Таблица химические свойства клетки: Химический состав клетки – свойства и роль кратко в таблице

Периодическая таблица через 150 лет

Ю. Ц. Оганесян

По материалам доклада на Научной сессии Общего собрания членов РАН, посвященной закрытию Международного года Периодической таблицы 14 ноября 2019 г. В варианте статьи журнала «Вестник Российской академии наук» № 4 2020 г.

К началу 2019 г., провозглашенного ООН и ЮНЕСКО Международным годом Периодической таблицы химических элементов, 7-й период таблицы был уже заполнен новыми, самыми тяжелыми элементами. Согласно предсказаниям теории, изотопы сверхтяжелых элементов, обладающие повышенной стабильностью, образуют на карте нуклидов большую зону в виде острова с вершиной, расположенной вблизи «магических» чисел протонов Z=114 и нейтронов N=184. Новые элементы с атомными номерами от 114 до 118 были синтезированы в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне в 2000–2012 гг. в реакциях слияния ядер мишени – тяжёлых изотопов актиноидов (Z = 94–98) – с бомбардирующими ионами кальция-48. Из полученных экспериментальных результатов следует, что могут существовать ядра/элементы с атомными номерами более 118 и массами более 300 а.е.м. Для исследования ядерной и электронной структур новых элементов, а также их химических свойств, равно как и синтеза элементов начала 8-го периода Периодической таблицы, в Дубне создан новый экспериментальный комплекс Фабрика сверхтяжелых элементов (Фабрика СТЭ), где уже состоялся пуск нового ускорителя DC-280 и в ближайшее время начнутся эксперименты. Вводная и заключительная части моего выступления на Научной сессии Общего собрания членов РАН относились к открытию периодического закона, опубликованного Д.И. Менделеевым 150 лет назад. Действие этого закона в свойствах тяжелейших элементов представляет и сегодня одну из актуальных и интересных задач естествознания.

Ключевые слова: Периодическая таблица Д.И. Менделеева, сверхтяжёлые элементы, “остров” стабильности, Фабрика сверхтяжёлых элементов, спонтанное деление.

ПРОЛОГ

Предание гласит, что всё началось с письма, которое сэр Мартин Поляков, профессор Ноттингемского университета (Великобритания) и иностранный член РАН, направил 28 июля 2016 г. президенту Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) члену-корреспонденту РАН Наталии Павловне Тарасовой:

«Уважаемая Наталия,
надеюсь, что Вы в порядке.
Как я понимаю, 2019 год станет 150-й годовщиной публикации Менделеевым Периодической таблицы. Было бы интересно знать, можно ли поднять вопрос о том, чтобы объявить 2019 год Международным годом Периодической таблицы. Чувствую, что это предложение может получить большую поддержку. Как Вы думаете?
С наилучшими пожеланиями,
Мартин Поляков»

Н.П. Тарасова поставила этот вопрос на заседании Исполнительного комитета ИЮПАК, который, как ей показалось, со здоровым скептицизмом поддержал идею Международного года Периодической таблицы и предложил России воплотить её в жизнь через ЮНЕСКО. Начиная с этого момента, вся деятельность по данному вопросу, проводимая Международным союзом чистой и прикладной химии в течение 18 месяцев, легла на плечи президента ИЮПАК и её коллег.

Российская академия наук и российские химики с большим воодушевлением взялись за дело: написали обращение Менделеевского съезда (2016) и Российского химического общества к мировой научной общественности, президент РАН академик В.Е. Фортов направил письмо министру иностранных дел России С.В. Лаврову, РАН обратилась в ИЮПАК, Н.П. Тарасова написала письмо Генеральному директору ЮНЕСКО и пр. К этому времени подошло другое событие, непосредственно связанное с Периодической таблицей химических элементов. После включения в 2012 г. в таблицу 114-го и 116-го элементов ИЮПАК принял название и утвердил символы ещё четырех химических элементов, в их числе двух самых тяжёлых. Это случилось 28 ноября 2016 г. Все четыре элемента со своими названиями и символами заполнили и замкнули 7-й период Периодической таблицы Д.И. Менделеева. На инаугурации новых химических элементов, состоявшейся 2 марта 2017 г. в Доме учёных РАН, три директора сотрудничающих лабораторий – академик РАН Виктор Матвеев (ОИЯИ, Дубна, Россия), профессор Томас Мейсон (Ок-Риджская национальная Лаборатория, Oк-Ридж, США) и профессор Вильям Гольдштейн (Ливерморская национальная лаборатория, Ливермор, США) – направили совместное письмо в ЮНЕСКО в поддержку юбилейного года Периодической таблицы. И это далеко не полный перечень шагов, предпринятых научным сообществом в преддверии 2018 г.

А 20 декабря 2017 г. с интересной и необычной формулировкой – “признавая важность глобального расширения знаний о том, как химия способствует устойчивому развитию в области энергетики, образования, сельского хозяйства и здоровья,” – Генеральная Ассамблея ООН, затем и ЮНЕСКО провозгласили 2019-й Международным годом Периодической таблицы химических элементов – IYPT-2019.

НОВЫЕ ОБИТАТЕЛИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ

В 1928 г. Георгий Антонович Гамов, наш соотечественник, выпускник Ленинградского государственного университета, уже известный к тому времени советский физик, предложил первую теоретическую модель атомного ядра в виде капли заряженной жидкости с плотностью, на 15 порядков превышающей плотность воды [1]. В новой науке, ядерной физике, этой работе суждено было сыграть большую роль. На основе капельной модели ядра Гамов создал теорию альфа-распада (1928) [2], Карл Фридрих фон Вайцзеккер предложил свою знаменитую формулу для расчёта энергии связи ядер (1935) [3], а Нильс Бор и Джон А. Уилер создали теорию ядерного деления (1939) [4]^*.

Согласно Бору и Уилеру, тяжёлое ядро предохраняет от разделения на две части потенциальный барьер. Высота барьера деления ядра урана составляет 6 МэВ. Поэтому если в ядро внести энергию более чем 6 МэВ (например, энергию захвата ядром нейтрона), оно моментально разделится на две части. В этом процессе выделяется энергия около 200 МэВ, что используется в атомных электростанциях. Однако ядро урана может разделиться самопроизвольно (спонтанно) без вноса в ядро дополнительной энергии. Для этого, как было впервые измерено Г.Н. Флёровым и К.А. Петржаком (1940) [6], потребуется огромное время: 10

16 лет! По мере удаления от урана в область более тяжелых ядер, высота барьера деления быстро уменьшается, что приводит к резкому увеличению вероятности спонтанного деления. При исчезновении барьера деления ядро будет испытывать спонтанное деление за время около 10^-19 с. В теории Бора и Уилера подобная критическая ситуация наступает при подходе к элементам с атомным номером 100. По сути, это и есть предел существования ядер.

Ещё 60 лет назад такое макроскопическое, и в этом смысле классическое, описание процесса деления не вызывало сомнений. Особенно после синтеза первых искусственных элементов тяжелее урана, прекрасно подтверждающих капельную теорию деления: от урана (Z = 92) до калифорния (Z = 98) период полураспада относительно спонтанного деления уменьшился в 10

14 раз [7]! Сомнения в прогнозах капельной модели деления возникли позже, после открытия в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова ОИЯИ спонтанно-делящихся изомеров (1962) [8]. Оказалось, что внутренняя структура ядра, наблюдаемая в основных состояниях, сохраняется и в сильно деформированных конфигурациях на пути к делению, продолжая играть важную роль в вероятности спонтанного деления тяжёлых ядер. Теперь уже более сложное описание коллективного движения в новой микроскопической теории давало одновременно также и новые предсказания границы масс ядер. Результаты оказались весьма неожиданными. Согласно прогнозам, резкое падение стабильности трансурановых нуклидов относительно спонтанного деления должно смениться резким подъёмом в области сверхтяжёлых элементов при подходе к “магическим” ядрам с числом протонов Z = 114 и нейтронов N = 184. Эти нуклиды, обладающие большим избытком нейтронов, более связаны. Они отделены от известной области ядер. Их достаточно много. На карте ядер они представляют собой подобие некого “острова” весьма тяжёлых (сверхтяжёлых) элементов, у которых могут быть очень долгоживущие изотопы. В научных статьях и докладах начала 1970-х годов можно найти различные иллюстрации, подобные той, что представлена на рис. 1.

Рис. 1. Периоды полураспада ядер с Z ≥ 96 относительно спонтанного деления. Черные кружки – экспериментальные значения для актиноидов и изотопов 104 элемента. Открытые кружки – один из вариантов предсказаний для ядер c Z ≥ 106 и N ≥ 150. С правой стороны: периоды спонтанного деления изотопов 114-го элемента, рассчитанные в макро – микроскопической модели ядра.

Многие лаборатории мира буквально ринулись на поиски этих долгоживущих тяжеловесов. Но, к сожалению, все экстенсивные попытки найти их в природе, космических лучах и даже путём искусственного синтеза сверхтяжёлых элементов, предпринятые в течение 15 лет (1970–1985), не дали результатов. Оставляя пока вопрос о вероятности образования ядер с массой около 300 в процессах природного ядерного синтеза, отметим, что время жизни сверхтяжёлых долгожителей заметно меньше возраста Солнечной системы (4.5∙10⁹ лет) и они не дожили до наших дней. Что же касается искусственного синтеза, то все методы синтеза двадцати известных к тому времени искусственных элементов тяжелее урана, к сожалению, не пригодны для этих целей. Они “не дотягивают” до “острова” стабильности прежде всего из-за дефицита нейтронов в системе сливающихся ядер.

После 1985 г. мы кардинально изменили подход к синтезу сверхтяжёлых элементов. Для того чтобы добраться до “острова” и увидеть резкий подъём стабильности, предсказанный теорией, пришлось существенно усложнить эксперимент. Теперь вместо использования стабильных ядер в качестве материала мишени были выбраны тяжёлые изотопы трансурановых элементов (такие как плутоний-244 или кюрий-248), полученные в высокопоточном ядерном реакторе. Мишени из этих материалов подвергались бомбардировке ускоренными ионами кальция-48, исключительно редкого и дорогого изотопа природного кальция. Содержание кальция-48 в естественной смеси по отношению к основному изотопу кальцию-40 составляет всего 0.2%. Преимущества этой реакции прямо следуют из сравнения результатов экспериментов по синтезу 113-го элемента Nh, проведённого в RIKEN (Япония) и 114-го элемента Fl – в ОИЯИ (Дубна). Элемент Nh был синтезирован при слиянии ядер висмута-209 и цинка-70 [9]. Составная система после слияния двух атомных ядер содержит 113 протонов и 165 нейтронов. В этой реакции в течение девяти лет были получены три атома 113-го элемента. Элемент Fl (Z = 114), полученный в Дубне в реакции плутоний-244 + кальций-48, имел в составном ядре 114 протонов и 178 нейтронов [10] – на 13 нейтронов больше, чем в предыдущем случае. Эти 13 нейтронов, как следует из дальнейшего, и сыграли решающую роль.

Высадка на берег “острова” в северо-западной его части была действительно впечатляющей. Вероятность образования тяжёлого изотопа 114-го элемента оказалась примерно в 500 раз выше, чем 113-го элемента, полученного в RIKEN. Еще более сильное отличие наблюдалось в свойствах ядер, в частности, во временах жизни, измеряемых обычно периодами полураспада. Повышение числа нейтронов на 8 единиц в ядрах, синтезированных с ионами кальция-48, увеличило их период полураспада примерно в 100 тысяч раз! Оба фактора: рост вероятности образования и стабильности ядер демонстрируют сильный эффект “магической” структуры N = 184, даже несмотря на то, что синтезированный изотоп 114-го элемента содержит всего 175 нейтронов. После первых результатов по исследованию изотопов 114-го и 116-го элементов в реакциях с ионами кальция-48 (2000–2002) последующие эксперименты по синтезу других элементов с атомными номерами 115, 117 и 118 были проведены по той же методике с мишенями из америция-243, берклия-249 и калифорния-249 соответственно [11-13]. За 15 лет работы (около 100 тыс. часов облучения мишеней пучком ионов кальция-48) были синтезированы 52 новых изотопа [14] от 104-го до 118-го элементов (рис. 2, а). На карте нуклидов они простираются до ядер массой 294 а.е.м. (рис. 2, б). Это предельно тяжёлое ядро было получено в виде двух изобар: как чётно-чётный изотоп 118-го элемента с периодом полураспада около 0.5 миллисекунд и как нечётно-нечётный изотоп 117-го элемента с периодом полураспада около 50 миллисекунд. Оба периода полураспада в ядерном масштабе – огромные времена! Учитывая, что после образования нового ядра за время 10^-14–10^-13 секунды вокруг него выстраивается вся электронная система атома, то подобный вывод можно сделать и о существовании элементов. Из данных экспериментов следует, что мы не дошли до предела масс ядер. Определённо, ядра могут иметь массу более 300 а.е.м., а количество элементов может быть свыше 118.

