«ДОМ» С «ЧУЛАНОМ».
Кавычек в этом заголовке больше, чем слов. Конечно, это не более, чем метафора, которая, льщу себя надеждой, не покажется здесь нарочитой.
Итак, химические элементы, известные нам, изучены далеко не в равной степени. И сразу же после этой фразы всплывает вопрос: почему химические элементы изучены по-разному? Почему некоторым элементам посвящены многотомные издания, а сведения о других могут уместиться в десяти— пятнадцати строках книги среднего формата? Почему?
Уверен, что многие читатели уже приготовили своё «потому». Послушаем их.
«Потому, — скажут они, — что химические элементы были открыты в разное время. Конечно же, железо, которое было известно людям с незапамятных времён, должно быть изучено лучше, чем, например, гафний, открытый несколько десятилетий назад».
Ответ этот будет правильным лишь до некоторой степени. Если посмотреть на таблицу, в которой приведены годы открытий химических элементов, то сомнительность этого пояснения станет очевидной. В самом деле, элемент иттрий, например, стал известен еще в XVIII веке. А между тем этот элемент изучен гораздо хуже, чем открытый в XIX веке магний или натрий. Тантал был обнаружен на одиннадцать лет раньше йода — в 1800 году. Степень же изученности этих двух элементов не может быть даже сравнима. В то время как о свойствах йода и его соединений написано множество книг, все сведения о тантале составили бы в лучшем случае одну брошюру.
В перерыве одного из химических совещаний, происходившего несколько лет назад, моё внимание привлёк оживлённый разговор. Несколько немолодых и очень уважаемых учёных, перебивая друг друга, обсуждали что-то, ведя торопливый подсчёт на оборотных сторонах программок совещания. На этот раз их увлекли не научные проблемы. Оказывается, речь шла о том, соединения скольких химических элементов видел за свою жизнь каждый из них.
Первенство в этом необычном соревновании занял один профессор, который в разное время своей деятельности держал в руках соединения шестидесяти элементов. Символами этих элементов была густо исписана программа, а по лицам собеседников можно было заметить, что они считают это число более чем внушительным.
Шестьдесят элементов... Но ведь это всего чуть больше половины известных нам «кирпичиков» материального мира. Неужели человек, всю свою жизнь посвятивший химии, и тот не видел соединений всех элементов?!
И вот тут мы подходим к истинной причине того, почему химические элементы изучены в различной степени.
Все дело, оказывается, в том, в каком количестве находятся элементы в земной коре (под корой в данном случае понимают литосферу — материки, гидросферу — океаны, моря, реки и атмосферу — воздушную оболочку нашей планеты).
Вообразим многоэтажный дом, населённый химическими элементами. Каждый элемент занимает в нем площадь сообразно содержанию его в земной оболочке.
Какая картина представится нам?
Почти половину этого дома будет занимать кислород. На его долю придётся 47,2% всей жилой площади. Именно такова доля кислорода в весе земной коры. Больше четверти помещений нашего воображаемого здания принадлежит кремнию: 27,6% веса земной коры приходится на долю этого элемента.
Итак, три четверти помещений занято двумя «капиталистами»— кремнием и кислородом. И всего одна четверть приходится на прочие химические элементы, вместе взятые.
Но и эта четверть распределена «несправедливо»: 8,8% веса земной коры приходится на алюминий, 5% —на железо, 3,6%—на кальций. По сути, земная кора состоит из восьми элементов-гигантов — тех элементов, содержание которых выражается числом, большим одного процента (помимо перечисленных, это натрий, калий и магний). А остальные 81 элемент размещаются всего на 0,4% жилой площади этого дома, который как бы воплощает «несправедливость» природы. Да, по сути, большинство элементов Периодической системы ютится в тесном чулане дома, основная площадь которого занята восемью элементами-гигантами.
Итак, причина различной изученности химических элементов как будто проясняется: неодинаковое содержание их в земной коре. Те элементы, которые занимают более просторные квартиры в нашем доме, известны лучше, а с «чердачными» жителями мы знакомы менее коротко.
Вот и все. Ответ ясен, и нечего здесь больше об этом говорить.
Что и говорить, вывод, конечно, верный. Верный, но... Утверждают, что вся наука состоит в основном из «но». Это, разумеется, не более чем шутка. Однако такое «но» имеется и в нашем случае.
Посмотрим на таблицу содержания элементов в земной коре более внимательно. Вот хотя бы элемент скандий, по-видимому, очень редкий элемент. Мало кто из химиков может похвалиться, что видел соединения скандия. Действительно, содержание его в земной коре очень мало: всего шесть десятитысячных долей процента. Соседним по списку в таблице является серебро. Разумеется, это тоже довольно редкий металл, но, конечно, не такой, как скандий. Это очевидно каждому. Ведь все согласятся, что с серебром в быту приходится иметь дело довольно часто. Наверное, не найдётся ни одного дома, где не было бы серебряной ложечки или хотя бы самой ничтожной безделушки из серебра. Наконец, уж наверное, у каждого человека имеются фотографии. А ведь поверхность любой фотобумаги покрыта соединениями серебра.
Оказывается, что содержание серебра в земной коре составляет одну стотысячную процента — в шестьдесят раз меньше, чем скандия.
Элемент галлий и сейчас принадлежит к числу самых редких элементов. Только в последние годы соединения галлия получили некоторую известность как полупроводники. Впрочем, если быть откровенным, то многие специалисты по полупроводниковой технике об этих соединениях слышали, но не видели их. Но таблица содержания элементов неопровержимо свидетельствует, что галлия в земной коре находится в двести (200!) раз больше, чем обычной и всем хорошо известной ртути.
Полупроводниковый элемент германий сейчас известен всем. О редкостности этого элемента говорят и пишут повсеместно. А ведь германия в природе в двадцать раз больше, чем обычного и совсем недорогого йода.
По-видимому, примеров достаточно. И так ясно, что редкостность элемента и его содержание в земной коре — понятия далеко не тождественные. Большое значение имеет ещё доступность элемента.
Одни элементы земной коры находятся в концентрированном состоянии — в рудах или в виде постоянной примеси к каким-либо минералам. Другие находятся, образно говоря, в «размазанном», или, как предпочитают выражаться геохимики, «рассеянном» состоянии. Олово и иттрий содержатся в земной коре приблизительно в одинаковом количестве. Но в то время как для олова известны месторождения минерала каситерита, иттрий не имеет своих руд, а встречается в виде крайне незначительных примесей к самым разнообразным минералам. В этом и заключается настоящая причина того, что иттрий изучен много хуже, чем олово.
Теперь ясно, что подавляющее большинство химических элементов встречается в земной оболочке в чрезвычайно малых количествах. Чтобы выделить соединения многих из этих элементов, приходится прибегать к очень трудоёмким операциям, к различного рода ухищрениям.
Источник: Юрий Фиалков