Бискайская история

Настоящие алхимики вовсе не сидели в мрачных и низких подвалах: они большей частью работали на воздухе. Это были обыкновенные и зачастую жизнерадостные люди. И даже не у каждого из них была борода! И уж совсем мало кто из них держал у себя в лаборатории такую невеселую вещь, как человеческий череп. Нет, алхимики были совсем не такими, как их любят изображать современные художники!

Не были они и пройдохами, какими их представляют авторы некоторых книг и рассказов о средневековой химии. Никогда жажда к наживе не смогла бы двигать науку, тем более в течение веков. А то, что алхимия была наукой, сомневаться не приходится. Конечно, попадались среди алхимиков и такие, которых прежде всего интересовало золото. Были и просто мошенники, обманывавшие легковерных правителей.

В старых книгах и журналах я нашел кучу историй об этих прощелыгах. И надо отметить, что ни один из них не умер своей смертью. Одних вешали, когда открывались их проделки; других после первого же «удачного» опыта казнили короли, боявшиеся, что владелец «секрета» убежит и предложит свои услуги соседнему герцогу; третьих медленно умерщвляла пытками святая инквизиция, справедливо усматривавшая в попытках искусственного изготовления золота покушение на монополию господа бога в такого рода делах.

Но почему-то совсем мало пишут о тех алхимиках, которые скромно возились в своих домашних лабораториях. Они искали «философский камень» не только ради его способности превращать в золото неблагородные металлы. В этом камне они видели прежде всего средство исцеления от болезней и продления жизни. Именно эти неизвестные труженики алхимии писали смешные для нас, но полные смысла для них трактаты, вроде «О добродетели и составе воды». Да, да, добродетель тоже почиталась предметом алхимии!

В то время как мошенники, прикрывавшиеся именем алхимиков, изыскивали способы, как получше надуть жадных и не очень умных правителей, настоящие алхимики упорно растворяли, перегоняли, прожаривали, взбалтывали сотни веществ и в результате дали для будущей химии очень и очень немало.

Начать с того, что алхимики чуть ли не вдесятеро увеличили количество известных науке соединений по сравнению с тем, что было известно древним грекам. Алхимики открыли важнейшие способы воздействия на вещество или смесь веществ с целью возбуждения химической реакции. Этими способами мы пользуемся и сейчас почти в неизменном виде. Алхимики изобрели самую разнообразную химическую аппаратуру. Очень многие приборы из тех, которые стоят сейчас на столах современной химической лаборатории, почти в таком же виде украшали лабораторию алхимика: это колбы, воронки, реторты, перегонные аппараты.

Именно алхимики нашли важнейшие кислоты, многие органические соединения, открыли способ сухой перегонки дерева.

Начиная рассказ об алхимии XX века, я считаю своим долгом дать читателю правильное представление об истинной алхимии, убедить его, что слово «алхимик» не должны считать бранным. И я подумал, что очень хорошей иллюстрацией к сказанному будет история о бенедиктинском монахе Лоренца Пика.

Я натолкнулся на эту историю случайно, рассматривая одну старую книгу. Эта книга была напечатана на немецком языке еще в 1809 году и содержала различные сведения из истории естественных наук. На толстых и ломких от времени страницах этой книги я и вычитал историю о монахе Лоренца Пика. Конечно, там она излагалась сухим и подчеркнуто бесстрастным тоном, который прежде считался единственно приемлемым для научных сочинений. Но подробности нетрудно было прочитать, как говорят, «между строк». Вот она, эта история.

… Ветер с моря подымал с прибрежных дюн тонкие и острые струйки песка. Они заводили пронзительную песню, напоминавшую стенания грешных душ в преисподней. Когда это сравнение пришло в голову отцу-настоятелю бенедиктинского монастыря Святого Назера, то он, несмотря на трагичность положения, не мог не улыбнуться. Монастырь стоял в нескольких лье от берега Бискайского залива, на высоком берегу Луары и был хорошо виден в лучах заходящего солнца. От этого монастыря, сопровождаемые заунывным пением двух уже охрипших мальчиков-прислужников, увязая в густом песке и тяжело дыша, ползли на коленях братья-бенедиктинцы, возглавляемые идущим отцом-настоятелем.

Первым полз брат Лоренца Пика, который, собственно говоря, и был причиной этой диковинной процессии.

Частная записка папы Климента V, написанная слишком красиво и вычурно, чтобы быть просто запиской, а не повелением, предписывала монастырю Святого Назера заняться «поиском тех замечательных веществ, которые превращают неблагородные металлы в золото, столь необходимое. нам сейчас в то многотрудное время, когда наши братья во Христе отвернулись от нас настолько, что руководители богопротивного ордена тамплиеров, обладая секретом философского камня, отказываются нам его сообщить».

Отец-настоятель, читая тогда эту записку, не смеялся, нет, а почтительно улыбался, что, по правде говоря, тоже было порядочной крамолой». Было слишком очевидно: письмо написано под диктовку одного из соглядатаев Филиппа IV, которые вечно подвизались в папской резиденции. «Красавчик Филипп», как его малопочтительно называла почти половина Франции, растратил все свои и без того малые средства на борьбу с папой Бонифацием VIII, борьбу, которую он вел с упорством и кровожадностью хорька. Но зато следующий папа — Климент — фактически был прислужником короля.

Настоятель знал, что папа не случайно избрал его монастырь. Монастырь Святого Назера вот уже двадцать лет отличался своей ученостью от прочих. Основная заслуга в этом принадлежала Лоренца Пика, который сейчас, дыша тяжелее других, полз по песку, помогая себе руками.

Свободные нравы в монастыре Святого Назера были, можно сказать, освященной десятилетиями традицией. Даже невыход к утренней обедне не почитался там за тяжелый грех. Вот почему Лоренца Пика, который поступил в этот монастырь в 1387 году, мог свободно заниматься изучением естественных наук и достиг в этом деле немалых успехов. Автор книги сообщает, что Лоренца Пика даже изобрел телескоп — за 200 лет до Галилея! — и наблюдал в него Луну. Он оставил сочинение о чудесных свойствах вещества, называемого теперь окисью ртути, которое бесконечное число раз можно превращать в блестящую ртуть, и обратно. Последнее открытие, впрочем, задолго до Лоренца сделали арабы. Но весьма вероятно, что он об этом не знал.

