Занимательно о химии

Справедливо ли поступила природа?
Вот как утверждают теперь ученые: в образце любого минерала можно обнаружить присутствие всех химических элементов, известных в природе. Всех до единого. Правда, в весьма различной пропорции. Но почему одних много, других чрезвычайно мало?
В периодической системе все элементы обладают полнейшим равноправием. Каждый занимает свое определенное место. Когда же речь заходит о земных запасах элементов, это равноправие исчезает как дым.
Легкие элементы таблицы Менделеева, во всяком случае первые три десятка ее представителей, составляют основную массу земной коры. Но и среди них отсутствует равенство. Одних — больше, других — меньше. Скажем, бор, бериллий и скандий принадлежат к числу весьма редких элементов.
Пока Земля существует, на ней произошел кое-какой «переучет» запасов элементов. Исчезло немало урана и тория из-за их радиоактивности. Улетучилась в мировое пространство большая часть инертных газов и водорода. Но общая картина не изменилась.
Ученый наших дней записывает: распространенность химических элементов в земной коре закономерно убывает от легких элементов к средним и далее — к тяжелым. Но всякое бывает. Например, тяжелого свинца гораздо больше, чем многих легких представителей менделеевской таблицы.
Почему так? Почему не всех поровну? Может, природа поступила несправедливо, «накопив» одни элементы и не позаботившись о запасах других?
Нет, существуют законы, в согласии с которыми одних элементов на Земле много, других мало. Признаться честно, мы этих законов до конца не знаем. И довольствуемся лишь предположениями.
Ведь сами-то химические элементы не существовали всегда. Вселенная так устроена, что непрерывно в разных ее местах происходит гигантский, ни с чем не сравнимый по своей грандиозности процесс образования, синтеза элементов. Космические ядерные реакторы, космические ускорители — это звезды. В недрах некоторых из них идет «варка» химических элементов.
Там господствуют невиданные температуры, невообразимые давления. Там стихия законов ядерной химии, царство ядерно-химических реакций, превращающих один элемент в другой, легкие — в тяжелые. И они таковы, эти законы, что одни элементы образуются с большей легкостью и в более внушительном количестве; другие — труднее и потому в меньшей пропорции.
Все зависит от прочности атомных ядер. На сей счет у ядерной химии вполне определенное мнение. Ядра изотопов легких элементов содержат почти одинаковое число протонов и нейтронов. Эти элементарные частицы образуют здесь весьма прочные сооружения. И легкие ядра легче синтезируются. Природе вообще свойственно стремление создавать системы с наибольшей устойчивостью. Легче синтезируются, но с меньшей охотой вступают в ядерные реакции, чтобы дать дорогу созданию ядер с большими зарядами. У последних количество нейтронов уже заметно превышает запасы протонов, и потому ядра средней и большой массы не могут похвастать особой устойчивостью. Они сильнее подвержены всяким случайностям, легче склонны к превращениям и потому не способны накапливаться в слишком большом количестве.
Ядерно-химические законы таковы, что чем выше заряды ядер, тем труднее эти ядра синтезируются и, следовательно, тем меньше их образуется.
Химический состав нашей Земли — это словно безмолвный слепок, немое отражение динамики законов, которые управляют процессом происхождения элементов. Когда ученые до конца познают эти законы, станет понятным, почему так по-разному распространены различные химические элементы.
Тропою ложных солнц
В 80-х годах прошлого столетия один зарубежный химический журнал опубликовал любопытную заметку. Малоизвестный научному миру автор сообщал в ней о том, что ему удалось обнаружить сразу два новых элемента. И имена он дал им звучные: космий и неокосмий. В ту пору открытие новых элементов было явлением прямо-таки массовым. Иные исследователи даже не удосуживались придумывать «новорожденным» названия, а обозначали их буквами греческого алфавита.
Выяснилось вскоре, что «первооткрыватель» космия и неокосмия просто-напросто посмеялся над этой эпидемией открытий. Его заметка была чем-то вроде первоапрельской шутки. Автор носил фамилию Косман.
…Сто четыре элемента расположились в таблице Менделеева. Сто четыре истинных открытия элементов зафиксировала история науки. Рядом с этим перечнем существует другой, не в пример более длинный, насчитывающий несколько сот названий. Этакие «святцы» мертворожденных элементов, тех, что появились на свет в результате заблуждений, ошибок опытов, а то и просто недобросовестности иных исследователей.
Долог и тернист был путь открывателей элементов. Подобен тропе, продирающейся сквозь дебри и теряющейся среди узких, обрывистых скал… А рядом пролегла другая — торная тропа. Но это тропа ложных солнц, ложных открытий химических элементов.
Какие только курьезы и парадоксы не встречались на ней! Случай с Косманом — буквально капля в море.
Англичанин Крукс выделил из иттрия целое скопище новых простых веществ, назвав их метаэлементами. А на деле это были смеси давно известных элементов.
Немец Свинне искал трансурановые элементы в образцах так называемой космической пыли, собранной в ледниках Гренландии известным полярным путешественником Норденшельдом. И поспешил сообщить, что-де удалось ему найти в этой пыли элемент с порядковым номером 108… Истина вскоре взяла реванш. Незадачливый исследователь просто был в плену неверной теоретической идеи.
А как не вспомнить англичанина Фриенда, который организовал специальную экспедицию в Палестину, чтобы в безжизненных водах Мертвого моря «выловить» следы 85-го и 87-го элементов? Или американца Аллисона: этот неудачник, когда ученые терялись в догадках, почему отсутствуют на Земле тяжелые аналоги йода и цезия, вдруг стал открывать их всюду. В любых растворах и минералах, которые проверял с помощью своего нового метода. Метод оказался порочным. Глаза исследователя при работе слишком утомлялись, и утомление рождало призраки.
Даже великие люди не избежали ошибок на тропе ложных солнц. Итальянцу Ферми показалось, что в уране, обстрелянном нейтронами, возникает сразу несколько трансурановых элементов. На деле то были осколки деления ядер урана — элементы середины периодической системы.
И в наши дни эта пресловутая тропа еще не кончилась. В 1958 году группа ученых в Стокгольме синтезировала новый элемент, номер 102. В честь изобретателя динамита его назвали нобелий. Советские и американские исследователи эти результаты опровергли. И теперь ученые шутят: от нобелия остался один символ — «No», что по-английски означает «нет». Хотя другими способами теперь в СССР и в США достоверно получены изотопы сто второго элемента.
Судьба одного из ста четырех…
Это маленькая повесть о судьбе химического элемента.
Он занимает квартиру под номером 92. Его имя уран.
Оно говорит само за себя. Ведь с ураном связано два величайших открытия науки всех времен и народов. Открытие радиоактивности и деления ядер тяжелых элементов под действием нейтронов. Уран дал людям ключ к освоению ядерной энергии. Уран помог им получить элементы, неизвестные природе: трансураны, технеций и прометий.
Исторические документы свидетельствуют: биография урана началась 24 сентября 1789 года.
Всякое случалось в истории открытия химических элементов. Бывало и такое, когда автора открытия невозможно назвать — он остался безвестным. А порой список «первооткрывателей» нового элемента выглядел весьма солидно. «Крестный отец» урана установлен твердо — берлинский химик Мартин Клапрот, один из основателей аналитической химии. Обстоятельства сыграли с ним не очень веселую шутку — Мартин Генрих Клапрот оказался лишь одним из «крестных отцов» героя нашего повествования.