ЕСТЬ ЛИ ПРЕДЕЛ ЧИСЛУ ЭЛЕМЕНТОВ?
Вопрос, вынесенный в заголовок, тревожит не только химиков и даже не столько их. Очень интересуются этой проблемой и астрономы и геологи. И представители других отраслей естествознания. И, конечно, писатели-фантасты.
Этот раздел я собирался начать совсем по-другому. Более того, я уже написал его. Называйте это совпадением или как хотите, но буквально через три дня после того, как была написана эта глава, мне пришлось в течение нескольких часов подробно дискутировать на тему: есть ли предел числу элементов?
Я был приглашён на обсуждение новой научно-фантастической повести. Обсуждение состоялось в районной детской библиотеке, где собралось много ребят.
Повесть была как повесть. Был профессор (с бородкой), который говорил: «Ну, батенька». Был молодой учёный, кандидат наук (с прядью, упрямо ниспадающей на лоб) — ученик профессора. Была молодая ассистентка профессора. Ну и, конечно, была любовь. Но это между прочим. В центре действия был мальчик Лёня — довольно развязный всезнайка, который, вопреки желаниям родителей, увязался за профессором и его учениками в геологическую экспедицию.
Автор провёл экспедицию через лесной пожар, основательно выкупал в холодном болоте, столкнул с неведомым ящером и, наконец, более или менее благополучно привёл героев к загадочному озеру в каких-то горах. Озеро было как озеро, только вместо воды оно было «до краёв» заполнено неизвестным жидким металлом. И тут-то все началось. Этот металл был раз в двадцать тяжелее ртути (то есть плотность его должна была составлять что-то около 260!); он не соединялся ни с одним из известных веществ; при нагревании он совсем не проводил электрический ток, но зато на холоде был идеальным проводником.
Мальчик Лёня, вздумавший искупаться в чудном озере, схватил тяжёлую болезнь, чем ещё раз доказал читателю, как плохо не слушаться старших. (Очень интересно узнать, как он сумел окунуться в жидкость с такой плотностью. Ну да ладно, повесть ведь фантастическая...)
Дотошный профессор, который, как и полагается книжным профессорам, знал все, сразу определил без помощи каких-либо приборов, что неизвестный металл— это элемент с порядковым номером 150, который неведомо как сохранился на Земле.
В заключении книги был триумфальный полет домой, свадьба, и все такое.
Я уже не помню, что говорили выступающие о художественных достоинствах книги, потому что очень скоро разгорелся спор о том, вправе ли был автор предположить существование на Земле 150-го элемента или нет. Когда такой вопрос был задан мне, я уклончиво ответил, что авторы повестей, особенно научно-фантастических, могут предполагать все, что угодно, но тем не менее необходимо различать фантазию и фантастику. Потребовали объяснить подробнее и сказать точно, сколько ещё элементов может быть открыто. На это я ответил приблизительно так.
На примере уже полученных заурановых элементов очень хорошо заметно, что с увеличением порядкового номера быстро уменьшается период полураспада. Напомним, что если плутоний имеет период полураспада порядка нескольких десятков миллионов лет, то для 104-го элемента эта величина равна десятым долям секунды.
Кроме того, помимо радиоактивного распада — выделения альфа- или бета-частицы, — в случае заурановых элементов большое значение приобретает эффект самопроизвольного деления ядер. Эффект этот проявляется в том, что ядро элемента, вместо того чтобы испустить альфа- или бета-частицу, распадается на две части. Для естественных радиоактивных элементов период полураспада по типу самопроизвольного деления очень велик. Так, для тория он равен 1021 лет.
У заурановых же элементов период полураспада по самопроизвольному типу значительно меньше. У фермия эта величина составляет всего двенадцать часов. Расчёты показывают, что ещё у нескольких элементов после элемента 104-го период полураспада по типу деления будет исчисляться «разумным» временем: секундами или хотя бы их долями. Поэтому возможность получения элементов 105-го и 106-го дело хотя и очень трудное, но реальное.