Рис. 2, а. Таблица Менделеева (площадь 150 м2). на фасаде химического факультета Университета в городе Мурсия (Испания, 2017). В красной рамке показаны элементы, полученные с пучком кальция-48.

Рис. 2, б. Область конца карты нуклидов: показаны изотопы от свинца до элемента 118. Красными квадратами обозначены самые тяжелые ядра: с массой 252 а.е.м. (No, 1962) и 294 а.е.м. (Og, 2004), полученные впервые в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Желтым цветом показана область ядер, полученных в реакциях с использованием мишеней из свинца и висмута. Розовое поле – область ядер синтезированных в реакциях с пучком ионов кальция-48. Фон – карта потенциальной энергии ядер в зависимости от содержания протонов и нейтронов, полученная в расчетах макро-микроскопической модели. Цифры и цвет указывают амплитуду структурной поправки (в МэВ) к жидко-капельной энергии ядра.

Заключая краткий экскурс в мир сверхтяжёлых, можно отметить, что уйдя от висмута, последнего стабильного элемента, в область больших масс и зарядов, мы наблюдаем удивительную живучесть атомных ядер. В области предельных кулоновских сил дополнительные связи протонов и нейтронов структурного свойства создают в тяжёлом ядре барьер деления и делают тем самым возможным существование сверхтяжёлых элементов.

Эксперименты проводились в Дубне на ускорителе У400 Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (ОИЯИ) в сотрудничестве с ВНИИЭФ (Саров, Россия), НИИАР (Димитровград, Россия), а также с Ливерморской и Ок-Риджской национальными лабораториями (США), взявшими на себя труд по наработке мишенного материала и участвовавшими в ряде экспериментов.

ТЯЖЕЛЕЙШИЕ АТОМЫ И ХИМИЯ СВЕРХТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

На фотографии (см. рис. 2, а) изображена самая большая (150 м²) Периодическая таблица химических элементов, встроенная в фасад химического факультета Университета г. Мурсия (Испания).^** На ней красной рамкой выделены сверхтяжёлые элементы от 112-го до 118-го, полученные в реакциях с кальцием-48, когда в качестве материала мишени использовались тяжёлые изотопы от урана (Z = 92) до калифорния (Z = 98), соответственно^***.

В белой рамке находятся дочерние нуклиды – продукты альфа-распада ядер из красной рамки. Они заполняют практически все оставшиеся клетки 7-го периода, вплоть до резерфордия (Z = 104). Дочерние ядра, берущие начало от нейтронно-избыточных материнских изотопов сверхтяжёлых элементов, тоже обогащены нейтронами, что значительно повышает их период полураспада и открывает широкие возможности для исследования химических свойств транс-актиноидов. Подобные исследования элементов, особенно конца 7-го периода, представляют большой интерес. Их химическое поведение может отличаться от более лёгких гомологов из-за релятивистского возрастания массы электронов с ростом заряда ядра. В более лёгких элементах релятивистский эффект проявляется в свойствах благородных металлов: золото – мягкий металл жёлтого цвета – не окисляется, ртуть тоже металл, но жидкий при комнатной температуре. Благородные металлы способны взаимодействовать друг с другом и создавать соединения типа ртуть/золото (амальгама ртути и золота). С увеличением атомного номера элемента и приближением скорости электронов к скорости света эффект будет быстро возрастать, вследствие чего химическое поведение сверхтяжёлых элементов, например, 112-го элемента (Cn), может отличаться от своего лёгкого гомолога – ртути (Hg). В первом эксперименте, проведённом в Дубне (2007), исследовалась именно эта пара гомологов [15]. Измерялась адсорбция Cn и Hg на поверхности золота (Au) при различной температуре на предмет наблюдения различия в образовании соединений [Au-Hg] и [Au-Cn]. Наблюдаемое смещение пика адсорбции в область более низких температур было первым прямым экспериментальным наблюдением релятивистского эффекта в транс-актиноидах. В целом, 112-ый элемент продемонстрировал свою принадлежность 12-й группе Таблицы Менделеева. Но из результатов этого эксперимента и проведенных недавно расчетов [16] были выявлены также отличия физико-химических свойств Cn и Hg, в частности, в температурах их фазовых переходов. Как известно, температура плавления ртути составляет -38.8 °С, температура кипения 353.7 °С, в то время как расчетные значения для Сn заметно отличаются: 10 °С и 67 °С, соответственно. При комнатной температуре, с учетом погрешности измерений, 112-ый элемент будет либо сильно летучей жидкостью, либо газообразным.

Но это первый звонок. Дальнейшее увеличение заряда ядра будет более ощутимым. Поэтому, спустя 100 лет после открытия Вильямом Рамзаем радона (1904) [17], последнего до 2004 года представителя семейства благородных газов 18 группы таблицы, мы задаемся сегодня вопросом: а будет ли 118-ый элемент благородным газом? Релятивистский эффект сильнее проявляется на ближайших к ядру электронах, скорость которых максимальна [18-20], что приводит к сжатию внутренних орбит (рис. 3, а). Для внешних электронов “релятивистское сжатие” приводит к экранированию положительного заряда ядра. В этой ситуации необходимо учитывать (пока в виде малых поправок) взаимодействие внешних электронов друг с другом, которое мало в природных элементах и которым пренебрегают в нерелятивистских расчётах. Нетрудно предвидеть, что роль этих поправок будет быстро возрастать с увеличением атомного номера в сверхтяжёлых элементах. Сам расчёт поправок – по сути, задача многих тел – требует огромных вычислительных мощностей. Большие надежды здесь связаны с квантовым компьютером. А пока доступными средствами в различном приближении отрабатываются методы расчёта на известных атомах, которые затем используются для предельно тяжёлых систем. Релятивистский расчёт элементов 18-й группы показывает, что пространственное распределение внешних электронов 118-го элемента [21] существенно размыто по сравнению с радоном и тем более с ксеноном (рис. 3, б). Подобная картина воспроизводится в расчётах В.М. Шабаева и его коллег [22], но указывается одновременно, что 118-й элемент на 94% будет благородным газом. Возможно, и не газом, а твёрдым телом при комнатной температуре [16,23].

Рис. 3, а. Расчетная плотность электронов 118-го элемента (Og) в зависимости от радиуса (логарифмическая шкала) в двух вариантах расчета: в релятивистском (синяя кривая) и не релятивистском (красный пунктир) приближениях. Цифрами на графике указаны электронные оболочки (периоды). Видно сильное сжатие внутренних электронных оболочек, в то время как средний радиус внешних (валентных) электронов мало меняется

Рис. 3, б. Пространственные распределения (функции локализации) электронов 118-го элемента (Og), полученные в работе [20]. Хорошо видно размытие внешних электронов в сравнении с его гомологами — радоном и ксеноном

На примере 118-го элемента можно видеть, что в конце 7-го периода у элементов, именуемых сегодня сверхтяжёлыми, появляются отличные от лёгких гомологов признаки. Экспериментальные данные, к сожалению, весьма скудны прежде всего из-за малого количества сверхтяжёлых элементов и короткого времени их жизни. Одно из направлений будущих исследований нацелено на изучение атомной структуры и химических свойств уже синтезированных сверхтяжёлых элементов на новом оборудовании (см. далее).

Пока не видно принципиальных ограничений для синтеза 119-го и 120-го элементов – начала 8-го периода таблицы. Несмотря на то, что попытки их получения на старых установках в реакциях с ионами титана, хрома и даже железа, предпринятые в разных лабораториях, не увенчались успехом [24-26], это остаётся делом техники. Сложнее будет изучать их химические свойства из-за короткого периода полураспада, исчисляемого долями миллисекунды. Но здесь не ожидается сюрпризов. Большой скачок в химии будет иметь место при переходе от 118-го к 119-му элементу (от последней колонки таблицы к первой). По всей вероятности, 120-й элемент также в целом будет следовать своим лёгким гомологам второй колонки. Отклонения начнутся, скорее всего, после 121-го элемента с различными сценариями дальнейшего продолжения таблицы (рис. 4). Элемент 122 либо откроет новую серию так называемых супер-актиноидов [27], включающую ещё 33 элемента вплоть до 155-го, либо 122-й элемент и все последующие продолжат 8-й период. Но в этом случае групповое различие элементов начнёт быстро исчезать (размываться). Пока же остается только гадать, как будет выглядеть химия атомных гигантов за пределами периодического закона.

Рис. 4. Таблица Д.И. Менделеева с различными вариантами релятивистских расчетов. В синей рамке – сверхтяжёлые элементы, полученные в реакциях с пучком ионов кальция-48.

ФАБРИКА СВЕРХТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

После открытия новых элементов, расположенных на “острове” стабильности, дальнейшее развитие исследований в этой области связано прежде всего с получением сверхтяжёлых нуклидов в значительно бóльших количествах. Спустя 10 лет после первых экспериментов по синтезу 114-го и 116-го элементов по результатам, полученным в опытах с пучком ионов кальция-48, а также в связи с общим прогрессом в смежных областях науки и техники стало ясно, что светимость экспериментов может быть существенно увеличена. Поэтому с 2012 г. мы сильно сократили экспериментальную программу на действующих установках и стали строить новую лабораторию – Фабрику cверхтяжёлых элементов, которая пока не имеет мировых аналогов. Она определяет и тем самым отражает технический уровень всех этапов работы по получению сверхтяжёлых элементов от создания мишеней из трансурановых элементов до доставки сверхтяжёлых нуклидов к экспериментальным физическим и химическим установкам. По достижению проектных параметров возможности Фабрики СТЭ будут превосходить современный уровень в 50–100 раз.

Новый комплекс с инфраструктурой для работы с высокорадиоактивными материалами расположен в отдельном строении (рис. 5, а). Там же находится новый сильноточный ускоритель тяжелых ионов – циклотрон DC-280 [28], пуск которого состоялся в марте 2019 года (рис. 5, б). Ускоритель доставляет пучки ионов в три экспериментальных зала, где размещаются сепарирующие каналы, химические и физические установки, а также другое экспериментальное оборудование. В настоящее время идет наладка нового сепаратора и подготовка первого эксперимента.

Рис. 5, а. Строение ускорительного комплекса «Фабрики СТЭ»

Рис. 5, б. Ускоритель тяжелых ионов — циклотрон DC-280

ЭПИЛОГ

За прошедшие 80 лет после открытия нептуния и плутония (1940) – первых искусственных элементов – Периодическая таблица пополнилась ещё 24 рукотворными элементами. Пять самых тяжёлых из них заняли своё место в таблице в последние семь лет. Искусственных элементов, как известно, в природе нет. А сверхтяжёлых элементов, скорее всего, не было и при зарождении Солнечной системы. Они получены в лабораториях в совершенно других условиях (реакциях), чем природные химические элементы. Однако все известные сегодня 118 элементов располагаются в единой таблице в строгом соответствии с периодическим законом, открытым Дмитрием Ивановичем Менделеевым 150 лет назад.

Между тем Международный год Периодической таблицы — IYPT2019, начавший своё шествие в ЮНЕСКО 29 января 2019 г., закончился в Токио (Япония) 5 декабря. Огромное количество статей в научных, научно-популярных и совсем не научных изданиях, удивительный всплеск очень интересных работ в области ядерной физики, химии, атомной физики, астрофизики, истории науки – все посвященные 150-летию открытия Периодической таблицы химических элементов. Год был встречен с невероятным энтузиазмом не только научным миром, но и широкой общественностью. Форумы, конференции, симпозиумы, лекции, собрания научных обществ, академий наук многих стран мира, везде по-разному, но всегда одухотворенно и очень интересно.

Что-то объединяет людей. Быть может, также великие открытия и любовь к науке.

---

^* В то же время в нашей стране теорию ядерного деления независимо развивал Я.И. Френкель [5].

^** С 2019 года самая большая периодическая Таблица элементов (660 м²) находится в Австралии в государственном университете Эдит Коуэн (ECU) в г. Перт.

^*** К сожалению, калифорний – самый тяжёлый элемент, который может быть получен в ядерном реакторе в количестве, необходимом для изготовления мишени. Для синтеза 119 элемента и более тяжелых придется увеличивать массу и заряд бомбардирующих ионов.