Так тянулась безмятежно спокойная жизнь Лоренца Пика в монастыре Святого Назера, жизнь, не нарушаемая происками братьев-бенедиктинцев, которые, на счастье, отличались нравом спокойным и веселым. И так шло до тех пор, пока не пришло в монастырь письмо Климента. Срок на отыскание рецепта приготовления золота был очень небольшим. В том же, что такой рецепт существует, папа не сомневался. Торжествующие декларации ордена тамплиеров о том, что он может получить много золота, только подогревали нетерпение Климента. Правда, хорошо осведомленные кардиналы из папского окружения не раз осторожно намекали его святейшеству, что тамплиеры добывают золото не столько с помощью «философского камня», сколько убийствами и шантажом. Однако начитанный папа сейчас же приводил в доказательства сочинения знаменитого Арнольда Виллановануса, имя которого гремело тогда по всем государствам Западной Европы. Вилланованус утверждал, что им найден «философский камень», превращающий ртуть в золото.

Тут будет небезынтересно отметить, что Вилланованус, судя по всему, был дошлым пройдохой. Он описал не только «философский камень», но и «эликсир жизни». «Эликсир» этот был не что иное, как плохо очищенный винный спирт. Он действительно приводил принимавших его в самое радужное настроение. Но сам-το изобретатель «эликсира» знал, чем он потчует легковерных современников, знал, что добывает этот «эликсир» из обычного виноградного вина!

Поиски «философского камня» были поручены, разумеется, Лоренца Пика. Когда тот пробовал отказаться, не совсем искренне ссылаясь на то, что все его помыслы заняты богом, папский посланник сильно рассердился. Кроме того, посланник добавил, что он впервые встречается с таким отношением к священному документу, каким является бумага, подписанная папой. При этом он так выразительно посмотрел на отца-настоятеля, что тот, простерши руки к изображению Святого Назера, поспешно заверил сановного гостя, что при способностях Лоренца золото скоро можно будет вывозить из монастыря на лошадях. С этим посланник и уехал, приказав под конец дать Лоренца в помощь столько монахов, сколько он пожелает, ибо алхимические опыты, как ему известно, многотрудны и суетны.

Вот почему уже на второй день после отъезда посланника Лоренца Пика стал обучать братьев-бенедиктинцев немудрым приемам алхимического мастерства. В монастыре наступили страдные дни. Виноградные гроздья осыпались и гнили без присмотра, а из узких окон трапезной, превращенной теперь в лабораторию, вылетал едкий дым и слова, которые ясно показывали, что знакомство с алхимией отвращает души и помыслы бенедиктинцев от бога.

Сам Лоренца Пика не сомневался, что все рецепты «философского камня», приводимые в различных сочинениях, и прежде всего в сочинениях самого Виллановануса, являются шарлатанством. Эти произведения большей частью представляли набор каких-то слов, которые были не то шифрованным текстом, не то просто галиматьей.

Полутора месяцев с избытком оказалось достаточным, чтобы лишний раз убедиться, что ни один из рецептов получения золота не приводит ни к чему, кроме бесполезной траты времени. Но тут произошло непредвиденное…

Приливая к раствору ртути в разбавленной азотной кислоте, к которой, видимо, были примешаны соединения йода, раствор серебра в азотной кислоте, Лоренца получил какой-то желтый осадок. Отделив его от раствора, он начал сушить этот осадок. И вдруг, на глазах, порошок из желтого стал ярко-красным. Пика быстро снял жаровню с огня, и порошок медленно стал превращаться снова в желтый. Жаровня была поставлена на огонь — порошок начал краснеть, огонь погасили — и цвет порошка снова стал желтым.

Если бы в наше время кто-либо из химиков столкнулся с этим явлением, он нисколько бы не удивился, поняв, что имеет дело с обычной термокраской. Вещество, которое получил Лоренца Пика, — серебряная соль тетрайодортутной кислоты — действительно является термокраской. Но шестьсот лет назад это открытие произвело потрясающее впечатление. Монахи, столпившись за спиной Лоренца, не дыша смотрели на чудесные превращения. И даже сам настоятель, прибежав в трапезную, вместо того чтобы вознести молитву богородице за дарованное чудо, стоял как столб и дивился наравне с прочими.

Тут монахи впервые уверовали, что то, чем они занимаются, не просто средство скоротать тягучую скуку монастырских дней. Но в тот же вечер, а может быть, несколькими днями позже — разве это имеет значение? — Лоренца сказал бенедиктинцам, что золото не может быть получено искусственным путем и что все попытки сделать это обречены на неудачу.

А еще через несколько дней монахи заявили папскому посланнику, который, приехав в монастырь назад, с нетерпением дожидался результатов опытов, что они отказываются искать рецепт изготовления золота, поскольку из этого все равно ничего не выйдет.

Легко представить себе гнев высокого гостя. Легко вообразить, как он с поспешностью, явно недостойной его высокого сана, вывел коня и умчался из монастыря. А потом, некоторое время спустя, прибыло повеление папы замолить неслыханное неповиновение лично перед папой в Авиньоне, причем из Сен-Назера в Авиньон надо было идти на коленях. Исключение было сделано только для отца-настоятеля.

Вот почему семнадцать монахов ползли на коленях по дюнам Бискайского залива от монастыря Святого Назера, который стоял на высоком берегу Луары и был хорошо виден в багровых лучах заходящего солнца…

 

Четыре вопросительных

Проблема превращения элементов волновала много поколений ученых. Но природа крепко хранила эту одну из самых сокровенных своих тайн. Атомистическая теория, прочно утвердившаяся в химии к середине прошлого столетия, начисто смела все мистические представления о возможности вызывать превращения одного элемента в другой с помощью каких-то «духовных сил». Приверженцы этих теорий были даже не алхимиками (те зачастую сами не ведали, что говорили), а просто идеалистами. Атомистическая теория подействовала на все эти противопоказанные науке измышления подобно крику петуха на нечистую силу.

