t°U+2MgF₂. Возника­ет вопрос: зачем надо превращать оксид во фторид, если уран можно по­лучать и напрямую из оксида, восста­навливая его кальцием или магнием? Восстановление из фторида пред­почтительнее, потому что только в этом случае выделяющегося в ходе ре­акции тепла достаточно для расплав­ления и металла, и шлака. Когда рас­плав охлаждают, образуется слиток урана. А при восстановлении оксида уран получается в виде порошка, ко­торый трудно отделить от шлака.

Актиниды — тугоплавкие металлы се­ребристого цвета. Как и 4f-элементы, они обладают высокой химической активностью. Однако, по сравнению с лантанидами, между отдельными пред­ставителями семейства актинидов раз­личий больше: у каждого из них свои особенности. Из всех представителей семейства наибольшее практическое значение имеет уран. Одно время, на заре ядерных исследований, XX век называли даже веком урана.

По внешнему виду уран напоми­нает сталь: легко поддаётся ковке, полировке, прокатке, тугоплавок (t_пл=1130 °С). Уран — плохой провод­ник тепла и электричества: его тепло­проводность в 13 раз меньше теп­лопроводности меди.

Трансурановыми назы­вают элементы, располо­женные в периодической системе за ураном, т. е. име­ющие порядковый номер больше 92.

В отличие от лантанидов, все 5f-элементы радиоактивны, т. е. не имеют стабильных изотопов. И если для тория и урана существуют изотопы, период полураспада которых измеря­ется миллиардами лет, то время жиз­ни трансурановых, т. е. следующих за ураном, элементов, как правило, уменьшается с увеличением порядко­вого номера. Очевидно, что если элемент живёт лишь доли секунды,

это создаёт значительные трудно­сти в изучении его химических свойств.

Из всего семейства актинидов в природе в заметном количестве встречаются лишь торий и уран, на­ходящиеся в начале ряда. Остальные элементы являются искусственными, синтезированными человеком. Одни из трансурановых элементов выделе­ны в количествах сотен тонн (Pu), для других массы исчисляются граммами или даже микрограммами, а некото­рые получены лишь в количестве не­скольких атомов.

Оксид урана U₃O₈, выделенный в 1789 г. немецким химиком Мартином Клапротом из урановой смоляной ру­ды (урановой смолки), долгое время считали простым веществом. Ему при­своили имя планеты, открытой за во­семь лет до этого.

Металлический уран впервые уда­лось получить в 1841 г. французскому учёному Эжену Пелиго (1811 — 1890) восстановлением тетрахлорида урана калием: UCl₄+4К=U+4КCl. Аналогич­ным образом Берцелиусом в 1828 г. был получен торий, названный в честь Тора — бога-громовержца в скандинавской мифологии.