Литература

1. Gamov G. Discussion оn the structure of atomic nuclei// Proc. of the Royal Society A. 1929. № 123. P. 386–387.
2. Gamov G. Zur Quantentheorie des Atomkernes // Zeitschrift fur Physik. 1928. V. 51. № ¾. P. 204–212.
3. Von Weizsäcker C.F. Zur Theorie der Kernmassen// Zeitschrift fur Physik. 1935. V. 96. P. 431.
4. Bohr N., Weeler J.A. The Mechanism of Nuclear Fission // Phys. Rev. 1939. V. 56. P. 426–450.
5. Френкель Я.И. Электрокапиллярная теория расщепления тяжёлых ядер медленными нейтронами // ЖЭТФ. 1939. № 6. С. 641–653.
6. Flerov , Petrjak . Spontaneous Fission of Uranium // Phys. Rev. 1940. V. 58. Р. 89.
7. Seaborg G.T., Loveland W.D. Transuranium Nuclei // Treatise on Heavy-Ion Science / Edited by D.A. Bromley. V. 4. P. 289. N.Y.: Plenum Press, 1985.
8. Polikanov S.M., Druin A.V., Karnaukhov V.A. et al. Spontaneous fission with an anomalously short period // Soviet Physics JETP-USSR. 1962. № 15(6). P.1016–1021.
9. Morita K., Morimoto K., Kaji D. et al. Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction ²⁰⁹Bi (⁷⁰Zn,n)²⁷⁸113 // J. Phys. Soc. Jpn. 2004. V.73. P. 2593–2596.
10. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K., Lobanov Yu.V. et al., Synthesis of Superheavy Nuclei in the ⁴⁸Ca+²⁴⁴Pu Reaction // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 3154–3157.
11. Oganessian Yu.Ts., Utyonkoy V.K., Lobanov Yu.V. et al. Experiments on the synthesis of element 115 in the reaction ²⁴³Am(⁴⁸Ca,xn)^291−x115 // Phys. Rev. C. 2004. V. 69. № 021601(R).
12. Oganessian Yu.Ts., Abdullin F.Sh., Bailey P.D. et al. Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117 // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. № 142502.
13. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K., Lobanov Yu.V. et al. Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the ²⁴⁹Cf and ²⁴⁵Cm+⁴⁸Ca fusion reactions // Phys. Rev. C. 2006. V. 74. № 044602.
14. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K. Super-heavy element research // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. № 036301.
15. Eichler R., Aksenov N.V., Belozerov A.V. et al. Chemical characterization of element 112 // Nature. 2007. V. 447. P. 72–75.
16. Mewes J.-M., Smits O. R., Kresse G. et al.  Copernicium: A Relativistic Noble Liquid // Angew. Chem. Int. Ed.2019. V.58, P.17964 – 17968
17. Ramsay W., Soddy F. Further Experiments on the Production of Helium from Radium // Proceedings of the Royal Society of London (1854–1905). 1904. V. 73. P. 346–358.
18. Pershina V. Relativity in the electronic structure of the heaviest elements and its influence on periodicities in properties // Radiochimica Acta. 2019. V. 107. Р. 833–864.
19. Eliav E., Borschevsky A., Kaldor U. Electronic Structure at the Edge of the Periodic Table // Nuclear Physics News. 2019. V. 29. Р. 16–20.
20. Lackenby B.G.C., Dzuba V.A, Flambaum V.V. Atomic structure calculations of superheavy noble element oganesson (Z=118) // Phys.Rev. A. 2018. V. 98. P. 042512.
21. Jerabek P., Schuetrumpf B., Schwerdtfeger P., Nazarewicz W. Electron and Nucleon Localization Functions of Oganesson: Approaching the Thomas-Fermi Limit// Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. Р. 053001.
22. Shabaev V.M., Tupitsyn I.I., Kaygorodov M.Y., Kozhedub Y.S. Localisation of electron states of Oganesson atoms // The 4^th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019). Hakone, Japan. Dec.1–5, 2019
23. Giuliani S. A., Matheson Z., Nazarewicz W. et al., Colloquium: Superheavy elements: Oganesson and beyond// Rev. Mod. Phys. 2019. V. 91. No. 1. P.01100.
24. Düllmann C.E. Superheavy Element Research at TASCA at GSI // Fission and Properties of Neutron-Rich Nuclei. 2013. V. 44. Р. 271–277.
25. Hofmann S., Heinz S., Mann R. et al. Review of even element super-heavy nuclei and search for element 120 // Eur. Phys. J. A. 2016. V. 52. Р. 180.
26. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K., Lobanov Yu.V. et al. Attempt to produce element 120 in the ²⁴⁴Pu+⁵⁸Fe reaction // Phys. Rev. C. 2009. V. 79. Р. 024603.
27. Borschevsky A., Pershina V., Eliav E., Kaldor U. Ab initio predictions of atomic properties of element 120 and its lighter group-2 homologues // Phys. Rev. A. 2013. V. 87. P. 022502.
28. Gulbekian G.G., Dmitriev S.N., Itkis M.G. et al. Start-Up of the DC-280 Cyclotron, the Basic Facility of the Factory of Superheavy Elements of the Laboratory of Nuclear Reactions at the Joint Institute for Nuclear Research // Physics of Particles and Nuclei Letters. 2019. V. 16(6). Р. 866–875.

В СФУ развенчали миф о приснившейся Менделееву таблице химических элементов / Интерфакс

Как рассказала профессор кафедры физической и неорганической химии Института цветных металлов и материаловедения (ИЦМиМ) СФУ Светлана Сайкова, по свидетельствам людей, близких к великому ученому, открытие стало вовсе не случайностью, а результатом упорного труда.

Так, работая над учебником «Основы химии» в 1867-1868 годах, Менделеев пришел к выводу, что свойства простых веществ и атомные массы элементов связывает некая закономерность. Сдав книгу в печать, химик решил все же систематизировать полученные им знания, однако сделать это оказалось не так-то просто.

«1 марта 1869 года Менделеев закрылся в своем кабинете, написал символы элементов и их химические свойства на обороте визитных карточек и занялся «пасьянсом». Менделеев упорно работал весь день. Постепенно начал вырисовываться облик будущей периодической системы», — рассказала С.Сайкова в своем блоге.

По ее словам, создавая свою знаменитую систему, ученый действовал очень решительно: исправлял атомные массы, менял местами некоторые элементы, открывал новые соединения (так, к примеру, в таблице появились еще не найденные El — экаалюминий, Eb — экабор, и Es — экасилиций) и даже оставлял пустые клетки для еще неизвестных науке веществ.

«Вечером того же дня таблица была отправлена в типографию, а затем разослана многим отечественным и зарубежным химикам. Вскоре работа Менделеева была заслушана и на заседании Русского химического общества (РХО)», — отметила С.Сайкова.

Сначала ни доклад, ни публикация не привлекли особого внимания химиков, однако спустя несколько лет, когда французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл предсказанный Д.Менделеевым элемент «экаалюминий» (он же галлий Ga), гениальность работы русского ученого стала очевидна.

Как сообщалось, Генеральная ассамблея ООН провозгласила 2019 год Годом периодической таблицы химических элементов Менделеева. 1 марта она отметит свое 150-летие.

В этом году исполнилось 150 лет с даты открытия таблицы Менделеева — Российская газета

В 1869 году профессор Санкт-Петербургского университета Николай Меншуткин на заседании Русского химического общества прочел доклад профессора того же университета Д.И. Менделеева «Соотношение свойств с атомным весом элементов», который затем был опубликован в «Журнале Русского физико-химического общества». Так человечество узнало об одном из фундаментальных законов природы — Периодическом законе химических элементов.

На портрете, висящем во всех школьных кабинетах химии, мы видим пожилого ученого с неровно подстриженной бородой, благородным лбом и волосами до плеч — это наш российский гений Дмитрий Иванович Менделеев. Строгого определения гениальности не существует, но в данном случае сомнений нет — он не просто решил проблему, над которой бились лучшие умы лучших научных школ Европы. Это тем удивительнее, что открыть Периодический закон на основании имевшихся тогда экспериментальных данных было совершенно невозможно, а он это непостижимым образом сделал.

Про Дмитрия Ивановича рассказывают две легенды: что он придумал водку, и что Периодическая таблица привиделась ему во сне. Первая — обычная городская легенда с подсознательной попыткой опростить великого человека, сблизить его с выпивающим населением. А ссылка многочисленных авторов на докторскую диссертацию Менделеева «О соединении спирта с водой», в которой он якобы описал рецепт «правильной» водки, говорит лишь о том, что ни один из них не удосужился в эту работу заглянуть. В ней приведено множество данных о различных показателях таких растворов, но для самых разных концентраций спирта. Вторая история — из того же ряда. Если Таблица приснилась, то и это сближает Менделеева с нами, простыми людьми. Может быть, ему что-то подобное и снилось.

Может быть, ему что-то и снилось, вот только над решением этой загадки природы, по его собственному признанию, он «лет двадцать думал». Это некоторое преувеличение, потому что на момент открытия Менделееву только-только исполнилось 35 лет. И его портрет именно в таком возрасте — молодого в сущности человека — и следовало бы помещать в кабинетах химии.

Посмотрим на нарисованную им рукописную Таблицу. К тому времени было известно всего чуть более 60 элементов с их атомными весами (сейчас почти вдвое больше). Идея расположить элементы по возрастанию их атомных весов совершенно естественна. Сложнее было заметить периодические закономерности в этом ряду, но и здесь было немало сделано до Менделеева. Уже существовало «правило октетов» (химические свойства каждого восьмого элемента очень близки), «правило триад» (в каждой тройке близких по свойствам элементов средний элемент обладает и средним атомным весом). Однако никому не удавалось построить систему для всех известных элементов. Тогда и свойства многих из них были неизвестны, и атомные веса некоторых были измерены неправильно.

За основу своей системы Менделеев взял химические свойства элементов и расположил химически похожие друг под другом, при этом соблюдая принцип возрастания атомных весов. Но ничего не выходило! Бериллий нарушил всю картину уже в первой строчке будущей Таблицы — получалось, что углерод является аналогом алюминия, а немного дальше таким аналогом оказывался и титан. С точки зрения их химических свойств это было нонсенсом.

Этот год провозглашен Международным годом Периодической таблицы — IYPT 2019

Вот тут он мог бы и прекратить поиски системы — все крупнейшие ученые того времени так и поступили. Но не Менделеев. Он взял и изменил атомный вес бериллия, а между кальцием и титаном оставил пустую клеточку и тем самым предсказал элемент скандий. Самое поразительное, что так же он поступил чуть ли не с третью всех тогда известных элементов! Например, присвоил урану атомный вес 240 вместо принятого 60 (увеличил в четыре раза!), переставил местами кобальт и никель, теллур и йод. Опубликовав в 1869 году первый вариант своей Таблицы, он предсказал сразу три элемента, изменил атомные веса у десятка, и при этом открыл закон, что «свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

И только через 44 года, в 1913 году английский физик Мозли выяснил, что менделеевский номер в Таблице — это количество протонов в ядре каждого элемента (заряд ядра), подтвердив тем самым правоту гениальной интуиции ее автора.

Уже через 6 лет после публикации статьи о Таблице была заполнена в ней первая пустая клетка — был открыт галлий, который прекрасно встал после цинка и под алюминием.

Он прожил 73 года, написал почти 500 статей по химии, физической химии, технике, физике, экономике, геодезии. Организовал и стал первым директором Палаты мер и весов, был профессором университета и действительным статским советником (т.е. генералом), ушел из университета в знак протеста против сокращения университетской автономии, был избран в 90 иностранных академий наук и забаллотирован при выборах в российскую. Наши академики сочли его труды недостаточно фундаментальными…

Американские физики синтезировали 101-й элемент Таблицы и назвали его менделевием, на Земле есть минерал менделеевит, вулкан и подводный горный хребет имени Менделеева, а на обратной стороне Луны — кратер Менделеева. 2019 год провозглашен ООН Международным годом Периодической таблицы — IYPT 2019.

Общий анализ мокроты

Мокрота – отделяемый из легких и дыхательных путей (трахеи и бронхов) патологический секрет. Общий анализ мокроты – лабораторное исследование, которое позволяет оценить характер, общие свойства и микроскопические особенности мокроты и дает представление о патологическом процессе в дыхательных органах.

Синонимы русские

Клинический анализ мокроты.

Синонимы английские

Sputum analysis.

Метод исследования

Микроскопия.

Единицы измерения

Мг/дл (миллиграмм на децилитр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Мокроту.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Рекомендуется употребить большой объем жидкости (воды) за 8-12 часов до сбора мокроты.

Общая информация об исследовании

Мокрота – это патологический секрет легких и дыхательных путей (бронхов, трахеи, гортани), который отделяется при откашливании. У здоровых людей мокрота не выделяется. В норме железы крупных бронхов и трахеи постоянно образовывают секрет в количестве до 100 мл/сут., который проглатывается при выделении. Трахеобронхиальный секрет представляет собой слизь, в состав которой входят гликопротеины, иммуноглобулины, бактерицидные белки, клеточные элементы (макрофаги, лимфоциты, слущенные клетки эпителия бронхов) и некоторые другие вещества. Данный секрет обладает бактерицидным эффектом, способствует выведению вдыхаемых мелких частиц и очищению бронхов. При заболеваниях трахеи, бронхов и легких усиливается образование слизи, которая отхаркивается в виде мокроты. У курильщиков без признаков заболеваний органов дыхания также обильно выделяется мокрота.