Однако провозглашение атома абсолютным и неделимым привело к тому, что ученые впали в другую крайность. В науке укоренилось мнение, что атом неделим, а следовательно, и превращения элементов быть не может.

Только на границе двух веков — XIX и XX — дверь, за которой скрывалась тайна превращения элементов, со скрипом отворилась и из-за нее показался узкий луч света.

Первыми обратили на него внимание знаменитые ученые Мария Кюри-Склодовская и Пьер Кюри. Но они смогли увидеть этот луч только потому, что поднялись к заветной двери по ступенькам, вырубленным Дмитрием Ивановичем Менделеевым.

… Привести в какую-то систему хаос всех сведений о свойствах химических элементов и их соединений — задача мучительно трудная.

Ведь больше трети из известных теперь химических элементов в то время наука не знала. Ведь именно Дмитрий Иванович первый указал, сколько всего элементов должно быть, и предсказал свойства многих из этих неоткрытых элементов.

Менделеев терпеливо перетасовывает свои карточки.

Закона пока еще нет. Ночные сторожа и дворники уже не удивляются тому, что свет в одном из окон профессорского корпуса Технологического института никогда не гаснет.

И действительно, посмотрим на Периодическую систему элементов в том виде, в каком ее впервые опубликовал Менделеев весной 1869 года. Мы видим, что великий химик поставил вопросительные знаки в тех местах, где по его предположению должны были стоять эти неизвестные науке элементы. Менделеевым описаны не открытые еще элементы «экабор», «экаалюминий», «экакремний». Проходит несколько лет, и эти элементы были найдены, получив свои нынешние наименования: скандий, галлий, германий. Нахождение новых элементов перестало быть делом случая. Оно стало плодом систематических научных исследований. Поэтому не следует удивляться тому, что если за двести лет существования химии было открыто 63 элемента, то поиски каких-нибудь пятидесяти лет, последовавшие за созданием Периодической системы элементов, добавили к этому числу еще около тридцати.

История заполнения пустых клеток таблицы Менделеева очень интересна. О самом конце этой истории необходимо рассказать.

1925 год… Открыт еще один из неизвестных науке, но предсказанный Менделеевым элемент — элемент № 75 — рений. В таблице остались только четыре клетки, в которых вместо символа химического элемента стояли вопросительные знаки — клетки 43, 61, 85 и 87. Самые тщательные поиски этих элементов в различных рудах и химических соединениях не привели пока ни к каким результатам.

Но наступило время, когда было испробовано все. Были исследованы все вероятные месторождения, были применены самые фантастические способы возможного обогащения руд неоткрытыми элементами. Однако попытки оставались безрезультатными. Загадочные элементы под номерами 43, 61, 85 и 87 не желали даваться в руки исследователям.

А время шло…

…Тридцатые годы XX столетия. На Периодической системе Менделеева, висящей и в школьном классе и в лаборатории химика, помещенной в научном издании и в студенческом учебнике, — всюду четыре вопросительных знака. А сколько их, этих вопросительных знаков, в рабочих записях ученых, в лабораторных журналах химиков-экспериментаторов?

 

Луч света

Способность некоторых химических элементов распадаться с испусканием особых лучей, открытая Анри Беккерелем, поразила воображение современников. Проблема радиоактивности стала в то время одной из самых модных не только в науке, но и в самых широких слоях общества. Парижские модницы предпочитали скромную лабораторию супругов Кюри салонам с картинами Монэ или спектаклю с участием итальянской примадонны. При встречах только и было разговоров, что о замечательных колбах с растворами солей радия, которые светятся в темноте. В Лондоне публика валом шла на лекции известного химика Содди, демонстрировавшего удивительные свойства радия. Мария Склодовская много лет спустя писала в своих воспоминаниях, как утомляла ее шумиха, поднятая вокруг открытия радия.

Бульварная пресса на все лады расписывала свойства радия, хотя ее при этом явно интересовала больше всего баснословная цена этого металла, достигавшая тогда нескольких сот тысяч долларов за один грамм.

Зато ученых волновало научное содержание открытия супругов Кюри. Явление радиоактивности показало, что атом не является чем-то незыблемым, неделимым. Оказывается, возможно превращение элементов друг в друга. А если это так, то нельзя ли, подробно изучая проблему радиоактивности, понять, каким образом устроены атомы веществ?

Последующие годы принесли ученым все, о чем они могли мечтать. Действительно, изучение явления радиоактивности оказалось тем единственным путем, идя по которому стало возможным проникнуть в тайны строения вещества.

Когда явление радиоактивности — естественного превращения атомов элементов — было изучено с достаточной полнотой, возник вопрос: если возможно самопроизвольное превращение элементов друг в друга, то почему бы не попытаться искусственным путем вызвать этот интересный процесс?

Ответ не заставил себя ждать. Темпы развития науки в XX столетии были уже не те, что в прошлые века. Всего через двадцать с небольшим ют после открытия радиоактивности произошли события, которые вызвали на страницах научных журналов ставшее старомодным и покрывшееся уже пылью времени слово «алхимия».

Впрочем, трудно усмотреть что-либо алхимическое в приборе, который был сконструирован в 1919 году знаменитым английским физиком Резерфордом. В этом приборе с помощью увеличительной трубы наблюдали радиоактивные свойства немногих известных к тому времени радиоактивных элементов. Радиоактивное излучение обнаруживалось по возникновению вспышек на экране из сернистого цинка. Дело в том, что при соударении частицы, вылетающей из ядра радиоактивного элемента, с кристаллами сернистого цинка наблюдается небольшая вспышка, которую можно заметить в увеличительное стекло. Радиоактивные препараты помещались на штативе, в самом центре прибора.

Итак, все весьма просто, и ничего достойного удивления нет. Не было причин для удивления и тогда, когда Резерфорд обнаружил, что вспышки на экране прекращаются, если между радиоактивным элементом и экраном поставить тонкую металлическую или слюдяную пластинку. Ясно, что радиоактивные лучи не могут проникнуть через преграду.