Хотя, говоря о реальности, надо, по-видимому, условиться: какие же периоды полураспада следует признать «нереальными»? Ведь скажи любому химику лет десять назад, что будут исследованы химические свойства элемента, обладающего периодом полураспада в 0,3 секунды, и каждый из этих химиков сердито сказал бы, что это фантастика (именно фантастика, а не фантазия!). Думаю, что мало кто из специалистов рискнёт дать прогноз относительно того, что, дескать, химикам не удастся изучить и описать свойства элементов, периоды полураспада которых составят сотые, а может быть, и тысячные, а может быть, и десятитысячные доли секунды.
Вот почему утверждать, что, мол, на таком-то элементе Периодическая система закончится, было бы, по меньшей мере, безответственно. Безответственность эта была бы тем большей, чем сегодня нет уверенности в абсолютной справедливости правила об обязательном уменьшении времени существования химического элемента с увеличением его порядкового номера.
В самом деле, вслед за 83-м элементом — висмутом — обладающим очень слабой радиоактивностью, следует четыре элемента — полоний, астатин, радон и франций, — которые в сравнении с висмутом живут очень мало. Да и у 88-го элемента, радия, период полураспада относительно невелик: всего-навсего около полутора тысяч лет. Слова «всего-навсего» употребить я имел полное право, потому что у более тяжёлых элементов, например тория и урана, периоды полураспада составляют миллиарды лет.
Вот почему имеются веские основания предполагать, что у ещё не полученных заурановых элементов периоды полураспада окажутся не такими уж удручающе малыми. Так, физики с надеждой глядят в пустые пока что клетки с номерами 114 и 126. У них имеются «подозрения», что ядра этих элементов будут сравнительно устойчивыми и что эти элементы будут жить часы, а может быть, и дни...
Но сегодня, пока алхимия стоит на рубеже 105-го элемента, разрабатывать оперативный план наступления на 114-ю и тем более 126-ю клетки, быть может, еще рано. Но мечтать-то о них можно! Тем более, что эти мечты более чем конкретны: «Эх, иметь бы такой ускоритель, в котором можно было бы разогнать до нужной скорости криптон (36 + ...), да направить бы этот криптон на ториевую мишень (... + 90), вот и получился бы нужный (...= 126) элемент. А для этого всего только и надо, что построить циклотрон диаметром метров в десять да весом в десятки тысяч тонн...»
Но кто сказал, что это невозможно? Во всяком случае в ближайшие десять лет. А может быть, и раньше.
А коль скоро зашла речь о мечтах, то почему бы не вообразить совершенно новую Периодическую систему.
То есть как это «новую»? — спросит читатель. Ведь коль скоро у железа, например, в ядре его атома 26 протонов, то вокруг ядра может вращаться также 26 — не больше и не меньше — электронов. Следовательно, железо может быть только железом, и ничем другим.
Но представим такой атом железа, у которого 26 положительно заряженных протонов заменены на 26 отрицательных антипротонов (то есть частиц с массой протона, но обладающих отрицательным зарядом) и по электронным орбитам которого вращаются положительные антиэлектроны.
Самое интересное, что такой элемент должен иметь абсолютно такие же свойства, как железо, за исключением того, что атомы этого антижелеза при встрече с атомами обычного железа, да и любого другого «нормального» элемента, у которого ядро положительно, а электроны отрицательны, будут взрываться.
А что, если в атомах «обычных» элементов один или несколько электронов заменить на отрицательные же частицы, но более тяжёлые, чем электрон. Какие свойства будут у такого в высшей степени необычного элемента?
А если протоны в ядре — полностью или частично — тоже заменить на более тяжёлые частицы? Как изменятся свойства такого потучневшего элемента?
Как видим, здесь одних вопросов с полстраницы. И ни один из них не досужий.
Многие из этих вопросов уже сегодня решаются теоретиками и экспериментаторами.
Многие в планах исследователей.
Ясно одно: наука, названная алхимией XX века, только начинает свою славную историю, историю, которая окажется более счастливой, чем у её средневековой предшественницы.
Источник: Юрий Фиалков