Клинический анализ мокроты является лабораторным исследованием, которое позволяет оценить характер, общие свойства и микроскопические особенности мокроты. На основании данного анализа судят о воспалительном процессе в органах дыхания, а в некоторых случаях ставят диагноз.

При клиническом исследовании мокроты анализируются такие показатели, как количество мокроты, ее цвет, запах, характер, консистенция, наличие примесей, клеточный состав, количество волокон, определяется присутствие микроорганизмов (бактерий, грибов), а также паразитов.

Мокрота по составу неоднородна. Она может содержать слизь, гной, серозную жидкость, кровь, фибрин, причем одновременное присутствие всех этих элементов не обязательно. Гной образуют скопления лейкоцитов, возникающие в месте воспалительного процесса. Воспалительный экссудат выделяется в виде серозной жидкости. Кровь в мокроте появляется при изменениях стенок легочных капилляров или повреждениях сосудов. Состав и связанные с ним свойства мокроты зависят от характера патологического процесса в органах дыхания.

Микроскопический анализ дает возможность под многократным увеличением рассмотреть присутствие различных форменных элементов в мокроте. Если микроскопическое исследование не выявило наличия патогенных микроорганизмов, это не исключает присутствия инфекции. Поэтому при подозрении на бактериальную инфекцию одновременно рекомендуется выполнять бактериологическое исследование мокроты с определением чувствительности возбудителей к антибиотикам.

Материал для анализа собирается в стерильный одноразовый контейнер. Пациенту необходимо помнить, что для исследования нужна мокрота, выделенная при откашливании, а не слюна и слизь из носоглотки. Собирать мокроту нужно утром до приема пищи, после тщательного полоскания рта и горла, чистки зубов.

Результаты анализа должны оцениваться врачом в комплексе с учетом клиники заболевания, данных осмотра и результатов других лабораторных и инструментальных методов исследования.

Для чего используется исследование?

• Для диагностики патологического процесса в легких и дыхательных путях;
• для оценки характера патологического процесса в дыхательных органах;
• для динамического наблюдения за состоянием дыхательных путей пациентов с хроническими заболеваниями органов дыхания;
• для оценки эффективности проводимой терапии.

Когда назначается исследование?

Что означают результаты?

Референсные значения

Количество мокроты при разных патологических процессах может составлять от нескольких миллилитров до двух литров в сутки.

Незначительное количество мокроты отделяется при:

• острых бронхитах,
• пневмониях,
• застойных явлениях в легких, в начале приступа бронхиальной астмы.

Большое количество мокроты может выделяться при:

• отеке легких,
• нагноительных процессах в легких (при абсцессе, бронхоэктатической болезни, гангрене легкого, при туберкулезном процессе, сопровождающемся распадом ткани).

По изменению количества мокроты иногда можно оценить динамику воспалительного процесса.

Цвет мокроты

Чаще мокрота бесцветная.

Зеленый оттенок может свидетельствовать о присоединении гнойного воспаления.

Различные оттенки красного указывают на примесь свежей крови, а ржавый – на следы распада эритроцитов.

Ярко-желтая мокрота наблюдается при скоплении большого количества эозинофилов (например, при бронхиальной астме).

Черноватая или сероватая мокрота содержит угольную пыль и наблюдается при пневмокониозах и у курильщиков.

Мокроту могут окрашивать и некоторые лекарственные средства (например, рифампицин).

Запах

Мокрота обычно не имеет запаха.

Гнилостный запах отмечается в результате присоединения гнилостной инфекции (например, при абсцессе, гангрене легкого, при гнилостном бронхите, бронхоэктатической болезни, раке легкого, осложнившемся некрозом).

Своеобразный «фруктовый» запах мокроты характерен для вскрывшейся эхинококковой кисты.

Характер мокроты

Слизистая мокрота наблюдается при катаральном воспалении в дыхательных путях, например, на фоне острого и хронического бронхита, трахеита.

Серозная мокрота определяется при отеке легких вследствие выхода плазмы в просвет альвеол.

Слизисто-гнойная мокрота наблюдается при бронхите, пневмонии, бронхоэктатической болезни, туберкулезе.

Гнойная мокрота возможна при гнойном бронхите, абсцессе, актиномикозе легких, гангрене.

Кровянистая мокрота выделяется при инфаркте легких, новообразованиях, травме легкого, актиномикозе и других факторах кровотечения в органах дыхания.

Консистенция мокроты зависит от количества слизи и форменных элементов и может быть жидкой, густой или вязкой.

Плоский эпителий в количестве более 25 клеток указывает на загрязнение материала слюной.

Клетки цилиндрического мерцательного эпителия – клетки слизистой оболочки гортани, трахеи и бронхов; их обнаруживают при бронхитах, трахеитах, бронхиальной астме, злокачественных новообразованиях.

Альвеолярные макрофаги в повышенном количестве в мокроте выявляются при хронических процессах и на стадии разрешения острых процессов в бронхолегочной системе.

Лейкоциты в большом количестве выявляются при выраженном воспалении, в составе слизисто-гнойной и гнойной мокроты.

Эозинофилы обнаруживаются при бронхиальной астме, эозинофильной пневмонии, глистных поражениях легких, инфаркте легкого.

Эритроциты. Обнаружение в мокроте единичных эритроцитов диагностического значения не имеет. При наличии свежей крови в мокроте выявляются неизмененные эритроциты.

Клетки с признаками атипии присутствуют при злокачественных новообразованиях.

Эластические волокна появляются при распаде ткани легкого, которое сопровождается разрушением эпителиального слоя и освобождением эластических волокон; их обнаруживают при туберкулезе, абсцессе, эхинококкозе, новообразованиях в легких.

Коралловидные волокна выявляют при хронических заболеваниях (например, при кавернозном туберкулезе).

Обызвествленные эластические волокна – эластические волокна, пропитанные солями кальция. Их обнаружение в мокроте характерно для туберкулеза.

Спирали Куршмана образуются при спастическом состоянии бронхов и наличии в них слизи; характерны для бронхиальной астмы, бронхитов, опухолей легких.

Кристаллы Шарко – Лейдена – продукты распада эозинофилов. Характерны для бронхиальной астмы, эозинофильных инфильтратов в легких, легочной двуустки.

Мицелий грибов появляется при грибковых поражениях бронхолегочной системы (например, при аспергиллезе легких).

Прочая флора. Обнаружение бактерий (кокков, бацилл), особенно в больших количествах, указывает на наличие бактериальной инфекции.

 Скачать пример результата

Важные замечания

• При трудно отделяемой мокроте перед сдачей анализа могут быть назначены отхаркивающие препараты, обильное теплое питье, ингаляции с физиологическим раствором.
• Интерпретация результатов анализа должна осуществляться лечащим врачом с учетом клинических данных и других лабораторных и инструментальных обследований.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Пульмонолог, терапевт, педиатр, врач общей практики, ревматолог, фтизиатр, аллерголог, инфекционист, клинический миколог, онколог, паразитолог.

Литература

• Лабораторные и инструментальные исследования в диагностике: Справочник / Пер. с англ. В. Ю. Халатова; под. ред. В. Н. Титова. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. – С. 960.
• Назаренко Г. И., Кишкун А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. – М.: Медицина, 2000. – С. 84-87.
• Ройтберг Г. Е., Струтинский А. В. Внутренние болезни. Система органов дыхания. М.: Бином, 2005. – С. 464.
• Kincaid-Smith P., Larkins R., Whelan G. Problems in clinical medicine. – Sydney: MacLennan and Petty, 1990, 105-108.

Юрий Оганесян: мы хотим узнать, где кончается таблица Менделеева

По мере того как мы продвигаемся ко все более тяжелым элементам, может (а скорее всего, и будет) меняться их химическое поведение. Произойдет это вследствие того, что по мере увеличения заряда ядра квадратично растет энергия вращающихся вокруг него электронов. Скорость наиболее близких к ядру так называемых К-электронов постепенно приближается к скорости света. И, согласно теории относительности, возникают так называемые релятивистские эффекты, ведущие к изменению электронной структуры атома. Изменяются также энергия связи, квантовые характеристики последнего электрона, который определяет химические свойства данного элемента.

Возьмем самый тяжелый из ныне синтезированных элементов — 118-й. Согласно периодическому закону, он должен быть благородным газом. Но будет ли он таковым? Если окажется, что нет, то это будет означать конец периодичности или предел применимости этого закона. Тогда не исключено, что уже на 118-м элементе мы сможем увидеть его «выход» из своей клетки в таблице Менделеева. 

Естественно, что последующие, более тяжелые элементы тем более будут вести себя не так, как предсказывает периодическая система. Поэтому мы остро озабочены этой проблемой. К сожалению, химические исследования известного нам изотопа 118-го элемента представляют большие трудности в силу его короткого времени жизни, составляющей около одной миллисекунды. Поэтому мы пытаемся получить другие, более долгоживущие изотопы 118-го элемента. Эти эксперименты уже начались.

— Как они идут?

— Наши американские коллеги смогли наработать в ядерном реакторе нужное количество более тяжелых изотопов 98-го элемента — калифорния с массой 250 и 251. Из смеси изотопов калифорния была впервые в мировой практике изготовлена мишень, которую доставили в Дубну. Мишень уже облучалась длительное время пучком ядер кальция-48. 

Не входя в подробности, можно сказать, что по всем параметрам мы достигли запланированного уровня чувствительности эксперимента. По результатам этого полномасштабного облучения, после дополнительной доработки мишени, которая сейчас проводится в Ок-Риджской Национальной лаборатории, она вновь прибудет в Дубну в мае. Всю вторую половину этого года будет продолжено ее облучение пучком кальция-48.

Наряду с этим интерес и усилия теоретиков в настоящее время нацелены на расчеты электронной структуры 118-го элемента. Это уже начало исследований сверхтяжелых атомов.
 
— Сейчас в ОИЯИ идет строительство нового уникального экспериментального комплекса — «Фабрики сверхтяжелых элементов». Как она поможет в ваших новых поисках?

— Все наши исследования, связанные с синтезом сверхтяжелых элементов, весьма трудоемки. Мы счастливы, когда в результате синтеза получаем один желанный атом в день. Мы чувствуем себя еще бодро, когда получаем один атом в неделю. 118-й элемент получался по одному атому в месяц!

Вместе с тем приобретенные знания о реакциях синтеза сверхтяжелых элементов и свойствах их радиоактивного распада, а также прогресс в смежных науках и новые возможности современной техники позволяют принципиально поднять эффективность нашей работы в сто раз! Эти возможности будут реализованы в «Фабрике сверхтяжелых элементов».

Здание готово в такой степени, что в нем уже идет монтаж нового, более мощного ускорителя ДЦ-280. Мы планируем его пуск на конец нынешнего года.
Затем нам понадобится еще год, чтобы все проверить в работе, оттестировать аппаратуру, провести контрольные опыты, и тогда первый полноценный эксперимент мы сможем поставить уже в конце 2018 года.

— А какой эксперимент планируется на новой установке в качестве пилотного?

Официально объявлено о синтезе 117-го элемента в Дубне

Периодическая таблица химических элементов им. Д. И. Менделеева официально стала на один элемент обширнее. Физики из ОИЯИ (Дубна) и Окриджской национальной лаборатории (США) опубликовали работу, в которой рассказывается об открытии элемента номер 117.

Эксперимент по синтезу 117-го элемента начался 27 июля 2009 года. Уже осенью источники в ОИЯИ рассказывали, что эксперимент идет успешно и новый элемент уже удалось надежно зарегистрировать. Однако в научной среде открытие считается официально свершившимся, когда сообщение о нем появляется на страницах официального рецензируемого научного журнала. Тогда же называлось и название журнала – Physical Review Letters, но сообщения, конечно, носили неофициальный характер.

И вот наконец получен официальный анонс – публикация, посвященная синтезу элемента номер 117, появится в следующем выпуске журнала.

Элемент, который получен российскими и американскими физиками, аномально тяжел. Только представьте – он на 40% тяжелее свинца!

Новое открытие завершает заполнение периодической системы с первого и до 118-го элемента. 118-й элемент был открыт в Дубне в 2006 году, а вот клетка 117-го оставалась до сих пор пустой.

close

100%

Время жизни элемента номер 117 относительно велико, что подтверждает теории о том, что в районе 116–118 элемента существует «островок стабильности». Все три элемента «живут» заметно дольше, чем их более легкие соседи. Насколько длинным является островок и продолжится ли тенденция к дальнейшей стабилизации, покажут только будущие исследования.

