Занимательно о химии - Власов Лев Григорьевич

Незнакомец второй. Собрат редкоземельных элементов, во всем на них обязанный походить. Порядковый номер 61.

Незнакомец третий. Самый тяжелый галоген. Старший брат йода. Он мог стать сюрпризом для химиков. Еще бы, у него не исключались слабые свойства металла! И галоген и металл — великолепный пример двуликого элемента. Его ожидала квартира номер 85 Большого дома.

Незнакомец четвертый. Ох, какой интересный элемент! Самый яростный, самый активный металл, который легко плавился бы в ладони. Самый тяжелый из щелочных металлов. Номер его 87.

Ученые составили весьма подробные досье на таинственных незнакомцев. Шерлок Холмс отыскивал преступника по пеплу выкуренных сигар, по частичкам глины, приставшим к подошвам. Но его приемы не шли ни в какое сравнение с точнейшими методами химиков, научившихся распознавать мельчайшие количества неизвестных веществ.

Хитроумного сыщика всегда сопровождала удача. Химикам же не везло. Сколько ни преследовали они загадочных незнакомцев, упорно не желавших въезжать в уготованные им квартиры, ученых ждали одни лишь разочарования.

Незнакомцев искали всюду: в пепле сигар и в золе растений; в самых редких, самых экзотических минералах — гордости минералогических музеев; в воде морей и океанов. Увы!

На полку нерешенных проблем легло «Дело о таинственном исчезновении химических элементов № 43, 61, 85, 87». «Унылое дело», как сказали бы иные следователи.

Неужели природа выкинула неожиданный трюк: исключила эти элементы из списка простых веществ, существующих на нашей планете? По странной, свойственной ей, природе, прихоти…

Действительно, попахивало какой-то мистикой. Чудес, как известно, на свете не бывает, но четыре квартиры Большого дома необъяснимым образом продолжали пустовать.

Они заполнились лишь тогда, когда ученые научились искусственно приготовлять химические элементы.

Бесчисленное множество химических реакций происходит в окружающем нас мире. Все они подчиняются власти химии электронных оболочек. Атом может приобрести электроны, может отдать их — он станет отрицательно или положительно заряженным ионом. Атом может в совокупности с сотнями и тысячами других построить гигантскую молекулу. Но он останется носителем свойств того же самого элемента. Два с лишним миллиона соединений образует углерод. И в каждом из них, будь то углекислый газ CO 2или сложнейший антибиотик, углерод остается углеродом.

Чтобы превратить один элемент в другой, нужно перестроить ядра его атомов. Нужно изменить заряд ядра.

Химики, проводя химические процессы, используют высокую температуру и большое давление, применяют катализаторы — небольшие добавки различных веществ, ускоряющих течение реакции.

Тысячами градусов и сотнями тысяч атмосфер атомное ядро перестроить не удается. Превратить один элемент в другой таким путем невозможно.

Это под силу новой науке — ядерной химии.

У ядерной химии — свои методы. Ее «температуры и давления» — это протоны и нейтроны, ядра тяжелого изотопа водорода (дейтроны) и ядра атомов гелия (альфа-частицы), наконец, ионы легких элементов таблицы Менделеева — бора и кислорода, неона и аргона. Ее химические аппараты — ядерные реакторы, где рождаются некоторые бомбардирующие частицы, и ускорители (сложные физические установки, где частицы разгоняются до больших скоростей). Ведь чтобы проникнуть в атомное ядро, частица-снаряд (особенно если она положительно заряжена) должна обладать большой энергией; тогда ей легче преодолеть отталкивающее действие заряда ядра. У ядерной химии своя символика, но уравнения ее реакций записываются и подобно «обычным» химическим уравнениям.

Эта новая наука позволила заселить пустовавшие клетки таблицы Менделеева.

Греческое слово «технетос», что значит «искусство», вошло в название первого элемента, искусственно приготовленного человеком. В конце 1936 года быстрый поток дейтронов, ускоренных в циклотроне, обрушился на пластинку из молибдена. Стремительные дейтроны, как нож сквозь масло, пробились через электронные оболочки и достигли ядра. Дейтрон, состоящий из протона и нейтрона, при столкновении с ядром распался, нейтрон отлетел в сторону, а протон застрял в ядре. Тем самым заряд ядра увеличился на единицу. Значит, молибден, обитающий в клетке номер 42, превратился в своего правого соседа — элемент номер 43.

Подобно тому, как в обычной химии одно и то же соединение можно получить разными способами, так и в ядерной химии один и тот же элемент удается искусственно приготовить с помощью различных ядерных реакций.

Тот же технеций люди научились создавать в количествах, измеряемых килограммами, на самой удивительной в мире фабрике. Эта фабрика — ядерный реактор. Здесь вырабатывается энергия деления урановых ядер под действием медленных нейтронов.

Ядра урана распадаются на разнообразные осколки, каждое на два. Осколки — ядра атомов элементов середины таблицы Менделеева. Уран, делясь, порождает элементы, которые обитают более чем в 30 клетках периодической системы — от 30 номера до 64. В том числе и технеций. И еще один странный элемент, тщетные поиски которого в земной коре длились десятилетиями. Прометий, обитатель 61-й клетки.

Ядерная химия предоставила в распоряжение ученых элементы тяжелее урана. При делении урановых ядер, кроме осколков, вылетает много нейтронов. Они могут поглотиться неразделившимися ядрами. Так возникает возможность синтеза элементов с порядковыми номерами 93, 94 и далее, трансурановых элементов.

Много способов получения таких элементов знает ядерная химия. Ныне трансурановых элементов известно 12: нептуний, плутоний, америций, кюрий, берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделеевий и лоуренсий. И курчатовий — самый тяжелый трансурановый элемент, недавно (в 1964 году) синтезированный группой советских физиков во главе с Г. Н. Флеровым. Название одному из трансуранов, с порядковым номером 102, пока не дано.

Представьте себе удивление каменщика, который сегодня возвел каменную кладку нового этажа дома, а завтра обнаружил, что вся его работа исчезла. Именно в таком положении находятся исследователи, изучающие химические свойства тяжелых трансуранов. Эти элементы крайне неустойчивы, время их жизни измеряется минутами и даже секундами. Работая с обычными элементами, химик нисколько не стеснен рамками времени. Когда же в его руки попадают короткоживущие представители таблицы Менделеева, в особенности тяжелые трансураны, каждая минута исследования начинает цениться на вес золота. Мало того что изучаемые объекты вот-вот исчезнут. Их в распоряжении химика мизерные количества, иногда буквально считанные атомы.

А потому необходимы специальные методы работы. Ими ведает новая молодая ветвь химии — радиохимия, химия радиоактивных элементов.

Пришло время, когда химики сделались своеобразными археологами. Они научились измерять возраст различных минералов земной коры, подобно тому как археолог определяет, сколько веков назад изготовлено какое-нибудь бронзовое украшение или глиняный сосуд.

Оказалось, что возраст иных минералов превышает четыре с половиной миллиарда лет. Они так же стары, как и сама планета Земля. Но ведь минералы — это химические соединения. Они состоят из элементов. Стало быть, элементы практически бессмертны…

Не кажется ли вам нелепой сама постановка вопроса: может ли элемент умереть? Ведь смерть — это печальный удел живых существ…

Нет, этот вопрос не бессмыслен, как может показаться на первый взгляд.