Борис Казаков - Превращение элементов
Тот самый Розе, который отверг ильмений, заявил вдруг, что он сам нашёл новый элемент в минерале колумбите, и назвал его пелопием. Теперь Германн не пощадил своих усилий, чтобы показать, что открытие Розе — фикция, и элемента пелопия не существует.
После смерти Менделеева японский химик Огава оповестил мир, что ему, наконец, удалось найти экамарганец, который он назвал ниппонием. Прошло некоторое время, и ниппоний исчез так же, как и его неудачливые предшественники.
Крушение надежд на открытие неизвестных элементов для заполнения пустых клеток повергли некоторых учёных в уныние. Более того, они стали сомневаться в правильности расположения элементов в таблице.
Может быть, сам марганец стоит не там, где положено, не представитель ли он семейства железа? В таком случае нет никаких оснований искать его аналога.
В 1913–1914 гг. англичанин Г.Мозли опубликовал две небольшие работы, сыгравшие огромную роль в дальнейших поисках новых элементов. Мозли, как уже говорилось, доказал, что основной характеристикой химического элемента следует считать не массу, а заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в таблице Менделеева. Работы Мозли положили конец спорам по поводу помещения редкоземельных элементов в одну клетку и по поводу того, сколько их. Благодаря работам англичанина стало ясно, какие химические элементы ещё ожидают своего открытия. Прежде всего это элемент с порядковым номером 43 и редкоземельный элемент № 61.
Ида и Вальтер Ноддак были твёрдо убеждены в существовании аналогов марганца. По их мнению, эти очень редкие элементы в природе должны быть вместе. На основании не столько практических поисков, сколько теоретических расчётов они пришли к выводу, что, вероятнее всего, экамарганец и двимарганец присутствуют в таких минералах, как колумбит и танталит. 1925 г. ознаменовался в химии сообщением супругов Ноддак о том, что ими обнаружены элементы 43 и 75 в колумбите, первый в количестве 0,5 процента, второй — 5 процентов.
Как обычно, сообщение Ноддак подверглось проверке, в результате символы Ма (мазурий) и Re (рений) появились в таблице Менделеева, напечатанной в самых разных странах.
Казалось, можно было торжествовать победу, но не тут-то было! Под давлением неопровержимых доводов немецкого химика В.Прандтля 43-й элемент мазурий пришлось снова «закрыть». Такой же угрозе подвергался и рений, однако Ноддаки его отстояли, предъявив учёным и прежде всего Прандтлю вещественное доказательство — целых 100 миллиграммов вещества в металлическом виде. 75-я клетка в таблице Менделеева была окончательно заполнена.
43-м элементом увлёкся один из молодых римских физиков, работавших под руководством Э.Ферми, — Эмилио Сегре. В 1936 г. он побывал в США, в городе Беркли, где был установлен циклотрон. Лобовая часть пластины циклотрона («зуб»), предназначенная отклонять поток заряженных частиц и направлять его на мишень, поглощала примерно половину ускоренных частиц и сильно разогревалась. Поэтому этот «зуб» приходилось изготовлять из тугоплавкого молибдена, который в таблице Менделеева соседствует с неуловимым 43-м элементом.
Сегре подумал: почему бы молибдену после длительного обстрела дейтеронами не стать радиоактивным и не превратиться в одного из своих ближайших соседей, в тот же 43-й элемент, например? Образец продолжительно облучённого молибдена Сегре привёз с собой в Палермо, где он в это время работал, и совместно с минералогом К.Перье приступил к исследованиям.
Прежде всего было установлено, какие частицы выбрасывает облучённый элемент. Оказалось, что это бета-излучение — электроны. Затем молибден растворили в царской водке и стали разделять полученную смесь, широко используя метод, разработанный супругами Жолио-Кюри. Путём отделения соосаждаемых элементов удалось выяснить, что радиоактивность принадлежит совершенно новому элементу. Авторы назвали его технецием, что означает «искусственный».
Сегре — очень крупный учёный, с его именем связано не одно замечательное открытие, но когда у него как-то спросили, какое из них более всего им любимо, он ответил: открытие технеция. Не только потому, что это была первая оригинальная работа, совершённая в ранней ещё молодости, но и потому, что проведена она с использованием самых простых средств.
Ещё один элемент, 43-й, навечно поселился в отведённых ему покоях.
В отличие от 43-го и 75-го элементов два других элемента, 85-й и 87-й, такими безнадёжно неуловимыми не казались, особенно после работ Мозли и Бора. На деле же всё вышло иначе. Искали их так же долго, и так же поиски сопровождались разочарованиями, а порой — отчаянием.