«В Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) им. Г. Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) синтезирован новый 117-й элемент Периодической таблицы Д. И. Менделеева. Эксперименты (руководитель — академик Юрий Оганесян) проводились на ускорителе тяжелых ионов ЛЯР ОИЯИ в сотрудничестве с национальными лабораториями США в Ок-Ридже и Ливерморе, с Университетом Вандербильта (США), а также с Научно-исследовательским институтом атомных реакторов (Димитровград, Россия). Синтез нового элемента осуществлен в реакции ускоренных ионов кальция-48 с уникальной мишенью из изотопа искусственного 97-го элемента — берклия-249, период полураспада которого составляет всего 320 дней. Его наработка была осуществлена на самом мощном на сегодняшний день в мире атомном реакторе HIFR Национальной лаборатории США в Ок-Ридже», — передает пресс-служба ОИЯИ слова директора института академика Алексея Сисакяна.

В ходе длительного (более полугода) эксперимента было зарегистрировано 6 событий «рождения» нового элемента.

close

100%

Свойства распада изотопов элемента 117 и его дочерних продуктов — изотопов элементов 115, 113, 111, 109, 107 и 105 — вместе с ранее синтезированными в Дубне изотопами элементов 112–116 и 118 являются прямым экспериментальным доказательством существования «островов стабильности» сверхтяжелых ядер.

Время жизни новых изотопов элементов 115, 113 и 111, измеряемое секундами, позволяет исследовать их химические свойства существующими экспрессными радиохимическими методами: проверяется периодичность изменения химических свойств тяжелейших элементов на основе фундаментальных законов квантовой электродинамики, описывающих электронную структуру сверхтяжелых атомов. Подобные эксперименты с открытыми ранее изотопами элементов 112 и 114 уже проводятся в ЛЯР ОИЯИ в широком сотрудничестве с ведущими радиохимическими лабораториями мира, говорится в сообщении пресс-службы.

Сотрудники Лаборатории ядерных реакций имени Флерова с 1960-х годов успешно синтезируют новые элементы. Во времена СССР здесь были получены 104, 105, 106, 107, 108 элементы. Здесь же были синтезированы впервые сверхтяжелые элементы с атомными номерами со 112 по 116 и самый тяжелый на сегодня 118-й элемент. Теперь ученым удалось заполнить «пропуск» и синтезировать 117-й элемент.

«Всего было получено шесть цепочек последовательного распада ядер 117-го элемента, причем нам удалось получить три разных изотопа нового элемента, а также новые изотопы элементов 115, 113, 111, 109, 107, 105», — сказал руководитель эксперимента Юрий Оганесян.

Хотя в обозримом будущем практического применения у сверхтяжелых короткоживущих элементов, скорее всего, найдено не будет, эксперименты по их синтезу очень важны для фундаментальной науки. В ходе таких опытов ученые проверяют существующие модели, объясняющие, как нейтроны и протоны, образующие ядро всех элементов, кроме водорода, связаны между собой. Эти модели, в свою очередь, могут объяснить феномен различного содержания тех или иных элементов в материи Вселенной, а также предсказать возможное существование экзотических сверхтяжелых элементов, являющихся достаточно стабильными для существования на Земле или в метеоритах.

Периодическая таблица | Безграничная химия

Периодическая таблица

Таблица Менделеева показывает все элементы и их физические свойства; он устроен на основе атомных номеров и электронных конфигураций.

Цели обучения

Определите общие периодические тенденции, которые можно вывести из периодической таблицы элементов

Основные выводы

Ключевые моменты

• В периодической таблице перечислены все элементы с информацией об их атомном весе, химических символах и атомных номерах.
• Расположение таблицы Менделеева позволяет нам визуализировать определенные тенденции среди атомов.
• Вертикальные столбцы (группы) таблицы Менделеева расположены так, что все ее элементы имеют одинаковое количество валентных электронов. Таким образом, все элементы в определенной группе обладают схожими свойствами.

Ключевые термины

• атомный номер : Число, равное количеству протонов в атоме, которое определяет его химические свойства. Символ: Z
.
• группа : Вертикальный столбец в периодической таблице, который обозначает количество электронов валентной оболочки в атоме элемента.
• период : горизонтальная строка в периодической таблице, которая обозначает общее количество электронных оболочек в атоме элемента.

Символы элементов

Периодическая таблица Менделеева представляет собой сетку 18 X 7, расположенную над меньшим двойным рядом элементов. В периодической таблице перечислены только химические элементы, включая каждый изотоп каждого элемента в одной ячейке. В типичной периодической таблице каждый элемент указан по его символу элемента и атомному номеру.Например, «H» обозначает водород, «Li» обозначает литий и так далее. Большинство элементов представлены первой или двумя первыми буквами своего английского названия, но есть некоторые исключения. Два заметных исключения включают серебро и ртуть. Символ серебра — «Ag» от латинского « argentum», «», что означает «серый» или «сияющий». Символ ртути — «Hg» от латинизированного греческого hydrargyrum, , что означает «вода-серебро». Многие периодические таблицы также включают полное название элемента и цветовую кодировку элементов в зависимости от их фазы при комнатной температуре (твердое, жидкое или газообразное).

Периодическая таблица : Таблица Менделеева представляет собой табличное отображение всех химических элементов. Атомы сгруппированы в порядке возрастания атомного номера.

Строки и периоды

Символ элемента почти всегда сопровождается другой информацией, такой как атомный номер и атомный вес. Атомный номер описывает количество протонов в одном атоме этого элемента. Например, атом кислорода содержит 8 протонов. Элементы перечислены в порядке возрастания атомного номера слева направо.Каждая строка периодической таблицы называется периодом, а каждый столбец периодической таблицы называется группой (или семьей). У некоторых групп есть особые названия, такие как галогены или благородные газы. Элементы, относящиеся к одному периоду или группе, обладают схожими свойствами.

Определение химических свойств с использованием таблицы Менделеева

Химические свойства каждого элемента определяются его электронной конфигурацией и, в частности, его внешними валентными электронами. Расположение элемента в периодической таблице в значительной степени зависит от его электронов; количество электронов валентной оболочки определяет его группу, а тип орбитали, на которой находятся валентные электроны, определяет блок элемента.Кроме того, общее количество электронных оболочек атома определяет, какому периоду он принадлежит. Из-за своей структуры периодическая таблица стала чрезвычайно полезным инструментом для оценки и прогнозирования тенденций изменения содержания элементов и химии.

Химия 3.1 Введение в Периодическую таблицу — YouTube : Введение в таблицу Менделеева, которая определяет металлы, неметаллы и металлоиды по местоположению, а также сравнивает и сравнивает физические свойства металлов и неметаллов.

Молекулы

Молекулы — это электрически нейтральные соединения, состоящие из нескольких атомов, связанных друг с другом химическими связями.

Цели обучения

Распознавать общие свойства молекул

Основные выводы

Ключевые моменты

• Молекулы нейтральны и не несут заряда.
• Молекула может состоять из неметаллических атомов одного химического элемента, как в случае кислорода (O ₂ ), или из различных элементов, как в случае воды (H ₂ O).
• Геометрия и состав молекулы определяют ее химические и физические свойства.
• Изомеры — это молекулы с одинаковыми атомами в разном геометрическом расположении.

Ключевые термины

• ковалентный : когда 2 или более неметаллических атома связаны вместе за счет общих электронов.
• изомер : молекулы с одинаковым числом атомов в разных геометрических формах.
• соединение : когда два или более разных атома удерживаются вместе ковалентной связью.Все соединения являются молекулами, но не все молекулы являются соединениями.
• молекула : два или более атома, которые удерживаются вместе химической ковалентной связью.

Атомы и молекулы

Атом определяется как основная единица вещества, которая содержит централизованное плотное ядро, окруженное электронным облаком. Когда два или более атома удерживаются вместе химической ковалентной связью, этот новый объект известен как молекула. Слово «молекула» — это расплывчатый термин, который в разговорной речи имеет разные значения в разных областях исследований.Например, термин «молекулы» используется в кинетической теории газов и относится к любой газовой частице независимо от ее состава.

Чаще всего термин «молекулы» относится к нескольким атомам; молекула может состоять из одного химического элемента, например кислорода (O ₂ ), или из нескольких элементов, таких как вода (H ₂ O). Молекулы нейтральны и не несут заряда; это свойство отличает их от многоатомных ионов, например нитрата (NO ₃ ^— ).

молекула кофеина : Кофеин — сложная молекула, состоящая из множества атомов, связанных друг с другом определенным образом.

Размер молекулы варьируется в зависимости от количества атомов, составляющих молекулу. Большинство молекул слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Самая маленькая молекула — двухатомный водород (H ₂ ) с длиной связи 0,74 ангстрем. Макромолекулы — это большие молекулы, состоящие из более мелких субъединиц; этот термин из биохимии относится к нуклеиновым кислотам, белкам, углеводам и липидам.Некоторые макромолекулы можно наблюдать в специализированные микроскопы.

Часто состав соединения также может быть обозначен эмпирической формулой, которая представляет собой простейшее целочисленное соотношение составляющих его химических элементов. Однако эта эмпирическая формула не всегда описывает конкретную молекулу, о которой идет речь, поскольку она дает только соотношение ее элементов. Полный элементный состав молекулы может быть точно представлен ее молекулярной формулой, которая указывает точное количество атомов в молекуле.

Пример

• C ₆ H ₁₂ O ₆ = молекулярная формула глюкозы
• CH ₂ O = эмпирическая (упрощенное соотношение) формула для глюкозы

Изомеры

Изомеры — это молекулы с одинаковыми атомами в разном геометрическом расположении. Из-за такого разного расположения изомеры часто имеют очень разные химические и физические свойства. На рисунке ниже 1-пропанол в основном используется в синтезе других соединений и имеет менее неприятный запах, тогда как 2-пропанол является обычным бытовым спиртом.

структурные изомеры пропанола : Химическая формула пропанола (C ₃ H ₇ OH) описывает несколько различных молекул, которые различаются положением спирта (OH). Каждая молекула является структурным изомером другой.

Ионы

Ион — это атом или молекула, которые имеют чистый электрический заряд, потому что их общее количество электронов не равно количеству протонов.

Цели обучения

Сравните разные классы ионов

Основные выводы

Ключевые моменты

• Ионы образуются, когда количество протонов в атоме не равно количеству электронов.Если присутствует больше протонов, ион положительный и известен как катион; если присутствует больше электронов, ион отрицательный и называется анионом.
• Ионы являются высокореактивными частицами. Обычно они находятся в газообразном состоянии и не встречаются на Земле в изобилии. Они отталкиваются одинаковыми электрическими зарядами и притягиваются к противоположным зарядам.
• Электронное облако атома определяет размер атома; добавленные электроны (анионы) увеличивают отталкивание электронов, увеличивая размер иона, в то время как катионы (с меньшим количеством электронов) меньше атома, потому что в облаке меньше электронов, которые отталкивают друг друга.

Ключевые термины

• ион : атом или группа атомов, несущих электрический заряд, например атомы натрия и хлора в солевом растворе.
• анион : отрицательно заряженные ионы, потому что в них больше электронов, чем протонов.
• катион : Ионы, которые заряжены положительно, потому что в них больше протонов, чем электронов.

Атом — это основная единица материи, состоящая из плотного ядра, состоящего из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов.Если в атоме одинаковое количество протонов и электронов, он электронно нейтрален. Однако, если общее количество электронов не равно количеству протонов, атом имеет чистый электрический заряд.

Любой атом или молекула с чистым зарядом, положительным или отрицательным, называется ионом. Ион, состоящий из одного атома, является одноатомным ионом; Ион, состоящий из двух или более атомов, называется многоатомным ионом. Положительный электрический заряд протона равен по величине отрицательному заряду электрона; следовательно, чистый электрический заряд иона равен количеству протонов минус количество электронов.

Ионы являются высокоактивными частицами. Обычно они находятся в газообразном состоянии и не встречаются на Земле в изобилии. Ионы в жидком или твердом состоянии образуются при взаимодействии солей со своими растворителями. Они отталкиваются одинаковыми электрическими зарядами и притягиваются к противоположным зарядам.

Типы ионов

Есть специализированные типы ионов. Анионы имеют больше электронов, чем протонов, и поэтому имеют отрицательный заряд. Катионы имеют больше протонов, чем электронов, и поэтому имеют чистый положительный заряд.Цвиттерионы нейтральны и имеют как положительные, так и отрицательные заряды в разных местах молекулы. Анионы обычно больше, чем исходная молекула или атом, потому что избыточные электроны отталкиваются друг от друга и увеличивают физический размер электронного облака. Катионы обычно меньше их родительского атома или молекулы из-за меньшего размера их электронных облаков.

Ионы водорода : показаны отношения между молекулой, ее катионом и анионом.

Ион обозначается путем написания его отрицательного заряда в верхнем индексе сразу после химической структуры атома / молекулы. Обычно размер нетто записывается с величиной перед знаком; величина однозарядных молекул / атомов обычно не указывается. Одноатомные ионы иногда также представлены римскими цифрами, которые обозначают формальную степень окисления элемента, тогда как цифры с надстрочным индексом обозначают чистый заряд. Например, Fe ²⁺ можно обозначать как Fe (II).Эти представления можно рассматривать как эквивалентные для одноатомных ионов, но римские цифры нельзя применять к многоатомным ионам.