Трудно сказать, что побудило Резерфорда в одном из опытов заполнить камеру водородом. И вот тут-то стали наблюдаться совершенно удивительные вещи. Несмотря на то что между источником радиоактивного излучения и экраном стояла металлическая преграда, вспышки на экране появлялись точно так же, как будто бы перегородки не было. Впрочем, вспышки прекращались тотчас же, как только выпускали водород.

Объяснение этому явлению было найдено не сразу. Как это часто бывает, вначале в голову приходили самые невероятные идеи, и, как водится, разгадка была удивительно проста и вместе с тем многозначительна.

Естественные радиоактивные элементы (в данном случае это был полоний) испускают так называемые альфа-лучи: ядра атомов гелия. Гелий имеет атомный вес 4, следовательно, его атомы вчетверо тяжелее атомов водорода, атомный вес которого равен 1. Альфа-частицы, сталкиваясь с ядрами атомов водорода — протонами, — передают им свою энергию. А так как масса протонов мала в сравнении с массой альфа-частиц, то они приобретают большую скорость, которая позволяет им проходить через преграду.

Вот почему водород делает металлическую пластинку как бы проницаемой для излучения. Просто? Очень просто! Однако самое интересное было впереди.

Когда камеру заполнили другим газом — азотом, то вспышки на экране стали появляться точно так же, как если бы в приборе был водород. Это было уже совсем непонятно. Ведь ядра атомов азота много тяжелее, чем альфа-частицы (в 3,5 раза), и если перегородка непроницаема для гелия, го тем более она должна задерживать азот.

Но почему же все-таки появляются вспышки на экране? Как проходят радиоактивные частицы через экран, который может пропускать в лучшем случае только ядра водорода? Может быть, к азоту случайно примешан водород? В камеру был впущен азот, тщательно очищенный от каких-либо посторонних примесей и, особенно, от водорода. Однако вспышки на экране появлялись с прежней регулярностью.

Оставалось предположить только одно: очевидно, водород каким-либо образом образуется в камере из азота под действием радиоактивного излучения. Поначалу эта мысль показалась дикой. Но последовали опыты, убедительно доказывающие, что предположение было совершенно правильным. Да, действительно, из азота в камере образовывался водород!

Так была реализована первая ядерная реакция, увидев которую добропорядочный химик середины прошлого столетия долго и недоуменно пожимал бы плечами и так бы ушел, ничего не поняв. Вот она, эта реакция:

N + Не = О + Н.

В самом деле, здесь все правильно. Заряд ядра атома азота равен семи, альфа-частицы (ядро атома гелия) — двум. Сумма равна девяти. Легко подсчитать, что сумма ядер атомов справа тоже равна девяти: водорода — один, кислорода — восемь.

Это была первая из многих сотен известных нам теперь ядерных реакций, реакция, в которой один элемент превращается в другой, а это, как известно, является предметом самой настоящей алхимии. Вот и вся история возникновения термина «луч света», который стоит в заголовке главы.

Нам пришлось бы сильно отклониться в сторону от цели рассказа, если бы мы стали подробно разбирать все способы, которыми располагает сейчас наука, чтобы превращать одни элементы в другие.

Тут надо только указать, что все эти способы основаны на «обстреле» ядер атомов элементов, которые подвергаются превращению, «снарядами» — ядерными частицами — протонами, нейтронами, альфа-частицами.

И вот эта новая отрасль науки, получившая название ядерной химии, дала возможность искусственно изготовить те элементы, которые химики никак не могли найти в природе.

 

Химики снимают вопросительные знаки

Периодический закон великого русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева позволил химикам определить свойства элементов с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87 так, как будто бы они неоднократно имели дело с ними и с их соединениями. Но все же это не давало права снимать в этих клетках вопросительные знаки. Это мог сделать только тот, кто получил хотя бы сотую, ну, пусть даже тысячную или стотысячную долю грамма какого-либо из этих элементов. Но даже таких количеств никому добыть не удалось. Теперь мы знаем, что все попытки выделить загадочные элементы из минералов или горных пород были обречены на неудачу, поскольку ни один из них не содержится в земной коре в сколь-нибудь ощутимых количествах.

Часто казалось, что удача близка, что неизвестный элемент получен. Часто исследователь, выделив соединение, которое, на его взгляд, было достаточно необычно, приписывал это соединение новому элементу. Тогда он поспешно брался за перо и сочинял на имя редактора одного из химических журналов письмо, в котором просил «возможно быстрее опубликовать сообщение об открытии нового элемента». И редакторы, конечно, публиковали, потому что каждому лестно, чтобы именно в его журнале появилось сообщение о таком выдающемся научном достижении. Так и химическую литературу того времени проникали десятки наименовании «новых» элементов. Но сообщения о всех этих «мазуриях», «иллиниях», «флоренциях» и «молдавиях» с неизбежностью опровергались химиками, которые брались за проверку данных о «новом» элементе.

Мало-помалу проблема «четырех клеток» перестала поражать своей загадочностью. Ведь всякая необычность, если она продолжительна, становится привычной. Более того, в кругах ученых-химиков начали считать неприличным разговоры об этих клетках. Рассуждения о не открытых еще элементах стали котироваться наряду с изобретениями «вечного двигателя».

И вот внезапно среди этого затишья взрывом бомбы прозвучало известие: «крепость четырех» пала! Впрочем, с внешней стороны все было как нельзя более скромным. В 1937 году появилась краткая деловая заметка в «Докладах итальянской Академии наук» о том, что итальянские ученые Сегре и Перье искусственным путем получили элемент с порядковым номером 43. Заметка состояла из каких-нибудь ста слов, добрая четверть которых приходилась на неопределенные наречия «возможно», «вероятно», «быть может» и тому подобные. Но все-таки сообщение о новом элементе было бесспорно!

А газеты… Газеты писали в те дни совсем о другом: о конкурсе четырех Тарзанов, о предстоящем турне божественного певца Джильи, о том, что ожидается извержение Везувия, — о чем угодно, но только не о выдающемся открытии своих соотечественников.