Предполагалось, что 85-й элемент, экайод, — галоген вроде хлора, а 87-й, экацезий, — щелочной металл вроде натрия. Зная об этом, английский учёный А.Фриенд отправился к Мёртвому морю, где плотность воды такая, что там не может обитать рыба. При такой концентрации солей, полагал Фриенд, легче обнаружить и галоген экайод, и щелочной металл экацезий. Ничего из этого не вышло, несмотря на адский труд Фриенда.
Где только и в чём только не искали эти два элемента — в минералах, водах морей, золе сена, грибах, патоке, пепле сигар и т. д. и т. п. Были испробованы различные наисовершеннейшие методы — от спектрального анализа до растворов солей настоящего цезия; успеха не было.
В 1931 г. много шума наделали работы американского физика Фреда Аллисона, применившего разработанный им так называемый магнитооптический метод, который позволяет обнаруживать в растворах совершенно незначительные количества элементов. С его помощью Аллисон обнаружил целый ряд изотопов у элементов, до этого считавшихся простыми: золота, радия, палладия, тантала, таллия, рутения. Теперь этот учёный заявил, будто он нашёл экайод в монаците, и экацезий — в редких щелочных минералах поллуксе и лепидолите. Он даже придумал им названия — алабамий и виргиний. Более десяти лет эти элементы прожили на свете в соответствующих клетках периодической системы, но потом снова бесславно исчезли в небытие. Оказалось, что метод Аллисона превосходно служит самообману. Впрочем, несмотря на это, символы мертворожденных элементов некоторое время ещё оставались в таблице.
Многие физики пришли к заключению, что элементы 85 и 87 вообще бесполезно искать, поскольку они не имеют стабильных изотопов. Первое сообщение такого рода поступило ещё в 1913 г. от Кранстона. Этот учёный работал с чистым препаратом актиний-228, который обычно распадается с выбросом электрона и превращается в торий-228. Кранстон обнаружил, что актиний-228 выбрасывает иногда не электроны, а наоборот, альфа-частицы. Тогда этот факт показался учёным нелепостью, поэтому сообщение Кранстона и осталось незамеченным. Примерно через год Мейер, Гесс и уже знакомый нам Панет пришли к подобным же выводам. В их работе с чистым актинием-227 наблюдалось появление альфа-частиц с длиной пробега 3,5 сантиметра. Стало быть, они не могли принадлежать ни радию-226 (длина пробега 3,30 сантиметра), ни торию-232 (пробег — 2,59 сантиметра). Учёные предположили, что эта альфа-частица принадлежит образовавшемуся в цепи радиоактивного распада изотопу 87-го элемента. Разгорелась бурная полемика. Разобраться в этом помешала первая мировая война.
В 1926 г. была сделана попытка «поймать» экацезий в цепи радиоактивного распада. Исследования проводил Хевеши. Никаких обнадёживающих результатов он не получил. Возможно, 87-й элемент и образовывался, но в таком, очевидно, ничтожном количестве, что обнаружить его было просто невозможно.
В 1938 г. Маргарита Перей, французская исследовательница, решила повторить работу, проведённую в своё время Мейером, Гессом и Панетом, и ей повезло: частицы с длиной пробега 3,5 сантиметра действительно принадлежали 87-му элементу, названному францием. Это было доказано со всей тщательностью, хотя и с большим трудом. Период полураспада франция составляет всего 21 минуту, и за это время радиохимикам предстояло его изучить. Правда, были открыты и другие его изотопы, но срок их жизни был ещё меньше. Проводились очень хитроумные химические операции, чтобы отделить франций от других элементов; дополнительная трудность была в том, что франций — активнейший щелочной металл, почти не образующий нерастворимые соединения. Тем не менее химики, проведя тончайшую реакцию с применением кремнийвольфрамовой кислоты, подтвердили, что франций — это именно тот элемент, которому предназначалась 87-я клетка в таблице Менделеева.
Примерно так же был открыт экайод. О.Ган ещё в 1926 г. предположил, что элемент № 85 может образовываться при бета-распаде полония или же при выбросе альфа-частицы из ещё не известного экацезия. В 1940 г. Эмилио Сегре в содружестве с американскими учёными Д.Корсоном и К.Маккензи, работавшими в Беркли, идя этим путём, синтезировали 85-й элемент и назвали астатом, что в переводе с греческого значит — неустойчивый. Мысль о синтезировании элемента подал Сегре — по аналогии с тем, как был синтезирован технеций. Однако тот циклотрон, который позволил получить технеций, для нового эксперимента не годился — был очень слаб. Как только построили более мощный циклотрон, исследователи обстреляли альфа-частицами висмут, затем кусочек облучённого висмута поместили в тигель и накрыли платиновой пластинкой. После нагрева пары нового элемента, схожего по химическим свойствам с йодом, стали выделяться и осаждаться на пластинке, тут же сигнализируя о себе через счётчик Гейгера — Мюллера.
