Вид с высоты - Айзек Азимов

Элемент / Атомный номер

Технеций … 43

Прометий … 61

Полоний … 84

Астатин … 85

Радон … 86

Франций … 87

Радий … 88

Актиний … 89

Протактиний … 91

Нептуний … 93

Плутоний … 94

Америций … 95

Кюрий … 96

Берклий … 97

Калифорний … 98

Эйнштейний … 99

Фермий … 100

Менделеевий … 101

Нобелий … 102

Лоуренсий … 103

Заметьте, что все эти элементы, кроме двух, стоят в самом конце известного перечня элементов и имеют атомные номера от 84 до 103. Здесь не хватает только двух элементов, а именно элемента с атомным номером 90 (торий) и с номером 92 (уран); оба номера, как видите, четные. С другой стороны, в начале нашей таблицы приведены два элемента с нечетными атомными номерами — 43 (технеций) и 61 (прометий). Остальные 83 элемента обладают по крайней мере одним стабильным или полустабильным изотопом и поэтому встречаются на Земле в достаточном количестве. (Нет таких стабильных или полустабильных изотопов, которые бы не встречались в природе в достаточном количестве.) Некоторые из этих элементов обладают только одним таким изотопом, другие — двумя, тремя и даже большим числом.

Мне кажется весьма странным, что, хотя во всех учебниках химии, которые я когда-либо читал, всегда перечисляются элементы, ни в одном из них не дается систематизированного перечисления изотопов.

Например, я никогда не встречал полного перечня всех тех элементов, которые обладают только одним стабильным или полустабильным изотопом. Дабы заполнить этот пробел, привожу здесь такой перечень (звездочками здесь и в последующих таблицах помечены полустабильные изотопы).

Элемент / Протон/нейтрон

Бериллий … 4/5

Фтор … 9/10

Натрий … 11/12

Алюминий … 13/14

Фосфор … 15/16

Скандий … 21/24

Марганец … 25/30

Кобальт … 27/32

Мышьяк … 33/42

Иттрий … 39/50

Ниобий … 41/52

Родий … 45/58

Йод … 53/74

Цезий … 55/78

Празеодим … 59/82

Тербий … 65/94

Гольмий … 67/98

Тулий … 69/100

Золото … 79/118

Висмут … 83/126

Торий … 90/142*

Имеется 21 элемент с одним стабильным или полустабильным изотопом, и заметьте, что во всех случаях, кроме двух (бериллий и торий — первый и последний в списке), одиночные изотопы имеют нечетное число протонов в ядре и четное число нейтронов. Назовем их изотопами «нечет/чет».

Теперь давайте перечислим элементы, которые обладают двумя стабильными или полустабильными изотопами.

Элемент / Протон/нейтроны

Водород … 1/0, 1

Гелий … 2/1, 2

Литий … 3/3, 4

Бор … 5/5, 6

Углерод … 6/6, 7

Азот … 7/7, 8

Хлор … 17/18, 20

Ванадий … 23/27*, 28

Медь … 29/34, 36

Галлий … 31/38, 40

Бром … 35/44, 46

Рубидий … 37/48, 50*

Серебро … 47/60, 62

Индий … 49/64, 66*

Сурьма … 51/70, 72

Лантан … 57/61*, 62

Европий … 63/88, 90

Лютеций … 71/104, 105*

Тантал … 73/107*, 108

Рений … 75/110, 112*

Иридий … 77/114, 116

Таллий … 81/122, 124

Уран … 92/143*, 145*

Как видите, таких элементов 23, из них 20 обладают нечетным числом протонов.

Если вы взглянете на эти таблицы, то увидите, что из 52 известных элементов с нечетными атомными номерами 12 не обладают стабильными или полустабильными изотопами, 19 обладают только одним стабильным или полустабильным изотопом и 20 — только двумя. Всего получается 51 элемент.

Есть один-единственный элемент с нечетным атомным номером, который нами еще не упоминался; и если вы просмотрите список, то установите, что пропущенный элемент имеет атомный номер 19 — это калий. У него три стабильных или полустабильных изотопа. Привожу его данные отдельно, не занося в таблицу: калий-19, 20, 21*, 22. (Напоминаю: звездочка у числа нейтронов означает, что это полустабильный изотоп.)

На 10 000 атомов калия приходится всего лишь 1 атом полустабильного калия-19/21* (самого легкого из всех полустабильных изотопов), так что этот элемент едва ли имеет больше двух изотопов.

Пятьдесят два элемента с нечетными атомными номерами имеют 62 различных (перечисленных нами) стабильных и полустабильных изотопа. Из них 53 имеют четное число нейтронов, и поэтому существует всего 53 стабильных и полустабильных изотопа «нечет/чет». 53 изотопа можно разделить на 50 стабильных и 3 полустабильных (рубидий-37/50*, индий-49/66* и рений-75/112*).