Новый элемент был получен при бомбардировке молибдена — элемента, имеющего порядковый номер 42, — атомами водорода. Порядковый номер водорода 1. Сумма порядковых номеров «мишени» и «снаряда» дает как раз порядковый номер 43 — элемент технеций. Так был назван первый из представителей таинственной четверки.

Название «технеций» было дано этому элементу не случайно. Открыватели его воспользовались тем, что слово «техникос» по-гречески значит «искусственный», подчеркнув тем самым происхождение элемента.

Стоит ли указывать, что ожидаемые свойства технеция полностью совпали с теми, которые были обнаружены экспериментально? Правда, вначале были получены такие количества этого элемента, на которые не отреагировала бы стрелка даже самых чувствительных из описанных известных нам весов.

После того как была пробита брешь в так называемой «загадке четырех», дальнейшие исследования пошли увереннее. Спустя год после того как был получен технеций, химики всего земного шара выскоблили из своих рабочих таблиц Периодической системы еще один вопросительный знак и вписали туда символ Pm — прометий, элемент с порядковым номером 61.

Прометий был получен таким же путем, как и технеций. Если вы посмотрите на Периодическую систему Менделеева, то нетрудно догадаться, каким именно образом это было сделано. Ну конечно же, элемент с порядковым номером 60 — неодим — обстреливался атомами водорода.

Элемент с номером 61 получил название «прометий» в честь мифического бога Прометея, который похитил с неба огонь, чтобы передать его людям. Как известно, за это Зевс придумал для него страшную кару: к прикованному Прометею каждый день прилетал огромный орел и терзал его печень. Этим названием ученые, получившие прометий, хотели подчеркнуть драматический и трудный путь, который привел исследователей от вопросительного знака к символу химического элемента.

Мы еще будем иметь случай на страницах этой книги подробно остановиться на свойствах металлов, принадлежащих к удивительному семейству редкоземельных элементов, к которому относится и прометий. Здесь же надо только отметить, что в полном согласии с положением в Периодической системе прометий по своим свойствам оказался очень похожим на других представителей этого семейства.

Далее наступила очередь элемента под номером 87. Тут следует сказать, что вопросительный знак в этой клетке особенно занимал химиков: очень уж сильно интересовало их, какими окажутся химические свойства элемента 87. Посмотрим на таблицу Менделеева. Вот она, клетка 87, в первой группе, в том самом вертикальном ряду, в котором находятся элементы литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Я намеренно перечислил их все подряд. Дело в том, что химическая активность этих элементов сильно увеличивается от лития к цезию. Из воды эти металлы вытесняют водород, образуя щелочи. Вот почему они получили название щелочных.

Щелочные металлы — самые активные среди всех других металлов Периодической системы. А цезий — самый активный из них. Литий реагирует с водой довольно спокойно, но если же в воду бросить цезий, то реакция протекает подобно взрыву.

Неизвестный элемент 87, находясь, согласно таблице Менделеева, под цезием, должен быть еще активнее, чем этот металл.

Вот почему так важно было отыскать этот элемент: было очень интересно, подтвердятся ли предположения или нет.

Совершенно неожиданно этот элемент был найден в 1939 году в продуктах распада радиоактивного элемента урана. Когда были изучены первые свойства этого элемента, названного францием, стало понятно, почему 87-й так упорно не давался в руки исследователям. Во-первых, франций, как и все элементы с порядковыми номерами, больше 83, является радиоактивным. Однако он сильно отличается от своих радиоактивных «собратьев» тем, что очень быстро распадается. Период полураспада его (т. е. время, за которое распадается половина данного количества элемента) составляет всего двадцать две минуты. Вот что это значит. Пусть мы имеем в данную минуту грамм франция. Через 22 минуты от грамма останется всего половина. Через час — одна восьмая. К исходу четвертого часа от этого грамма останется невидимая глазом крупинка в два десятитысячных грамма, а еще спустя час от грамма франция останется, как писали в старинных романах, «одно приятное воспоминание».

Но все же основная причина, по которой 87-й так долго не давался в руки исследователей, была не в малом периоде полураспада. Будь у исследователей в руках один грамм этого элемента, они успели бы, пожалуй, за два часа в достаточной степени ознакомиться со свойствами франция. Однако вся беда в том, что, для того чтобы добыть этот грамм, пришлось бы переработать — вдумайтесь в эту цифру! — пришлось бы переработать два с половиной миллиарда тонн природного урана.

Стоп, — скажет внимательный читатель, — ведь это значит, что содержание франция в природном уране составляет 4· 10–16 грамма на один грамм урана. Каким же образом удалось определить такое количество франция, которое и назвать-то трудно? Число 10–16 не имеет своего названия— не придумали еще! 10—б — это одна миллионная, 10–9— одна миллиардная, а 10–16 так и называется «десять в степени минус шестнадцать». В предыдущем разделе о таких ничтожных количествах разговор не шел. Какими методами пользовались химики для выделения этих в полном смысле слова невесомых количеств?

Об этом будет идти речь в последующих разделах. Здесь же, чтобы закончить разговор о франции, надо сказать, что, хотя никто и не выделял его в более или менее весомых количествах, все же нам известно о нем достаточно много. Франций действительно оказался самым активным из всех известных нам металлов. Он исключительно хорошо проводит электрический ток и. подобно ртути, при комнатной температуре находится в жидком состоянии.

О практическом применении этого элемента говорить еще преждевременно. Правда, уже известно, что если человеку, больному саркомой, ввести в организм соль франция то весь этот элемент собирается в опухоли. Поскольку франций радиоактивен и его излучение оказывает разрушающее действие на опухоль, можно думать, что это свойство франция найдет применение в медицине.

Вот, пожалуй, и все об элементе 87-м — франции, единственном из загадочной четверки, который был обнаружен в природе, а не был получен искусственно.