Ионы образования

Ионы могут быть образованы в результате ионизации, которая представляет собой процесс потери или приобретения нейтральным атомом электронов. Обычно электроны либо добавляются, либо теряются на валентной оболочке атома; электроны внутренней оболочки более тесно связаны с положительно заряженным ядром и поэтому не участвуют в этом типе химического взаимодействия.

Ионизация обычно включает перенос электронов между атомами или молекулами. Этот процесс мотивирован достижением более стабильных электронных конфигураций, таких как правило октетов, которое гласит, что наиболее стабильные атомы и ионы имеют восемь электронов на своей внешней (валентной) оболочке. Многоатомные и молекулярные ионы также могут быть образованы, как правило, за счет приобретения или потери элементарных ионов, таких как H ⁺ , в нейтральных молекулах. Многоатомные ионы обычно очень нестабильны и реакционноспособны.

Типичный пример иона — Na ⁺ . У натрия есть заряд +1, потому что у натрия одиннадцать электронов. Однако, согласно правилу октетов, натрий был бы более стабильным с 10 электронами (2 в самой внутренней оболочке, 8 в самой внешней оболочке). Следовательно, натрий имеет тенденцию терять электрон, чтобы стать более стабильным. С другой стороны, хлор имеет тенденцию приобретать электрон, чтобы стать Cl ^— . Хлор, естественно, имеет 17 электронов, но он был бы более стабильным с 18 электронами (2 в самой внутренней оболочке, 8 во второй оболочке и 8 в валентной оболочке).Следовательно, хлор заберет электрон у другого атома, чтобы стать отрицательно заряженным.

Periodic Properties: Part 3, Ionic Radius, Predicting Ionic Charges — YouTube : Продолжение обсуждения периодических свойств, включая ионный радиус и способы прогнозирования ионных зарядов.

Периодическая таблица элементов | Химия

В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев впервые предположил, что химические элементы обладают «периодичностью свойств».» Менделеев пытался организовать химические элементы в соответствии с их атомным весом, предполагая, что свойства элементов будут постепенно меняться по мере увеличения атомного веса. Однако он обнаружил, что химические и физические свойства элементы постепенно увеличивались, а затем внезапно менялись на разных шаги или периоды. Чтобы учесть эти повторяющиеся тенденции, Менделеев сгруппировал элементы в таблице, содержащей как строки, так и столбцы.

Периодическая таблица элементов

Структура современной таблицы Менделеева

Современная периодическая таблица элементов основана на наблюдениях Менделеева; однако, вместо того, чтобы быть организованной по атомному весу, современная таблица упорядочена по атомному номеру (z).При перемещении слева направо по строке периодической таблицы свойства элементов постепенно меняются. В конце каждого ряда происходит резкое изменение химических свойств. Следующий элемент по порядку атомного номера более похож (химически говоря) на первый элемент в строке над ним; таким образом, новая строка начинается на столе.

Например, кислород (O), фтор (F) и неон (Ne) (z = 8, 9 и 10 соответственно) — все это стабильные неметаллы, которые при комнатной температуре являются газами.Натрий (Na, z = 11), однако, представляет собой металлическое серебро, твердое при комнатной температуре, как и элемент литий (z = 3). Таким образом, натрий начинает новую строку в периодической таблице и помещается непосредственно под литием, подчеркивая их химический состав. сходства.

Строки в периодической таблице называются периодами. Как один движется слева направо в заданный период, химические свойства элементов медленно меняются. Столбцы в периодической таблице называются группами.Элементы данной группы в периодической таблице обладают многими схожими химическими и физическими свойствами.

Контрольная точка понимания

Почему натрий стоит прямо под литием в периодической таблице?

Электронная конфигурация и таблица

«Периодическая» природа химических свойств, обнаруженных Менделеевым, связана с электронной конфигурацией атомов элементов.Другими словами, способ, которым электроны атома расположены вокруг его ядра, влияет на свойства атома.

Теория атома Нильса Бора говорит нам, что электроны не расположены случайным образом вокруг ядра атома, но встречаются в определенных электронных оболочках (см. наш модуль Atomic Theory II для получения дополнительной информации). Каждая оболочка имеет ограниченную емкость для электронов. По мере заполнения нижних оболочек дополнительные электроны находятся в более удаленных оболочках.

Емкость первой электронной оболочки — два электрона, а второй — восемь. Таким образом, в нашем примере, рассмотренном выше, кислород с восемью протонами и восемью электронами несет два электрона на своей первой оболочке и шесть на своей второй оболочке. Фтор с девятью электронами несет два в своей первой оболочке и семь во второй. Неон с десятью электронами несет два в первом и восемь во втором.Поскольку количество электронов во второй оболочке увеличивается, мы можем представить, почему химические свойства постепенно меняются по мере того, как мы переходим от кислорода к фтору и неону.

У натрия одиннадцать электронов. Двое поместились в его первую оболочку, но помните, что вторая оболочка может нести только восемь электронов. Одиннадцатый электрон натрия не может поместиться ни в его первую, ни в его вторую оболочку. Этот электрон поселяется на еще одной орбите, третьей электронной оболочке натрия.Причина резкого изменения химических свойств при переходе от неона к натрию заключается в том, что между двумя элементами происходит резкий сдвиг в электронной конфигурации. Но почему натрий похож на литий? Давайте посмотрим на электронные конфигурации этих элементов.

Электронные конфигурации для выбранных элементов

Как вы можете видеть на иллюстрации, в то время как натрий имеет три электронные оболочки, а литий две, их общая характеристика состоит в том, что оба они имеют только один электрон на крайнем внешнем участке. электронная оболочка.Эти электроны внешней оболочки (называемые валентными электроны) важны для определения химических свойств элементов.

Химические свойства элемента определяются тем, как его атомы взаимодействуют с другими атомами. Если мы изобразим внешнюю (валентную) электронную оболочку атома как сферу, охватывающую все внутри, то только валентная оболочка может взаимодействовать с другими атомами — почти так же, как это только краска на внешней стороне вашего дома. который «взаимодействует» с, и промокает, дождевая вода.

Валентная оболочка атома «покрывает» внутренние электронные оболочки

Электроны валентной оболочки в атоме определяют способ его взаимодействия с соседними атомами и, следовательно, определяют его химические свойства. Поскольку и натрий, и литий имеют один валентный электрон, они обладают схожими химическими свойствами.

Контрольная точка понимания

Химические свойства элемента определяются количеством электронов в

Сокращение электронной конфигурации

Для элементов в группах, обозначенных A в периодической таблице (IA, IIA и т. Д.)) количество валентных электронов соответствует номеру группы. Таким образом, Li, Na и другие элементы в группе IA имеют один валентный электрон. Be, Mg и другие элементы группы IIA имеют два валентных электрона. B, Al и другие элементы группы IIIA имеют три валентных электрона и так далее. Номер строки или периода, в котором находится элемент в таблице, равен количеству полных оболочек, содержащих электроны в атоме. H и He в первом периоде обычно имеют электроны только в первой оболочке; Li, Be, B и другие элементы периода два занимают две оболочки и так далее.Чтобы записать электронную конфигурацию элементов, ученые часто используют стенографию, в которой за символом элемента следуют его электронные оболочки. Ниже приведены несколько примеров.

Сокращение конфигурации элемента
Элемент	Сокращение конфигурации
Водород	H	1д —
Литий	Li	2e —	1e —
Фтор	F	2e —	7e —
Натрий	Na	2e —	8e —	1e —

Для получения дополнительных сведений в таблице, приведенной ниже, показаны электронные конфигурации первых одиннадцати элементов.

Сводка

Современная таблица Менделеева основана на наблюдениях Дмитрия Менделеева 1896 года о том, что химические элементы можно сгруппировать по химическим свойствам, которые они проявляют. Этот модуль объясняет расположение элементов в таблице периодов. Он определяет периоды и группы и описывает, как различные электронные конфигурации влияют на свойства атома.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Углерод (C) — химические свойства, воздействие на здоровье и окружающую среду

Его плотность колеблется от 2.25 г / см³ (1,30 унции / дюйм³) для графита и 3,51 г / см³ (2,03 унции / дюйм³) для алмаза. Температура плавления графита составляет 3500ºC (6332ºF), а экстраполированная точка кипения составляет 4830ºC (8726ºF). Элементарный углерод — инертное вещество, нерастворимое в воде, разбавленных кислотах и ​​щелочах, а также в органических растворителях. При высоких температурах он связывается с кислородом с образованием окиси или двуокиси углерода. С помощью горячих окислителей, таких как азотная кислота и нитрат калия, получается метиловая кислота C ₆ (CO ₂ H) ₆ .Из галогенов только фтор реагирует с элементарным углеродом. Большое количество металлов соединяется с элементом при высоких температурах с образованием карбидов.

Он образует три газообразных компонента с кислородом: монооксид углерода, CO, диоксид углерода, CO ₂ , и недокись углерода, C ₃ O ₂ . Два первых являются наиболее важными с промышленной точки зрения. Углерод образует соединения с галогенами с общей формулой CX ₄ , где X — фтор, хлор, бром или йод.При температуре окружающей среды тетрафторид углерода является газом, тетрахлорид — жидкостью, а два других соединения — твердыми веществами. Известны также смешанные тетрагалогениды углерода. Наиболее важным из всех может быть дихлордифторметан, CCl ₂ F ₂ , называемый фреоном.

Углерод в окружающей среде

Углерод и его компоненты широко распространены в природе. По оценкам, углерод составляет 0,032% земной коры. Свободный углерод находится в больших резервуарах, таких как каменный уголь, в аморфной форме элемента с другими сложными соединениями углерод-водород-азот.Чистый кристаллический углерод встречается в форме графита и алмаза.
Атмосфера Земли содержит постоянно увеличивающуюся концентрацию углекислого газа и окиси углерода, образующих сжигание ископаемого топлива, и метана (CH ₄ ), образующих рисовые поля и коров.

Нет элемента более важного для жизни, чем углерод, потому что только углерод образует прочные одинарные связи с самим собой, которые достаточно стабильны, чтобы противостоять химическому воздействию в условиях окружающей среды. Это дает углероду способность образовывать длинные цепи и кольца из атомов, которые являются структурной основой многих соединений, составляющих живую клетку, наиболее важной из которых является ДНК.

В больших количествах углерод находится в виде соединений. Углерод присутствует в атмосфере в виде углекислого газа в количестве 0,03% по объему. Некоторые минералы, такие как известняк, доломит, гипс и мрамор, содержат карбонаты. Все растения и живые животные состоят из сложных органических соединений, в которых углерод сочетается с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Остатки живых растений и животных образуют месторождения: нефти, асфальта и битума. Залежи природного газа содержат соединения, образованные углеродом и водородом.

Приложение

Бесплатный элемент имеет множество применений, в том числе для украшения бриллиантов в ювелирных изделиях или черного дымового пигмента в автомобильных дисках и чернил для принтера. Другая форма углерода, графит, используется в высокотемпературных тиглях, сухих электродах и электродах легкой дуги, для наконечников карандашей и в качестве смазки. Растительный углерод, аморфная форма углерода, используется в качестве поглотителя газа и отбеливающего агента.

Углеродные соединения имеют множество применений. Двуокись углерода используется для газирования напитков, в огнетушителях и, в твердом состоянии, в качестве охладителя (сухой лед).Окись углерода используется в качестве восстановителя во многих металлургических процессах. Тетрахлорметан и сероуглерод являются важными промышленными растворителями. Фреон используется в системах охлаждения. Карбид кальция используется для получения ацетилена; он используется для сварки и резки металлов, а также для приготовления других органических соединений. Другие металлические карбиды находят важное применение в качестве жаропрочных материалов и фрез для резки металла.

Воздействие углерода на здоровье

Элементарный углерод имеет очень низкую токсичность.Представленные здесь данные об опасностях для здоровья основаны на воздействии сажи, а не элементарного углерода. Хроническое вдыхание сажи может привести к временному или необратимому повреждению легких и сердца.

Пневмокониоз обнаружен у рабочих, занятых на производстве технического углерода. Также сообщалось о кожных заболеваниях, таких как воспаление волосяных фолликулов и поражения слизистой оболочки полости рта в результате воздействия на кожу.

Канцерогенность — Технический углерод был включен Международным агентством по изучению рака (IARC) в Группу 3 (агент не классифицируется по его канцерогенности для человека).

Некоторые простые соединения углерода могут быть очень токсичными, например, оксид углерода (CO) или цианид (CN-).

Углерод 14 является одним из радионуклидов, участвующих в атмосферных испытаниях ядерного оружия, которые начались в 1945 году с испытаний в США и закончились в 1980 году с испытаний в Китае. Это один из долгоживущих радионуклидов, которые привели и будут вызывать повышенный риск рака в ближайшие десятилетия и столетия. Он также может проникать через плаценту, органически связываться с развивающимися клетками и, следовательно, представлять опасность для плода.

