ДВЕСТИ СОРОК, И НИ ГРАММА БОЛЬШЕ
Успешное решение проблемы 43-го и 61-го элементов давало основание рассчитывать, что за открытием (или получением) 85-го и 87-го дело не станет. Но всегда ли сбываются прогнозы, дате самые оптимистические?
Любителям цифр могу сообщить некоторые данные, отнюдь не рассчитанные на то, чтобы поразить воображение. Потому что доказано психологами: такие числа человек все равно представить себе не может. Итак, земная кора весит 2,4- 1025 граммов, или 2,4-1019 тонн. Содержание урана в земной коре ничтожно, — всего три десятитысячных доли процента: 0,0003% или всего-навсего 7,2-1013 тонн. Да, всего-навсего 72 тысячи миллиардов тонн. Назвать-то число можно. Но представить себе его, по-видимому, нельзя. А может быть, и нет нужды напрягать воображение? Потому что с какой это стати автор стал сейчас рассуждать об уране, о котором давно было говорено, в то время как речь идет об элементах с порядковыми номерами 85 и 87?
В книгах написано, что 87-й элемент — франций — был открыт в 1939 году. Именно открыт, а не получен, как мы уже привыкли выражаться, ведя разговор об элементах-«призра-ках». Да, 87-й элемент, названный францием, был выделен из продуктов распада урана и только впоследствии был получен искусственно — ядерной бомбардировкой в ускорителях.
Но если этот элемент содержится в природных минералах, то зачем же было огород городить, зачем было поминать алхимию XX века и какие основания вообще как-то выделять его из общей массы природных элементов?
Основания? Их, пожалуй, не очень много. Но и одного хватит с избытком. Если выделить весь франций, который находится в земной коре, то во всех 2,4- 1019 тоннах этих пород будет содержаться 240 граммов франция. Двести сорок, и ни грамма больше. 1017 атомов франция на тонну породы. Вот и судите, можно ли считать, что этот элемент присутствует в земной коре! Вероятно, что можно. Но прав будет и тот, кто скажет «нет».
Несомненно, поток чисел, который я обрушил на читателя, требует некоторых комментариев.
Цепочки превращений естественных радиоактивных элементов были изучены, казалось, с доскональностью. И казалось, точно было известно, что при радиоактивном распад элемента актиния образуется торий. И только француженка Перье установила, что на каждые сто атомов актиния, которые превращаются в торий, находится один, который вместо этого электрона выбрасывает из ядра альфа-частицу, то есть при этом (89—2 = ...) возникает ядро элемента 87.
Один атом 87-го элемента на 100 атомов тория! Но ведь это не так уж мало, чтобы 87-й надо было искать столько лет и с такой безысходной безнадёжностью. Малым здесь оказался период полураспада этого элемента: 21 минута. За 21 минуту количество франция уменьшается вдвое. А значит это вот что. Пусть в данное мгновение мы располагаем одним граммом франция (мысленный эксперимент!). Через 21 минуту от грамма останется половина. Через час перед нами будет лежать восьмушка грамма. К исходу четвёртого часа этот грамм сожмётся до невидимой глазом крупинки в две десятитысячные доли грамма. А ещё спустя час от грамма франция останется, как писали в старинных романах, одно приятное воспоминание.
21 минута! Конечно, с такой продолжительностью жизни франций не мог бы сохраниться на Земле, возникни наша планета даже не несколько миллиардов лет назад, а на прошлой неделе. Но существует постоянный источник 87-го элемента— уран. Уран, из которого при распаде возникает актиний и который, в свою очередь, образует (впрочем, очень неохотно— 1 атом из 100!) франций.
Зная периоды полураспада всех этих элементов, нетрудно подсчитать, что каждый грамм урана содержит 3,5-10 ~18 грамма франция. А отсюда и получается, что в земной коре в каждое данное мгновение находится 240 граммов франция. 240 граммов, и ни грамма больше.
Конечно, сколь малым не научились довольствоваться химики при изучении свойств экзотических элементов, переработать два-три материка, с тем чтобы добыть полграмма франция, они не могли. Поэтому в конце концов на помощь пришла алхимия. Различными ядерными реакциями было получено несколько изотопов франция в таких (впрочем, очень и очень небольших) количествах, которых хватило для изучения свойств франция. Франция же для этого потребовалось тем меньше, что химики предугадывали его свойства с большой обстоятельностью, и, конечно же, предположения их подтвердились: закон Менделеева и на этот раз дал химикам все, что им потребовалось.
