www.dutum.narod.ru
И.НЕЧАЕВ РАССКАЗЫ ОБ ЭЛЕМЕНТАХ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Двадцать лет назад студентом-первокурсником я впервые прочитал эту книгу. Читал я ее, таясь от товарищей, — не подобает солидному студенту читать детские книги. Но товарищи обнаружили у меня эту книгу, раскрыли ее и... зачитались сами.
Прошло двадцать лет, за которые наука ушла вперед на столетия. Атомная энергия, думающие машины, космические полеты, наступление на тайны наследственности — никогда вторжение человечества в царство неизведанного не было столь стремительным и всесокрушающим. Может быть, на фоне этих побед науки померкла слава ученых минувших веков; не покажутся ли нам теперь их сомнения и догадки, заблуждения и открытия недостойными нашего внимания, в лучшем случае забавными, а то и просто ничтожными? И, вновь прочитав «Рассказы об элементах», видишь, что это не так, что человеческий разум был и сотни лет назад не менее велик и столь же достоин изумления, как в наши годы.Человек бесконечно дорожит воспоминаниями детства и юности. Подобно этому и человечество с гордостью и благоговением вечно будет хранить память о своих великих сыновьях и дочерях, оставивших вехи на многовековом пути развития цивилизации, — о безвестных изобретателях колеса и рычага, о пионерах овладения силами пара и электричества, о тех, кому посвящена эта книга, и тех, кто сегодня посылает ракеты в космос...
Любовью и уважением к своим героям наполнены «Рассказы об элементах», и при чтении этой книги возникает желание повидать ее автора, рассказать ему о замечательных работах современных «охотников за элементами», просить дополнить книгу новыми рассказами. Но желание это неосуществимо — автор книги погиб в суровые годы Великой Отечественной войны; он никогда не узнает сам и не расскажет другим об открытиях наших дней. Я не решаюсь пытаться дополнить книгу — для этого нужны талант и умение ее ныне покойного автора — и лишь вкратце расскажу о новостях последнего двадцатилетия.«Мария и Пьер Кюри были последними в ряду великих искателей элементов», — сказано в заключение «Рассказов об элементах». И это верно, потому что искать можно лишь то, что спрятано, а природой спрятано на Земле всего девяносто два элемента.
Но к моменту завершения поисков на смену искателям пришли создатели элементов. Да, мы не оговорились: оказалось, что можно не только искусственно превратить один известный элемент в другой, но и создать совершенно новые, ранее не известные и отсутствующие в природе элементы, но эта задача уже не под силу одной только химии. Снова, как и в истории Дэви, Бунзена и Кирхгофа, Рэйли и Рамсэя, супругов Кюри, физика пришла на помощь химии. На сей раз это была уже не физика электрических явлений, не оптика, а совершенно новая область науки — ядерная физика во всеоружии своих циклотронов и ядерных реакторов, где бомбардируют атомные мишени, своих счетчиков, толстослойных фотоэмульсий, камер Вильсона, позволяющих увидеть и понять результаты такой бомбардировки.Как же можно получить из одного химического элемента другой, что надо для этого изменить? Ответ на этот вопрос был дан уже в менделеевской Периодической системе элементов.
Лишь полвека спустя после открытия Д. И. Менделеевым Периодического закона был раскрыт его физический смысл. Оказалось, что главное, определяющее свойство элемента — не его атомный вес, а именно место, занимаемое им в менделеевской системе, потому что порядковый номер элемента равняется заряду его атомного ядра, числу протонов в ядре. Это открытие окончательно подтвердило и правильность тех мест, которые были отведены в системе новооткрытым инертным газам, и правоту самого Менделеева в тех случаях, когда он, руководствуясь тончайшими различиями в химических свойствах элементов, в виде исключения ставил, вопреки собственному правилу, более легкий элемент после более тяжелого (например, никель после кобальта).Но если природа элемента зависит от числа протонов в его атомных ядрах, то для получения нового элемента надо изменить это число. Между тем все способы химического воздействия не затрагивают атомных ядер — ведь связь протонов и нейтронов в ядрах в миллионы раз прочнее, чем связь атомов в молекулах. Потому-то и понадобилось вмешательство ядерной физики, располагающей достаточно мощными средствами, чтобы удалять протоны из ядер или, наоборот, вводить их туда извне, или, наконец, превращать находящиеся в ядре нейтроны в протоны, а протоны — в нейтроны.