Большая часть того, что мы едим, состоит из соединений углерода, общее потребление углерода составляет 300 г / день. Пищеварение заключается в расщеплении этих соединений на молекулы, которые могут адсорбироваться на стенке желудка или кишечника. Там они переносятся кровью к участкам, где они используются или окисляются для высвобождения содержащейся в них энергии.

Воздействие углерода на окружающую среду

О негативном воздействии на окружающую среду не сообщалось.

Графитовые бриллианты

Вернуться к периодической таблице элементов

Для получения дополнительной информации о месте углерода в окружающей среде перейдите к углеродному циклу.

Получите информацию о химии и химических элементах в Excel

В ячейке введите название химического элемента, химического соединения, изотопа, минерала или химической формулы. Например, вы можете ввести «Водород», «Вода» или «h3O». Если вы вводите несколько, убедитесь, что каждая из них находится в отдельной ячейке столбца.

Выделите эти ячейки и перейдите к Вставьте > Таблица , чтобы создать таблицу.При желании добавьте столбец заголовка.

Примечание: Хотя создание таблицы не требуется, мы рекомендуем поместить текст в таблицу для удобства работы.

Выделив таблицу, перейдите к Data > разверните раскрывающуюся галерею Data Types > выберите Chemistry .

Excel преобразует текст в тип данных Chemistry, соответствующий нашим онлайн-источникам.Вы узнаете, что он преобразован, если в ячейках появится значок типа данных «Химия».

Примечание: Если вы видите значок вопросительного знака в ячейке, это означает, что Excel нужна ваша помощь, чтобы уточнить совпадение. См. Раздел об использовании средства выбора данных ниже.

Чтобы добавить данные в таблицу, выберите одну или несколько преобразованных ячеек, и появится кнопка Добавить столбец .Нажмите эту кнопку и выберите любое из полей, чтобы добавить эти факты в таблицу.

После того, как у вас есть нужные данные в своей книге, вы можете использовать свои любимые функции Excel, такие как формулы, для работы с данными. Дополнительные сведения см. В разделе «Как писать формулы, ссылающиеся на типы данных».

Интеграция экспрессии генов клеточных линий человека и химических свойств лекарств для прогнозирования травм печени, вызванных лекарственными средствами | Biology Direct

Определение двоичных классов

Мы решили использовать агрегированную схему классификации с двоичным разделением между конечными классами. Было протестировано несколько методов агрегирования:

• Класс 1 как Концерн DILI , классы 1, 2 и 3 как нет Концерн DILI ;

• Классы 1 и 2 как ДИЛИ-концерн , классы 3 и 4 как без ДИЛИ концерн ;

• Классы 1 и 2 класс как ДИЛИ-концерн , класс 4 как без ДИЛИ концерн ;

• Классы 1 и 2 как Концерн DILI , класс 4 как без Концерна DILI ;

• Классы 1, 2 и 3 как DILI-концерн , класс 4 как без DILI-концерна .

Наилучшие результаты получены по последнему методу. В этой совокупности 179 соединений отнесены к классу , относящемуся к DILI, , а 54 соединения — к классу , не относящемуся к DILI, . Удаление класса 3 ( неоднозначный DILI, проблема ) не улучшило результатов, наоборот, результаты были получены несколько хуже по сравнению с последним методом агрегирования.

Выбор гиперпараметров и исправление номеров признаков

В большинстве случаев наши методы выбора признаков не сообщали о соответствующих переменных в наборах данных экспрессии генов.Тем не менее, для некоторых линий клеток количество очень слабо информативных переменных значительно превышало ожидаемые значения, см. Рисунок 1 в дополнительном файле 1. Например, для линии клеток MCF7 ожидаемая частота ложных обнаружений для 100 наиболее значимых переменных была близка к 0,5, предполагая, что существует около 50 действительно, хотя и слабо информативных переменных в пределах 100 наиболее релевантных, см. Рисунок 2 в дополнительном файле 1. С другой стороны, измеренная релевантность переменных в клеточной линии PC3 соответствовала теоретическим распределения, а ожидаемая частота ложных обнаружений близка к 1, см. рисунки 3 и 4 в дополнительном файле 1.Следовательно, все модели были построены с использованием N верхних дескрипторов с высоким рейтингом, при этом значение N было установлено экспериментально, см. Таблицу 1 в Дополнительном файле 1. В случае молекулярных дескрипторов, полученных от Мордреда, количество релевантных переменных, полученных для всего набор данных составляет 127, когда был применен уровень FDR 0,1, см. рисунки 5 и 6 в дополнительном файле 1. Число релевантных переменных, полученных при перекрестной проверке, варьируется в зависимости от свертки. Мы использовали 100 основных переменных для согласованности между складками, а также с данными экспрессии генов.

Значение параметра mtry случайного леса, соответствующее количеству переменных, тестируемых при создании каждого разбиения, было установлено экспериментально вне цикла перекрестной проверки. Все значения из интервала (2, 20) были протестированы, и AUC использовалась в качестве показателя качества, см. Таблицу 2 в дополнительном файле 1. Качество результатов, как правило, не зависело от выбора mtry, за исключением случаев, когда использовались очень маленькие значения. использовал. Поэтому на протяжении всего исследования использовалось значение mtry по умолчанию.

Индивидуальные модели и интеграция данных

Начальные модели были построены с использованием всех данных экспрессии, доступных для отдельной клеточной линии. Воздействие разных концентраций и разное время измерения одного лекарственного соединения рассматривали как независимые точки данных. Такой подход приводит к значительному переобучению, поскольку ответы на разные дозы одного и того же соединения могут коррелировать, даже если они принимаются в разное время. Действительно, в Таблице 2 можно увидеть, что кажущееся качество результатов сильно коррелирует с размером набора данных, следовательно, с избыточностью данных.

Таблица 2 Результаты прогноза для полных наборов данных. Столбцы 3, 4: результаты, полученные при простой перекрестной проверке. Столбцы 5, 6: результаты, полученные при модифицированной перекрестной проверке, где подмножества содержат либо все, либо никакие наблюдения для соединения

Чтобы оценить эффект переобучения из-за коррелированных наблюдений, мы повторили процедуру перекрестной проверки, подходящую для кластерные данные [32]. Здесь обучающие и проверочные наборы не содержат или не содержат всех наблюдений для соединения.Результаты этого теста намного хуже и отрицательно коррелируют с размером выборки. Это говорит о том, что построение моделей машинного обучения для объединенных результатов не приводит к достоверным результатам.

Таким образом, чтобы избежать переобучения, описанного выше, мы применили протокол моделирования, описанный ранее, к набору данных, где каждое соединение было представлено одним наблюдением.

Как и следовало ожидать, кажущееся качество моделей в этом случае было ниже, см. Таблицу 3. Наилучшие результаты были получены для линии клеток MCF7 с A U C = 0.62 и M C C = 0,23 при полностью перекрестной проверке. Кроме того, результаты, полученные для клеточных линий VCAP, A549, HA1E, HCC515 и SKB, предполагают слабую, но неслучайную связь с сигналом DILI. Результаты для других клеточных линий были очень слабыми и существенно не отличались от случайных.

Таблица 3 Результаты прогноза для неизбыточных наборов данных, полученных с помощью стандартной процедуры перекрестной проверки. Показаны результаты как для моделей, использующих только экспрессию генов (столбцы 2, 3 и 6, 7), так и для моделей, построенных на интегрированных наборах данных (столбцы 4, 5 и 8, 9).Результаты для модели, построенной на молекулярных дескрипторах, показанных в последней строке

Интеграция с химическими свойствами лекарств

Для нашего анализа мы также получили более 1600 переменных из описания лекарственного средства SMILES (Simplified Molecular-Input Line-Entry System). Модели, построенные только на химических дескрипторах, дали результаты немного лучше, чем лучшие результаты, полученные для линий клеток человека, см. Таблицу 3.

Далее мы создали модели, используя как экспрессию генов, так и химические свойства.С этой целью для построения моделей RF использовались 100 наиболее информативных переменных из экспрессии генов (полученные с помощью MDFS) и 100 основных молекулярных дескрипторов (полученные с помощью t-критерия). Эксперимент проводился с использованием либо 100 лучших из всех 12328 генов, либо 100 лучших из 978 основных генов из анализов L1000.

Выбор признаков был более стабильным для химических дескрипторов. Одна переменная из этого набора данных попала в первую сотню во всех группах перекрестной проверки, а 44 — в половине или более перекрестных проверок.Большинство из них относятся к дескрипторам топологической структуры и свойствам матрицы Бёрдена. Экспрессия генов клеточных линий человека дала худшие результаты. В случае MCF7, лучшего среди линий клеток человека, было выбрано только 16 переменных, по крайней мере, в 50 процентах из 100 лучших наборов дескрипторов.

Модели были получены в результате 20 повторений десятикратной процедуры перекрестной проверки, чтобы обеспечить беспристрастную оценку производительности. Как и следовало ожидать, были получены результаты лучше, чем для моделей, построенных только на данных экспрессии генов.За исключением MCF7, VCAP, A549 и HA1E, модели, полученные на комбинированных наборах данных, были в основном не лучше, чем модели, полученные с использованием одних только молекулярных дескрипторов, см. Таблицу 3. Только для линии клеток MCF7 комбинированная модель была статистически значимо лучше. чем модель, построенная на молекулярных дескрипторах. Статистика для парного t-критерия по повторениям перекрестной проверки составила 9,7 для всех переменных MCF7 и 7,6 для базовых переменных. Для линии клеток SKB результаты неоднозначны: статистически значимое улучшение (t = 5.1) наблюдалась для моделей, построенных на базовых переменных, в то время как модели, использующие все переменные экспрессии генов, работали хуже, чем модели, построенные на молекулярных дескрипторах. Низкая производительность моделей, построенных только на ячейках SKB, предполагает, что результат для базовых переменных следует рассматривать как выброс, см. Таблицу 3 и Рис.

Рис. 2

Коробчатые диаграммы перекрестно проверенных AUC для интеграции паттернов экспрессии генов для различных линий клеток человека и химических структур лекарственных средств. Горизонтальная серая линия обозначает среднюю AUC, полученную только по химическим дескрипторам.Красные рамки обозначают клеточные линии, которые вносят значительную информацию в химические дескрипторы.

Очевидно, присутствие описательных переменных, представляющих экспрессию генов, в большинстве случаев бесполезно и снижает производительность алгоритма случайного леса. Более того, модели, использующие переменные, выбранные из всех 12328 профилей экспрессии генов, обычно лучше подходят для клеточных линий, для которых можно построить прогностические модели, используя только данные об экспрессии генов, тогда как для других клеточных линий лучше подходят модели, использующие переменные, выбранные из 978 базовых переменных. .Этот эффект, вероятно, также возникает из-за подавления шума для неинформативных клеточных линий, что было более эффективно для базовых переменных.

Прямая интеграция данных из нескольких клеточных линий

Для интеграции информации, доступной в нескольких клеточных линиях, мы сначала попробовали простой метод расширения, описанный выше. Мы просто построили прогностическую модель, используя единый набор данных, включающий 100 наиболее релевантных переменных из каждой клеточной линии, а также 100 наиболее релевантных молекулярных дескрипторов.К сожалению, эта модель была не лучше, чем лучшая модель, полученная для экспрессии гена MCF7 с молекулярными переменными. Во второй итерации прямой интеграции были выбраны только 100 наиболее релевантных переменных из линий клеток MCF7, VCAP, A549, HA1E и HCC515, что не снизило качество модели, основанной на молекулярных дескрипторах. Модель, созданная на этих пяти клеточных линиях, достигла того же качества, что и модель, построенная на MCF7.

Передача сигнала

На этом этапе мы также исследовали, может ли биологическая информация, полученная для одной линии клеток, передаваться на другую линию клеток.С этой целью мы выполнили отбор признаков на одной клеточной линии и использовали отобранные наиболее информативные гены для построения RF-модели на другой клеточной линии. Эти тесты проводились для всех комбинаций клеточная линия — клеточная линия. Большинство построенных таким образом моделей давали случайные результаты ( A U C ≈0,5). Тем не менее, в некоторых случаях мы получили информативные модели. Лучший результат ( A U C = 0,58) был достигнут при использовании переменных из линии клеток SKB, используемых в линии клеток MCF7.Несколько других моделей, построенных на MCF7, также неслучайны. Средняя AUC для всех пар, которые не включали MCF7, составляет 0,50 со стандартным отклонением 0,03.