Вслед за 87-м снял с себя маску и, надо сказать, очень неохотно, 85-й. Символ «АЬ> сейчас прочно утвердился в 85-й клетке. Но все ещё в разных книгах разные авторы называют этот элемент хотя и похоже, но все же чуть-чуть по-разному: кто астатином, кто астатом, а кто и астатием.
Различие здесь вовсе не такое, как, скажем, между Константином и Костей. И нельзя сказать, что учёный, называющий 85-й астатом, знаком с ним более тесно, чем химик, величающий этот элемент астатином. Просто, несмотря на то что возраст астатина вот уже приближается к тридцати годам (впервые один из изотопов астатина получили в 1940 году), очень немногие химики имели с ним дело, и рассуждают они о его свойствах все больше понаслышке...
Из всех элементов упрямой четвёрки химиков больше всего интересовал именно 85-й. Почему? Сейчас попробую объяснить. Заглянем в таблицу. Сразу бросается в глаза, что астатин принадлежит к семейству галогенов. Знали о его принадлежности к этому семейству и тогда, когда 85-й ещё не величали астатином, а был он ещё всего-навсего вопросительным знаком в 85-й клетке. И все же среди химиков уже тогда шли споры о том, насколько 85-й будет походить на своих старших братьев.
Когда в школе вам задают вопрос: «Назовите типичные неметаллы», вы почти автоматически говорите: «Галогены — фтор, хлор, бром и йод». Преподаватель удовлетворённо кивает и ставит вам заслуженную пятёрку.
Действительно, пятёрку вы заслужили. Но должен тем не менее сказать, что чем дальше вы перебирали цепочку галогенов, тем менее достоверным становится ваш ответ. Фтор и хлор и впрямь «типичные» неметаллы. Слово «типичный» по отношению к брому химик при этом употребит не всякий раз. Ну, а что касается йода, то химик перечислит вам целый ряд признаков, которые роднят йод с металлами: тут и проводимость тока в твёрдом состоянии, и образование солей, где йод выступает в роли катиона, и многое другое. Впрочем, ваш собеседник перечислит много и неметаллических свойств йода: и энергичное взаимодействие с металлами, и растворимость во многих органических растворителях (что уж металлам никак не свойственно), и низкая температура плавления...
Судя по всему, металлические свойства в семействе галогенов увеличиваются от фтора к йоду. Действительно, если основным химическим признаком металла является способность отдавать электроны, то естественно, что йод, у которого внешние электроны находятся от ядра очень далеко (по атомным масштабам, конечно), будет отдавать электроны легче, чем фтор.
Если подмеченная нами закономерность верна, то следует ожидать, что металлические свойства у астатина должны быть выражены ещё более чётко, ещё определённее, чем у йода. Настолько определённее, что, можно сказать, астатин будет типичным металлом.
Но вместе с тем у этого элемента должно сохраниться ещё столько признаков неметалла, что он с полным правом может входить и в эту группировку химических элементов.
Итак, выходит, что 85-й должен быть металлом-неметаллом...
Обитатель 85-й клетки был синтезирован по всем законам новейшего алхимического искусства. Висмут обстреливали ядрами гелия (83 + 2=...) и получили тот элемент, который позже был назван астатином (... = 85). Не стоит говорить, все изотопы этого элемента оказались радиоактивными, удивляться этому не приходится: ведь 85-й элемент находится в районе Периодической системы, занимаемом естественными радиоактивными элементами. Все изотопы астатина обладают очень малым периодом полураспада, настолько малым, что сохраниться на Земле 85-й не смог (еще бы, этот элемент распадается наполовину за восемь часов. Если поверить Ветхому завету и стать на точку зрения, что все элементы были созданы господом богом в первый день сотворения мира, то Адам и Ева, появившиеся, кажется, на шестой день кипучей божьей деятельности, 85-го элемента уже не застали бы...).
Все предположения о свойствах астатина оправдались в полной мере. Действительно, он оказался «металлом — неметаллом». И в самом деле, такого диковинного элемента в Периодической системе не сыскать.
Торжество химиков было бы полным, если бы они знали, как выглядят соединения астатина. Но вот на этот вопрос они как раз ответа получить не могут. До сих пор астатин не получен в таких количествах, которые позволили бы об этом судить. Тут небезынтересно вспомнить, что первые исследования химических свойств астатина проводились с раствором, в одном литре которого должно было бы содержаться два стомиллиардных долей грамма. Сослагательное наклонение здесь употреблено потому, что литра этого раствора у химиков не было: они располагали в лучшем случае двадцатью миллилитрами. Судите сами — достаточно это для того, чтобы выделить оттуда астатин, да ещё рассмотреть, каков цвет выпавшей соли и какова её кристаллическая структура.
Источник: Юрий Фиалков