Превращение элементов - Казаков Борис Игнатьевич - Страница 43

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.

Это было первое доказательство существования экайода (астата); второе было получено спустя некоторое время австрийцами Карликом и Бернертом, которые показали, как могут распадаться изотопы полония с образованием экайода.

В таблице Менделеева оставался неизвестным лишь один элемент — № 61. Его отсутствие было замечено после работ Мозли. Поиски очень долгое время были совершенно безрезультатными. Новый элемент относится к группе редкоземельных, а они вообще-то очень нелегко поддаются разделению. В 1926 г. американские учёные Гаррис и Гопкинс сообщили, что им удалось выделить этот элемент, и поспешили дать ему имя — иллиний, в честь Иллинойского университета. Однако Прандтль, в своё время блестяще опровергнувший открытие мазурия супругами Ноддак, и на этот раз сделал то же самое, потратив на проверку работы американцев целый год. Затем проверкой результатов американских исследователей занялись Ноддаки. Располагая сотней килограммов редких земель, они имели возможность поставить опыты, что называется, на широкую ногу, и вынуждены были присоединиться к своему «чёрному гению» — Прандтлю: американцы и в самом деле допустили ошибку. А тут ещё подали голос итальянские химики: они, дескать, об открытии 61-го элемента объявили гораздо раньше — в 1924 г. в закрытом пакете, направленном в национальную академию. Новый элемент был получен ими будто бы в результате кристаллизации дидимовой земли. Но, как выяснилось позже, работа итальянцев, хотя и представляла бесспорный интерес, никакого открытия не содержала.

Были и другие сообщения об открытии 61-го элемента, но все они не выдержали проверки. И тогда стало ясно, что 61-й элемент тоже не имеет стабильных изотопов. Стало быть, и его можно получить только искусственно, как технеций. В 1941 г. американские физики Лау, Пул, Курбатов и Квилли, обстреливая ядрами тяжёлого водорода образцы неодима и самария, получили несколько радиоактивных изотопов, среди которых согласно предварительным расчётам должен был непременно присутствовать изотоп 61-го элемента. Сегре, к которому обратились они за подтверждением, согласился с ними и… ошибся. Элемент циклоний был закрыт так же быстро, как и открыт. По-настоящему его открыли несколько позже, в 1945 г., с помощью не циклотрона, а уранового реактора. Изучая продукты деления урана, американские химики Е.Глендин, Дж. Маринский и Ч.Корнэлл разделили их хроматографическим методом и выделили два изотопа нового элемента с периодом полураспада 2,7 года у одного и 47 часов у другого. Этот элемент получил название от имени мифического титана Прометея, похитившего у Зевса огонь и передавшего его людям, — прометий. Такое название, писали учёные в своём сообщении об открытии, «не только символизирует драматический путь получения нового элемента в заметных количествах в результате овладения людьми энергией ядерного деления, но и предостерегает людей о грозящей опасности наказания стервятником войны».

Так были заполнены все клетки таблицы элементов, и ещё раз блестяще подтвердился гений русского учёного Менделеева.

Все четыре незнакомца, за которыми так долго гонялись, чтобы написать их портреты, в земных минералах встречаются в чрезвычайно незначительных количествах, но они постоянно образуются в результате сложных ядерных процессов, протекающих в природе. Например, технеций и прометий рождаются при самопроизвольном делении урана, франций — при распаде актиния-227 в случае, если он испускает альфа-частицу. Примерно тем же путём образуется и природный астат. Немудрено поэтому, что их так долго искали и нашли только на пути искусственных превращений. Правда, сегодня их можно обнаружить в земных рудах и минералах благодаря сверхточным и сверхчувствительным методам исследования. Но для нас в данном случае интересно то, что элемент астат ныне научились получать, бомбардируя ядрами углерода… золото!

С головы на ноги (или наоборот) перевернулась мечта алхимиков. Они стремились получить золото из других, неблагородных, металлов. Современные же алхимики использовали золото как сырьевой материал для получения элементов, дотоле неизвестных. Возможно, что средневековые алхимики сочли бы такую работу противной воле Творца, форменным кощунством, но современная наука считает её своим великолепным достижением.

Открытие элементов, находящихся за пределами существовавшей тогда таблицы периодической системы, началось, как уже упоминалось, раньше, нежели были заполнены её пробелы. Честь открытия первого зауранового элемента принадлежит Э.Макмиллану.

Сейчас даже трудно поверить в то, что послужила ему в этом всего лишь книжечка из папиросной бумаги.

На первый её листок учёный нанёс слои окиси урана, а затем использовал её в качестве мишени в циклотроне. После обстрела нейтронами Макмиллан извлёк книжечку из установки и с помощью счётчика Гейгера стал измерять радиоактивность каждого её листика. Нужные данные были получены, но выявились и некоторые побочные результаты, значительно более важные, нежели те, ради которых был поставлен эксперимент.

Главным было то, что первый листок бумаги содержал какое-то вещество, имевшее совершенно непохожий (по сравнению с другими листиками) период полураспада. Если бы это было более лёгкое вещество, то ничто не мешало бы ему пройти через толщу листка с остальными продуктами. Наблюдалась радиоактивность, с которой Макмиллан ранее не встречался. Прежде всего это было бета-излучение, приводившее к повышению заряда ядра, а стало быть, к появлению нового, более тяжёлого элемента.

В это время к Макмиллану приехал на летние каникулы старый его друг Ф.Абельсон, здесь он намеревался отдохнуть, но вместо отдыха получил напряжённую, изнурительную работу по изучению химических свойств нового радиоактивного вещества. Это и был 93-й элемент, который они без долгих размышлений нарекли нептунием, в честь планеты Нептун. Их ожидал сюрприз. Согласно периодической системе новый элемент — это экарений. Два друга стали искать у него свойства, подтверждающие это, и не нашли. Нашли они другое: свойства нового элемента лишь незначительно отличались от свойств «родителя» — урана.