Результаты для лучших пар клеточных линий приведены в таблице 4. Кроме того, мы исследовали, насколько похожи были ранжирования соответствующих переменных, полученных для разных клеточных линий, и, в частности, для этих пар клеточных линий, для которых были получены неслучайные модели. Первый анализ был проведен для 100 основных переменных обеих пар клеточных линий, но было получено очень небольшое количество общих переменных, варьирующихся от 0 до 9, даже для пар с наилучшей переносимостью моделей.

Таблица 4 Возможность передачи сигналов. Показано количество общих переменных в верхних N переменных одной линии ячеек в верхних 200 переменных. Последний столбец показывает AUC модели, построенной для второй линии клеток с использованием 100 наиболее информативных переменных из первой линии клеток. Линия клеток, используемая для построения модели, и AUC модели выделены жирным шрифтом.

Таким образом, мы исследовали, сколько общих переменных находится в верхних N переменных для любой данной линии клеток в верхних 200 переменных во всех других линиях клеток, см. Таблица 4.Таким образом, мы учитываем корреляции между переменными — переменная, которая принадлежит к 100 наиболее информативным переменным в ячейке A, может по-прежнему нести информацию для ячейки B, даже если она не принадлежит к 100 наиболее информативным переменным. Предел 200, а также пороговые значения в Таблице 4 являются произвольными, они были выбраны только для того, чтобы показать тенденции сходства, а не подразумевать истинную релевантность. Количество общих переменных на пороге 100 показывает, сколько несколько информативных переменных было доступно для построения модели на второй линии клеток.Для всех пар, перечисленных в таблице 4, есть от 14 до 27 переменных в топ-100 другой клеточной линии, которые также в некоторой степени актуальны для MCF7 и могут быть использованы алгоритмом классификации для построения неслучайной модели.

Супер обучающийся

Результаты прогноза, основанные на определенных клеточных линиях, были объединены в единый прогноз с использованием методологии, предложенной van der Laan et al. [21]. Эта процедура включает проверку результатов путем перекрестной проверки, поэтому всю процедуру моделирования, описанную ранее, пришлось повторить несколько раз в цикле перекрестной проверки.Поэтому были построены вложенные перекрестно проверенные модели для всех клеточных линий. Среди 4 возможных конфигураций: экспрессия всех генов, экспрессия основного гена, экспрессия всех генов плюс химические свойства и экспрессия основного гена плюс химические свойства, мы выбрали серию всех экспрессий генов, интегрированных с химическими дескрипторами. Эта конфигурация, по-видимому, использует предсказательную способность как экспрессии генов, так и молекулярных дескрипторов (см. Таблицу 3).

Применение подхода Super Learner для интеграции различных моделей привело к получению скромных, но значительно лучших моделей, чем лучшие модели, построенные с использованием информации из одной клеточной линии, см. Таблицу 5.

Таблица 5 Результаты составных прогнозных моделей. Метод комбинирования отображается в первом столбце, оценка AUC, полученная на обучающем наборе, и при перекрестной проверке во втором и третьем столбцах. В четвертом и пятом столбцах представлены результаты сравнения прогнозов составных моделей и лучшей индивидуальной модели, т. Е. MCF-7 + молекулярные дескрипторы, по парным t -тест

Наилучшие результаты были получены, когда составная модель была построена как среднее пять лучших элементарных моделей.Более сложные методы, а именно неотрицательная линейная регрессия и классификатор случайного леса, привели к переобученным моделям, которые показали лучшие результаты при оценке на обучающем наборе, но были хуже при оценке во вложенной перекрестной проверке. Интересно, что даже простое среднее всех моделей было лучше, чем лучший отдельный результат (см. Рис. 3). Судя по всему, процедура усреднения позволила извлечь общую информацию из разных моделей, при этом подавив шум. Тем не менее, результаты для средних значений всех моделей были хуже, чем для всех других комбинированных методов.Скорее всего, именно этот метод объединения результатов привел к модели, которая была смещена в сторону молекулярных дескрипторов, поскольку они были источником информации в моделях, использующих неинформативные клеточные линии.

Рис. 3

Графики ROC и прямоугольные диаграммы AUC для лучшей отдельной модели, среднего значения 13 моделей и среднего значения 5 лучших моделей во вложенной перекрестной проверке

Еще одно интересное наблюдение вытекает из сравнения таблиц 3 и 5. Лучшие Результат перекрестной проверки был получен для модели, построенной с использованием переменных из экспрессии гена MCF7, интегрированных с молекулярными дескрипторами.Перекрестная оценка AUC для этой модели составляет 0,70. Перекрестная оценка лучших результатов в Super Learner составляет 0,65. Это происходит потому, что Super Learner не знает , какая модель в целом лучше. Он выбирает лучшее на данном обучающем наборе в конкретном случае внешней перекрестной проверки. Может случиться так, что для некоторых обучающих наборов какой-либо другой классификатор (например, использующий переменные экспрессии гена VCAP) может дать немного лучшие результаты из-за случайных колебаний.В таком случае другой классификатор будет использоваться как лучший, и будет измерен его прогноз на проверочном наборе. Колебания на обучающем наборе и наборе проверки отрицательно коррелируют по конструкции.

Следовательно, когда обучающий набор содержит случаи, более подходящие для второго лучшего классификатора , позволяющего ему превзойти лучший классификатор на обучающем наборе, то по определению он будет иметь менее подходящие случаи в проверочном наборе, что ухудшает производительность.Этот эффект можно ожидать, когда предсказания классификаторов проверяются на внешних данных — классификатор, который лучше всего работает на обучающем наборе, не обязательно будет лучше всего работать с новыми данными и, как правило, будет иметь более низкую производительность на внешних данных. Среднее значение 5 моделей с наивысшим рейтингом оказалось устойчивым к этому эффекту, следовательно, оно оказалось лучше даже по сравнению с лучшим индивидуальным классификатором в целом, см. Рис. 4.

Рис. 4

Гистограмма разницы AUC между средним значением 5 лучших моделей и лучшей индивидуальной моделью i.е. экспрессия гена для клеточной линии MCF7, интегрированная с химическими дескрипторами, более 20 повторов внешней перекрестной проверки

Наша конечная рекомендуемая прогностическая модель представляет собой среднее значение предсказаний случайного леса для 5 подмножеств данных, каждый из которых содержит 100 химических дескрипторов и 100 паттернов экспрессии генов из клеточных линий, которые показали наилучшие результаты при перекрестной проверке: MCF7, HCC515, A549, VCAP, HA1E. Значения AUC, показанные в таблице 5, предполагают, что оценка производительности для среднего 5 предикторов с наивысшим рейтингом, основанная на данных обучения, очень близка к результату внешней перекрестной проверки.Эта оценка AUC для описанной выше модели равна 0,74 ± 0,04. Ожидаемое изменение AUC для новых данных было оценено с использованием метода, предложенного Xu et al. [33]. Следовательно, по новым данным можно ожидать A U C ∈ (0,66,0,82).

Классы риска и обогащение результатов

Качество окончательной модели, безусловно, недостаточно для прогнозирования состояния ЛПП любого соединения с хорошей точностью. Тем не менее, используйте предсказание классификатора, чтобы разделить соединения на две одинаково многочисленные категории: ЛПП с более высоким и низким риском.Затем мы можем сравнить распространенность всех классов, вызывающих озабоченность ЛПП, в обеих категориях. В частности, мы можем вычислить обогащение ЛПП — классы, относящиеся к категории низкого риска, по сравнению с их преобладанием в выборке высокого риска. Результаты такой процедуры представлены в таблице 6.

Таблица 6 Обогащение ЛПП, относящихся к классам соединений в категории низкого риска по сравнению с категорией высокого риска

В лучшем случае, при объединении среднего из 5 лучших классификаторов, обогащение прогнозируемой проблемы, не связанной с ЛПП, равно 3.95, в то время как все классы, относящиеся к DILI, значительно истощены.

Другие методы комбинирования также позволили значительно улучшить разделение классов без DILI. Эти результаты можно использовать в качестве указания на следующих этапах разработки лекарств.

Железо — Информация об элементе, свойства и использование

Расшифровка:

Химия в ее элементе: железо

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Крис Смит

Здравствуйте, на этой неделе мы обратимся к одному из самых важных элементов человеческого тела. Это тот, который делает возможным метаболизм, и мы просто не знаем об этом. Есть вызовы железного человека, лидеры с железными кулаками и те, у кого в душе есть железо. Но у элемента номер 26 есть и темная сторона, потому что его мощный химический состав означает, что это также плохие новости для клеток мозга, как объясняет лауреат Нобелевской премии Кэри Маллис

Кэри Маллис

Для человеческого мозга железо важно, но смертельно опасно.Он существует на Земле в основном в двух степенях окисления — FeII и FeIII. FeIII преобладает в пределах нескольких метров от атмосферы, которая около двух миллиардов лет назад превратила 20% кислорода, окисляя это железо до состояния плюс три, которое практически нерастворимо в воде. Этот переход от относительно обильного и растворимого FeII потребовал тяжелого труда почти для всего живого в то время.

Выжившие наземные и обитающие в океане микробы выработали растворимые молекулы сидерофоров, чтобы восстановить доступ к этому многочисленному, но в остальном недоступному важному ресурсу, который использовал гидроксаматные или катехоловые хелатирующие группы, чтобы вернуть FeIII в раствор.Со временем появились высшие организмы, включая животных. Животные использовали энергию рекомбинации кислорода с углеводородами и углеводами в растительной жизни для обеспечения движения. Железо было неотъемлемой частью этого процесса.

Но ни одно животное не смогло адекватно справиться в долгосрочной перспективе — то есть восьмидесятилетней продолжительности жизни — с тем фактом, что железо необходимо для преобразования солнечной энергии в движение, но практически не растворяется в воде при нейтральной pH и, что еще хуже, токсичен.

Углерод, сера, азот. кальций, магний, натрий и, возможно, еще десять элементов тоже участвуют в жизни, но ни один из них не обладает способностью железа перемещать электроны, и ни один из них не способен полностью разрушить всю систему. Железо делает. Системы эволюционировали, чтобы поддерживать железо в определенных полезных и безопасных конфигурациях — ферменты, которые используют его каталитические свойства, или трансферрины и гемосидерины, которые перемещают его и хранят. Но они не идеальны. Иногда атомы железа неуместны, и нет известных систем для повторного улавливания железа, осажденного внутри клетки.

В некоторых тканях клетки, перегруженные железом, могут быть переработаны или уничтожены, но это не работает с нейронами.

Нейроны за время своего существования порождают тысячи процессов, стремясь сформировать сети соединений с другими нейронами. В процессе развития мозга взрослого человека большой процент клеток полностью удаляется, и добавляются новые. Это процесс обучения. Но как только какая-то область мозга заработает, уже ничего нельзя будет сделать биологически, если по какой-либо причине перестает работать большое количество ее клеток.

И, вероятно, чаще всего причиной является медленная ползучесть осажденного железа на протяжении многих десятилетий. В менее сложных тканях, таких как печень, могут активироваться новые стволовые клетки, но в мозгу необходимы обученные, структурно сложные, взаимосвязанные нейроны с тысячами проекций, которые накапливаются за время обучения. Таким образом, результатом является медленно прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, такое как болезни Паркинсона и Альцгеймера.

Тот же самый основной механизм может приводить к множеству заболеваний.Есть двадцать или тридцать белков, которые связаны с железом в мозгу — удерживают железо и передают его с места на место. Каждый новый человек, наделенный новым набором хромосом, наделен новым набором этих белков. Некоторые комбинации будут лучше, чем другие, а некоторые будут опасны по отдельности и в совокупности.

Мутация в гене, кодирующем один из этих белков, может нарушить его функцию, что приведет к потере атомов железа. Эти атомы, которые были потеряны из химических групп, которые их удерживают, не всегда будут безопасно возвращены в какую-либо структуру, такую ​​как трансферрин или гемоферритин.Некоторые из них вступят в реакцию с водой и исчезнут навсегда. Только они не совсем заблудились. Они накапливаются в несчастливых типах клеток, которые были назначенными местами для экспрессии белков с наибольшей утечкой железа. И оксиды железа не просто занимают критическое место. Железо очень реактивно. Печально известные «реактивные формы кислорода», которые, как подозревают, вызывают столько возрастных заболеваний, могут возникать только из-за различных форм железа.

Пришло время специалистам в области химии, разбирающимся в химии железа, обратить внимание на нейродегенеративные заболевания.

Крис Смит

Кэри Маллис рассказывает историю железа, элемента, без которого мы не можем обойтись, но который в то же время может держать ключ к нашему неврологическому падению. В следующий раз на «Химии в ее элементе» Джонни Болл расскажет историю Марии Кюри и элемента, который она обнаружила и затем назвала в честь ее родины.

Джонни Болл

Пичбленда, урансодержащая руда, казалась слишком радиоактивной, чем можно было объяснить ураном.Они просеивали и отсортировывали вручную унцию за унцией через тонны урана в проветриваемом морозильном сарае, прежде чем в конечном итоге были обнаружены крошечные количества полония.