Есть всего девять стабильных и полустабильных изотопов атомов с нечетным атомным номером, которые имеют также и нечетное число нейтронов. Вот полный список существующих стабильных или полустабильных изотопов «нечет/нечет»:

Элемент / Протон/нейтрон

Водород … 1/1

Литий … 3/3

Бор … 5/5

Азот … 7/7

Калий … 19/21*

Ванадий … 23/27*

Лантан … 57/61*

Лютеций … 71/105*

Тантал … 73/107*

Как видите, из этих девяти изотопов пять полустабильных. Это означает, что в мире существует только четыре полностью стабильных изотопа «нечет/нечет». Из них водорода-1/1 «нечет/нечет» в 10 000 раз меньше, чем водорода-1/0 «нечет/чет» (я буду считать 0 четным числом). Лития-3/3 «нечет/нечет» в 13 раз меньше лития-3/4 «нечет/чет» и бора-5/5 «нечет/нечет» в 4 раза меньше, чем бора-5/6 «нечет/чет». Итак, из четырех стабильных изотопов «нечет/чет» три составляют меньшинство в собственных элементах.

Остается азот-7/7, изотоп «нечет/нечет», который не только совершенно стабилен, но и составляет 99,635 процента всех атомов азота. В этом отношении он самый нечетный из всех «нечет/нечетов».

А что можно сказать об элементах с четным атомным номером?

Здесь положение обратное. Только восемь элементов с четным атомным номером не имеют стабильных или полустабильных изотопов, и все они располагаются за атомным номером 83, где не существует ни одного полностью стабильного изотопа и почти нет полустабильных изотопов. Более того, все три полустабильных изотопа, оказавшиеся в этой части таблицы, принадлежат к элементам с четным атомным номером.

Есть еще два элемента с четными атомными номерами, которые имеют лишь по одному стабильному или полустабильному изотопу, и три элемента, у которых только по два стабильных изотопа. Вы можете убедиться в этом, просмотрев приведенные выше таблицы.

Получается, что из 51 элемента с четными атомными номерами 39 обладают более чем двумя стабильными изотопами. Один из них, олово, имеет не менее десяти стабильных изотопов. Я не буду сводить эти элементы в подробные таблицы.

Вместо этого укажу, что существует две разновидности изотопов, имеющих отношение к элементам с четными атомными номерами. Есть изотопы с нечетным числом нейтронов («чет/нечет») и с четным числом («чет/чет»).

Сведения о стабильных и полустабильных изотопах приведены в следующей таблице:

Среди изотопов преобладает группа «чет/чет», составляющая 60 процентов. Если же для сравнения взять за основу массу, то преобладание этой группы становится еще значительнее.

Среди 43 элементов с четными атомными номерами, которые обладают стабильными и полустабильными изотопами, только у одного нет изотопа «чет/чет». Это бериллий, который имеет всего один стабильный или полустабильный изотоп, — бериллий-4/5, то есть «чет/нечет».

Среди 42 других изотопов изотопы «чет/нечет» неизменно составляют большинство атомов. Изотопом «чет/нечет», который наиболее распространен в пределах собственного элемента, является платина-78/117, составляющая 1/3 всех атомов платины. Там, где элемент с четным атомным номером имеет более одного изотопа «чет/нечет» (у олова их три), все вместе они иногда оказываются в еще лучшем положении. Рекорд ставят ксенон-54/75 и ксенон-54/77, которые вместе составляют почти 48 процентов всех атомов ксенона. Но ни в одном случае (за исключением, конечно, бериллия) содержание изотопов «чет/нечет» не превышает 50 процентов.

Более того, изотопы «чет/нечет» господствуют именно в наименее распространенных элементах. Платина и ксенон относятся к самым редким элементам со стабильными и полустабильными изотопами. А вот в самых распространенных элементах превалируют изотопы «чет/чет».

Это наглядно проявляется при рассмотрении процентного состава земной коры. Как-то я подсчитал, какие разновидности изотопов в нее входят, и вот результат:

«Чет/чет» … 85,63

«Нечет/чет» … 13,11

«Чет/нечет» … 1,25

«Нечет/нечет» … 0,01

Почти 87 процентов земной коры состоит из элементов с четными атомными номерами. А если взять весь земной шар, то этот процент еще увеличится. Из главы 14 вы узнаете, что шесть элементов составляют 98 процентов земного шара: это железо, кислород, магний, кремний, сера и никель. Каждый из них имеет четный атомный номер. Мне думается, что наш земной шар на 96 процентов «чет/чет».