Последним, и, надо сказать, очень неохотно, снял с себя маску элемент 85. В 1940 году в этой клетке вместо знака вопроса появился символ At — астатин. Астатин тоже был получен «алхимически» — путем искусственного превращения элементов. Для этого атомы висмута обстреливали ядрами гелия. Арифметика для нас уже ясна: порядковый номер висмута 83, гелия 2. Вот 41 выходит уравнение, на первый взгляд, странное: висмут + гелий = …астатин.

Астатин — последний элемент семейства галогенов. «Старые» члены этого семейства — фтор, хлор, бром и иод — изучены очень хорошо. Но тем интереснее было узнать, каковы будут свойства «новорожденного». Как известно, галогены относятся к типичным неметаллам. Только у йода слегка проявляются металлические свойства· характерный для металлов блеск, способность проводить ток и образовывать соли — азотнокислые, солянокислые и т. п.

Астатин — уже типичный металл. О свойствах этого металла известно многое: и какие степени окисления он имеет в водных растворах, и какой состав имеют соли астатина, и даже то, что он хорошо растворяется в хлороформе. Неизвестно только одно: какой цвет имеет этот элемент. Почему? Очень просто: еще никто не смог получить астатин в таких количествах, чтобы можно было судить о цвете. Ведь для того чтобы заметить окраску, надо иметь весомые количества вещества. А вот их-το тут как раз и не было.

Небезынтересно будет отметить, что первые исследования химических свойств астатина проводились с растворами, концентрация которых по этому элементу была равна 10–13 молярности, иными словами, в одном литре раствора находилось две стомиллиардных грамма.

Так завершилась история великой «войны» с вопросительными знаками в Периодической системе Д. И. Менделеева. Это была полная драматизма борьба, какой является каждое по-настоящему научное исследование, борьба за овладение тем, что раньше считалось проявлением особых, не ведомых никому «сил природы», борьба, которая позволила слову «алхимия» стать научным понятием сегодняшнего дня.

Теперь, казалось бы, в Периодической системе загадок нет и химики могут вздохнуть спокойно. Но разве может быть спокойной настоящая наука? Пусть в Периодической системе загадок нет, но они могут быть и даже, наверное, есть за ее пределами! И поиски продолжаются. .

 

92? А почему бы не больше?

Среди элементов Периодической системы много есть в высшей степени примечательных. Один выделяется своей способностью вступать в реакции; другой, напротив, мог бы похвалиться, что никакие силы не заставят его соединиться с другими элементами; третий знаменит тем, что плавится только при очень высокой температуре, да и то с превеликим трудом; четвертый примечателен тем, что его очень трудно перевести из газообразного состояния в жидкое. Словом, много есть химических элементов в таблице, которые чем-нибудь да смогли бы похвастаться. Но среди них есть один, который безусловно стоит над всеми. Это уран. Нет на земле элемента, который имел бы больший атомный вес, чем уран. Вот почему много лет уран по праву замыкал Периодическую систему элементов.

То, что уран должен стоять последним, стало привычным для химиков. Ученые обращали внимание на неоткрытые элементы, которые находились в середине таблицы: между водородом и ураном. Ну, а уран — ему так уж и повелось быть последним. Так мы привыкаем к печке в нашей комнате или к шкафу и даже не представляем себе, что они могут стоять в каком-то другом месте.

Но вот нашелся среди ученых «возмутитель спокойствия», который громко спросил: «Позвольте, почему, собственно, Периодическая система должна кончаться 92-м номером? Почему не может быть 93-го элемента, 94-го и так далее?»

«Действительно! — удивились многие. — Почему бы не быть девяносто третьему элементу? Почему бы не заняться его поисками?»

Созрели эти идеи к началу 30-х годов. И вот тут-то началось. «Золотые» и «алмазные» лихорадки, трепавшие в разные времена мир, ничто по сравнению с теми страстями, которые разгорелись вокруг проблемы «трансурановых элементов» — так прозвали элементы, которые могли стоять за ураном.

Возможно, произошло это потому, что если в существовании элементов с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87 никто не сомневался, то открытие хотя бы одного трансуранового элемента представляло для науки принципиальный интерес.

А возможно, слишком тесно стало пытливым исследователям в узких рамках четырех «не разоблаченных» еще к тому времени клеток Периодической системы и они стали сначала осторожно, а потом все более настойчиво рваться за ее пределы.

Очевидно, так ведется всюду: что находится за какой-то границей — будь то полюс недоступности, Луна или таинственные химические элементы, манит особенно остро. Вот почему не открытые еще серединные элементы искали настойчиво, но спокойно. Ошибались, вежливо поправляли друг друга, добродушно журили, снисходительно похваливали, не зло посмеивались. Элементы же за «граничной чертой» — трансурановые элементы — искали неистово. Ругались, спорили, кричали — если только можно кричать на страницах журналов, — ниспровергали, возносили, уничтожали…

Каждый год научный мир сотрясался одним большим и добрым полудесятком «малых» открытий, которым не слишком сразу доверяли, элемента девяносто третьего.

Тут достаточно вспомнить только одну из таких сенсаций. Знаменитый итальянский физик Энрико Ферми высказал предположение, что, возможно (возможно!), в одном из его экспериментов образовался 93-й элемент.

Ферми не имел в виду ничего определенного, но его сообщение было истолковано падкой до сенсаций прессой совсем по-иному. Одна из наиболее зарвавшихся газеток выдумала и описала прием во дворце, на котором сам Ферми торжественно преподнес королеве маленький флакончик с девяносто третьим элементом.

Достаточно просмотреть комплект какого-нибудь научно-популярного журнала, скажем, «Наука и жизнь» за 30-е годы, чтобы увидеть, как регулярно два-три раза в год появлялись сообщения о новом элементе под номером 93. И с такой же, ставшей скоро уже привычной неизбежностью эти сообщения опровергались.