Однако и ядерная физика сама по себе была бы бессильна разобраться в природе и свойствах всего изобилия разносортных атомов, возникающих в различных ядерных реакциях. Поэтому успехи ядерной физики вызвали к жизни необычайный расцвет новой отрасли химии — радиохимии, зародившейся в сарае, где Мария Склодовская-Кюри отделяла граммы радия от тонн урана. Радиохимики научились обращаться с невесомо малыми количествами веществ. Если в начале третьей главы этой книги вы читали о десятках операций и превращений с одним граммом вещества, о взвешивании тысячных долей грамма, то для современных радиохимиков привычными стали десятки операций и превращений с миллионными долями граммов, взвешивание с точностью до стомиллионных долей грамма. Ясно, что с уменьшением количества вещества и многие химические операции стали новыми. Вместо фильтрования, например, стали отделять осадок от раствора быстрым вращением — центрифугированием. Центробежная сила удаляет при таком вращении осадок к краю микропробирки, и после этого жидкость можно отсосать шприцем.
А вот еще пример, поясняющий важнейший способ новой химии.
Приготовьте смесь нескольких разноцветных растворов и опустите туда полоску фильтровальной бумаги. Разные составные части смеси по-разному всасываются бумагой: одни лучше — такие захватывают наиболее близкую к раствору полосу, другие хуже — эти вытесняются вверх. В результате на фильтре появляется несколько разноцветных полосок — цвет смеси как бы разлагается, подобно белому свету в призме Ньютона, на цвета составных частей.
Так производится хроматографический анализ, открытый русским биохимиком М. С. Цветом в 1903 году и лежащий сейчас в основе разделения соединений разных элементов по их способности обмениваться ионами со специальными сортами полимерных смол. Ионообменный способ настолько чувствителен, что он позволил недавно выделить и изучить химические свойства одного из новых элементов, хотя было получено всего... семнадцать атомов этого элемента.
Трудно вообразить себе, сколь ничтожно это количество — оно содержалось бы в каждом литре воды, если растворить всего десять граммов нового элемента во всех морях и океанах, реках и озерах нашей планеты.Но мы увлеклись — вернемся к рассказу об элементах. Номер урана в менделеевской системе — 92, и среди девяноста двух элементов от водорода до урана только два — № 43 и № 61 — не удалось найти в природе. Долгое время считалось, что в природе нет и еще двух элементов — № 85 и № 87, но в 1939—1940 годах их обнаружили среди продуктов радиоактивного распада урана-238, урана-235 и тория.
Элемент № 85, своеобразно сочетающий свойства самых активных неметаллов — галогенов — с металлическими, назван астатином, что по-гречески означает «неустойчивый». В самом деле, самый прочный из его изотопов, с атомным весом 210 живет всего двенадцать часов и превращается в полоний.
Еще короче жизнь элемента № 87, названного францием — этого шестого (и самого активного) представителя группы «буйных» щелочных металлов. Самый прочный изотоп франция не живет и часа, превращаясь в радий.
Элемент № 43 был искусственно приготовлен в 1937 году итальянским физиком Э. Сегре из ядер соседнего элемента (№ 42) — молибдена, в которые на циклотроне «вбивались» протоны. Этот элемент похож по своим химическим свойствам на марганец и рений, а свое название — технеций — он получил в честь способа приготовления — ведь «технос» по-гречески означает «искусство». Пока новые элементы получались только на циклотронах, их количества исчислялись не более чем микрограммами. Но положение резко изменилось с появлением атомных реакторов — те элементы, которые получаются при делении ядер урана или тория, удается накапливать уже сотнями килограммов, а то и тоннами — ведь на большом реакторе мощностью в миллион киловатт ежесуточно делится целый килограмм урана. Технеций, накопленный сейчас уже в больших количествах, оказался очень устойчивым к коррозии и потому может найти теперь широкое применение при сооружении новых ядерных реакторов.
Последний из элементов старых рамок Периодической системы, № 61 был назван прометием, в честь мифологического титана Прометея, похитившего с неба огонь и передавшего его людям. За это бог Зевс приковал Прометея к скале и ежедневно посылал стервятника терзать прикованного Прометея. Молодые американские химики, назвавшие элемент № 61 прометием, в своей статье писали, что это название не только символизирует драматический путь получения нового элемента в заметных количествах в результате овладения людьми энергией ядерного деления, но и предостерегает людей от грозящей опасности новой войны.
Итак, синтезом прометия в 1947 году завершилась история открытия «классических» девяносто двух элементов менделеевской системы. Но почему, собственно, не может быть элементов, расположенных в системе за ураном? То, что эти элементы не были найдены в природе, еще вовсе не доказывало невозможности их существования. Дело в том, что отнюдь не все радиоактивные элементы (а заурановые элементы, как и последние девять «старых» элементов — от полония до урана — безусловно радиоактивны) могут существовать сейчас в природе. Возраст Земли исчисляется в несколько миллиардов лет. В этих же пределах лежит и время жизни трех изотопов — родоначальников всех природных радиоактивных элементов — урана-238, урана-235 и тория-232. Среди их потомков многие живут ничтожно малое время, но их убыль все время пополняется, потому что живы «родители». Если же радиоактивные изотопы достаточно быстро распадаются и вдобавок не имеют устойчивых предков, всегда готовых пополнить убыль своих потомков, то в природе таких изотопов сейчас не существует, даже если они встречались когда-то на заре истории Земли, вскоре после завершения процессов создания элементов в солнечной системе или всей нашей Вселенной. Именно так и обстоит дело с заурановыми элементами. Задача воссоздания этих элементов в этом смысле схожа с тем, как если бы биологи задумали сейчас воскресить, вывести из нынешних видов животных давно вымерших гигантских ящеров и других чудовищ, знакомых нам только благодаря различным раскопкам. Но физикам, конечно, много легче — протоны остаются протонами, в каком бы ядре они ни находились, и дело только в определяющем природу химического элемента их числе, тогда как никаким увеличением или уменьшением числа клеток в организме нельзя превратить одно животное в другое.