Скоро стало ясно, что элементы, имеющие атомный номер больше чем 92, в земной коре находиться не могут. Объяснение этому было простое и, как мы увидим дальше, совершенно правильное. Мы уже отмечали, что все элементы Периодической системы, начиная с элемента 84— полония, являются радиоактивными. Иными словами, они неустойчивы и с течением времени распадаются, превращаясь в элементы с меньшим порядковым номером; те распадаются, в свою очередь… И так до тех пор, пока не образуются стабильные химические элементы, например свинец. И стало ясным, что элементы, которые должны следовать за ураном, весьма вероятно, находились в земной коре много-много миллионов лет назад, а может быть, и миллиардов — кто знает?! Но с течением времени эти элементы распались, исчезли. И на земле их нет. Нет — и всё!

Но миновали те времена, когда химики довольствовались лишь тем, что предоставила в их распоряжение природа. И ученые пошли на штурм проблемы трансурановых элементов. Однако старое оружие оказалось недостаточно мощным для того, чтобы разбить стены крепости, за которой пряталась разгадка этой проблемы.

Возможно, что разгадка проблемы трансурановых элементов еще долго скрывалась за частоколом из вопросительных знаков, если бы не было применено новое, более эффективное оружие.

«Брешь» была пробита нейтронами. То обстоятельство, что нейтрон не обладает никаким зарядом, делает его весьма пригодным для целей ядерной бомбардировки. Заряженные частицы — ядра атомов водорода или гелия — выполняют эту функцию много хуже. Положительно заряженные частицы при подходе к атому испытывают сильно отталкивающее действие со стороны одноименно заряженного ядра.

С помощью нейтронов были получены искусственным путем ядра почти всех химических элементов. Но 93-й по-прежнему не давался в руки исследователям.

Когда уран подвергали бомбардировке нейтронами, намереваясь искусственным путем получить обитателя 93-й клетки Периодической системы, то вначале исследователи обнаружили, что при этом ядра атомов урана распадаются на «осколки». Такими осколками являются ядра атомов элементов, находящихся в середине таблицы Менделеева: барий, лантан и некоторые другие. Многие из них обладают искусственной радиоактивностью. Характеристики этих искусственных радиоактивных элементов были неучены весьма подробно: стали известны и их атомные веса, и периоды полураспада.

«Осколков» было открыто очень много, поэтому каждый новый искусственный элемент, который удавалось получить таким путем, уже не вызывал особенного энтузиазма у исследователей. Не особенно удивился и американский исследователь Макмиллан, когда в 1940 году обнаружил в продуктах деления урана какой-то радиоактивный изотоп с периодом полураспада два-три дня. Более внимательное изучение показало, что излучение принадлежит какому-то элементу, который не походил ни на один из тех, которые обычно образовывались при делении урана. Этот элемент был выделен и оказался… элементом 93. Это было так неожиданно, что даже не вызвало того эффекта, на который могло претендовать подобное открытие.

Впрочем, подробности стали известны много позже: уже после того как отзвучали первые испытательные взрывы атомных бомб, после того как над Хиросимой вырос зловещий гриб атомного взрыва. При чем тут атомная бомба?

Вот при чем — проблема заурановых элементов оказалась тесно связанной с проблемой выделения атомной энергии. Если бы не это обстоятельство, возможно, еще и сегодня мы не знали бы ничего об элементах, порядковый номер которых больше девяноста двух.

93-й был наречен нептунием. Причина этого очевидна: как в солнечной системе за планетой Уран следует Нептун, так и в Периодической системе за элементом ураном следует нептуний.

Более тщательные исследования процесса образования нептуния из урана показали, что этот процесс протекает следующим образом. При соударении с нейтронами часть ядер разлетается, а часть, напротив, захватывает нейтроны. При этом образуется разновидность, или, как говорят, изотоп урана с атомным весом 239. Этот изотоп, однако, очень неустойчив и за короткое время претерпевает радиоактивный распад. Распад этот заключается в том, что ядро каждого атома этого изотопа испускает один электрон.

Что же при этом происходит? Электрон имеет заряд минус 1. Заряд ядра атома урана 92. Если от 92 отнять минус 1, то нетрудно подсчитать, что получается 93. Так образуется элемент 93 — нептуний.

Пока я объяснял, как из урана образуется нептуний, читатель, очевидно, уже догадался, как должны были назвать 94-й элемент? Правильно!

Конечно, плутонием. Ведь за планетой Нептун в солнечной системе следует планета Плутон.

Как известно, планета Нептун была «открыта на кончике пера»: существование ее было предсказано теоретически.

Продолжая эту параллель, можно сказать, что планета Плутон была открыта самопишущим пером, так как к выводу о ее существовании пришли из чисто теоретических соображений, на основании отклонения орбиты движения Нептуна от рассчитанной.

Плутоний, подобно его планетному тезке, был также открыт сначала теоретически.

Изучение свойств нептуния показало, что он испускает бета-лучи, или, иными словами, каждый его атом «выбрасывает» один электрон. Мы уже знаем, что получается, когда ядро атома какого-либо элемента испускает электрон. В этом случае возникает ядро элемента, который в Периодической системе стоит на одну клетку позади. Вот почему, когда было открыто бета-излучение нептуния, сразу возникла мысль, что вслед за 93-м элементом должен образовываться элемент 94-й. Последовало несколько кропотливых экспериментов, и в 1941 году элемент 94-й появился на свет.

Как известно, цепная реакция является одним из основных условий освобождения энергии атомного ядра при делении тяжелых элементов. Остальные два вещества, способные развивать цепную реакцию, изотопы урана с атомными весами 233 и 235, получаются с гораздо большим трудом, чем плутоний.

Теперь плутоний получают в большом количестве. Производство плутония осуществляется в атомных реакторах, где наряду с распадом урана идет процесс образования 94-го элемента. По истечении некоторого времени в уране, которым заправлен котел, образуется значительное количество плутония. А разделить эти элементы — задача сравнительна несложная.

Получение нептуния и плутония явилось торжеством физики и химии, так сказать, вершиной современной алхимии. Однако, как показало ближайшее будущее, — все же не самой высокой ее вершиной. Не прошло и трех лет со времени открытия плутония, как химикам пришлось дорисовывать новые клетки в Периодической системе. «Виновниками торжества» оказались элементы с порядковыми номерами 95 и 96. Произошло это в 1944 году.