Первый из искусственных заурановых элементов, названный по имени следующей за Ураном планеты — нептунием — оказался ровесником первого издания «Рассказов об элементах» — его удалось получить в 1940 году.В следующем, 1941 году был выделен второй заурановый элемент (№ 94), снова названный именем планеты — плутонием. Этот элемент изучен сейчас лучше, чем многие другие, известные химикам уже десятки и даже сотни лет. Ведь свойства плутония чрезвычайно важны для создания атомного оружия, пока еще не запрещенного и не уничтоженного, несмотря на благородную инициативу нашего правительства, выступившего за полное его запрещение.
Наибольший успех в создании новых элементов выпал на долю американского ученого Г. Т. Сиборга и его сотрудников, работающих в городе Беркли (штат Калифорния). Через пятнадцать лет после открытия плутония они синтезировали еще семь элементов. В названии трех из них отражена география открытий (№ 95 — америций, № 97 — берклий, № 98 — калифорний). Четыре других названы в честь знаменитых ученых: супругов Кюри (№ 96 — кюрий), создателя первого атомного реактора Э. Ферми (№ 99 — фермий), величайшего физика нашего времени А. Эйнштейна (№ 100 — эйнштейний) и человека, давшего ключ к открытию и изучению всех новых, в том числе и заурановых, элементов — автора Периодического закона Д. И. Менделеева (№ 101 — менделевий). Именно этот последний элемент и был изучен в начале 1955 года по свойству всех семнадцати его атомов.
Изучение химических и физических (радиоактивных) свойств заурановых элементов принесло много новых интересных сведений. До создания этих элементов считалось, что последние «старые» элементы Периодической системы — торий, протактиний и уран — аналогичны по своим химическим свойствам гафнию, танталу и вольфраму. Но после изучения химических свойств нептуния, плутония, америция, кюрия и следующих за ними элементов оказалось, что правильнее рассматривать четырнадцать элементов, следующих за актинием (№ 89) — от тория до еще не открытого № 103, как родственников четырнадцати очень похожих друг на друга элементов, следующих за лантаном (№ 58—71) и называемых лантаноидами или редкоземельными элементами.
Благодаря изучению радиоактивных свойств ядер заурановых элементов удалось систематизировать способность самых тяжелых ядер к испусканию альфа-частиц и самопроизвольному делению.
Сейчас в работу по созданию новых элементов успешно включились ученые всех стран, в том числе и группа советских физиков и химиков во главе с Г. Н. Флеровым.Есть основания считать, что именно нашим ученым принадлежит честь первого получения десятого зауранового элемента — пока еще не имеющего названия — № 102. Трудно точно сказать, сколько еще новых элементов удастся искусственно создать, по-видимому, еще семь-восемь элементов будут жить достаточно долго, чтобы можно было успеть надежно и убедительно доказать их природу. Быть может, кто-нибудь из юных читателей этой книги еще успеет принять участие в создании «эка-платины» (№ 110) или какого-нибудь соседнего элемента. Но даже и тем, кто опоздает к получению новых заурановых элементов, не приходится беспокоиться — интересной работы хватит.
Если тридцать лет назад было известно всего две-три элементарные частицы, то сейчас их количество исчисляется десятками.
Для того чтобы разобраться в этом множестве частиц, найти какие-то закономерности для описания их свойств, понадобилось применить примерно такой же метод, который позволил в свое время Менделееву прийти к открытию Периодического закона элементов.
И, подобно Менделееву, предсказавшему существование и свойства ряда неизвестных тогда элементов, физики-теоретики сумели предсказать несколько новых элементарных частиц, открытых в последующие годы.Как известно, прошло пятьдесят лет от открытия периодического закона до его физического истолкования. Так и сейчас уже созданная система элементарных частиц ждет своего истолкования.
Приведенных примеров, я думаю, достаточно, чтобы показать, что за прошедшие с открытия Периодического закона девяносто лет этот закон не только не состарился, но приобрел новый блеск и значение, а стоящие перед человечеством задачи безграничны, как и возможности человеческого разума и мастерства.Профессор В. Гольданский
74
<<< Оглавление