Обстановка опять-таки была «артиллерийской»: полигоном являлся циклотрон — прибор для разгона элементарных частиц; мишенью служил уран; снарядами «работали» альфа-частицы — ядра гелия. При попадании альфа-частицы в ядро урана образовывается ядро с атомным номером 94 (2 + 92; вот, кстати, еще один метод получения плутония). Ядра плутония спустя некоторое время выбрасывали бета-частичку — электрон, и, таким образом, возникал элемент с номером 95. По месту своего рождения этот элемент получил название америция.

Подобным же образом был получен элемент 96. Для синтеза этого элемента альфа-частицами обстреливали плутоний. В результате очень сложного опыта и очень простой арифметики (94 + 2 = 96) был выделен элементе порядковым номером 96. Элемент был назван кюрием — в честь знаменитых исследователей радиоактивности Марии Кюри-Склодовской и Пьера Кюри.

Известно, что сравнение науки с грандиозным зданием не ново. Но, рассказывая о том, как были получены искусственные заурановые элементы, нельзя удержаться от этого сравнения. «Фундаментом» здания послужил уран. На этом фундаменте был сооружен «первый этаж» — элемент плутоний. Плутоний послужил основанием для следующего «этажа» — америция.

Словом, как каждый законченный новый этаж дома дает возможность приступить к строительству очередного этажа, так и каждый полученный заурановый элемент давал возможность приступить к получению очередного нового элемента.

Гак, америций был использован для синтеза 97-го элемента. Для этого америций обстреливали в циклотроне альфа-частицами. В результате того же несложного соотношения (95 + 2) был получен элемент 97. Он был назван берклием — по имени города Беркли, где был впервые получен этот элемент.

Для синтеза элемента 98 воспользовались кюрием. Его также обстреливали альфа-частицами, в результате чего был выделен элемент, названный калифорнием. Это название появилось в Периодической системе в 1950 году. Дальше поток открытий несколько замедлил скорость своего течения…

Следующие «новоселы» Периодической системы — элементы 99 и 100 — родились не в научных лабораториях. Появлению их на свет не предшествовали споры или мучительные размышления, которые обычно предваряют каждое научное открытие.

В 1952 году американцы проводили испытания термоядерного оружия. Операция по подготовке и проведению этого секретного взрыва была названа весьма безобидным и даже несколько фамильярным именем «Майк». Через полчаса после взрыва в грибовидное облако, возникшее над местом испытаний, были запущены автоматические ракеты, которые отбирали пробы воздуха, пыли и других твердых частиц. В бумажных фильтрах, на которых осели пылеобразные продукты взрыва, и были обнаружены элементы 99 и 100.

Результаты этого опыта были опубликованы лишь три года спустя. И тогда же в Периодической системе появились две очередные клетки с названиями новых элементов: эйнштейний и фермий. Оба названия были даны в честь известных физиков Альберта Эйнштейна и Энрико Ферми.

К 1955 году эти элементы были уже синтезированы и в лабораторных опытах.

В мае 1954 года группа американских исследователей под руководством Сиборга сообщила о получении элемента с порядковым номером 101. 101-й элемент был назван ими менделевием, как пишут авторы, «в признание ведущей роли великого русского химика Дмитрия Менделеева, который первый использовал Периодическую систему для предсказания свойств еще не открытых элементов — принцип, явившийся ключом к открытию последних семи трансурановых элементов».

Если бы я писал эту книгу несколькими месяцами раньше, то при разговоре об элементе 102-м мне пришлось бы многократно употреблять слово «вероятно». Дело в том, что исследователи долгое время колебались, получен ли 102-й в действительности или нет. Почему? О, это весьма долгая история. И, чтобы как следует понять, как ученым достается то или иное открытие, нам придется сделать небольшой перерыв в изложении истории появления новых клеток в таблице Менделеева и заняться рассмотрением других, не менее интересных вещей.

 

Манипуляторы с невидимым

Этот заголовок имеет в виду не фокусников, хотя последние часто называются манипуляторами и, судя по искусству народного артиста республики Кио, действительно работают с невидимым. Нет, здесь речь пойдет о манипуляторах не в переносном, а в буквальном смысле этого слова (редкий пример, когда слово в переносном значении возникло и стало употребляться раньше, чем в прямом!). Невидимое же здесь невидимо не из-за ловкости рук ученых, а по причине крайне малых размеров.

Когда я рассказывал об истории возникновения новых клеток Периодической системы, то намеренно ни разу не употребил слово «сколько». Могло возникнуть впечатление, что количества, из которых выделяли заурановые элементы, не играют никакой роли. На самом же деле эти количества являются, пожалуй, самым главным из всех тех многих факторов, которые обусловливают возможность и легкость (а правильнее говоря, трудность) выделения того или иного элемента.

Однако будем рассказывать по порядку. Взгляните на рисунок. На нем изображено все наличное в 1944 году количество элемента америция. Справа — это отнюдь не телеграфный столб, а острие иглы, частокол внизу — это миллиметровая шкала; вся же фотография снята под микроскопом. Сколько же может быть америция, спросите вы? Это известно точно — одна стотысячная грамма.

Да, тут уже идет речь о количествах гораздо меньших, чем те, о которых мы рассказывали в разделе об опытах незадачливого профессора Литте. Да ведь и время настало другое! А тридцать лет в XX веке для химии что-нибудь да значат!

Возьмем одну из статей о каком-либо трансурановом элементе, которые теперь десятками публикуются в химических журналах. Внешне ничего удивительного нет. Обычные, традиционные химические фразы и выражения: «соединение получали сливанием двух растворов», «состав определяли титрованием», «соль растворяли в дистиллированной воде» и тому подобное, что всегда встречается в любой работе, имеющей даже отдаленное отношение к химии.

Однако внимательный разбор такой статьи сразу повергает непривычного читателя в изумление. Оказывается, бюретки здесь отмеривают не миллилитры, как в обычных химических лабораториях, а одну стотысячную миллилитра. Самые большие из тех химических стаканов, с которыми манипулировали авторы этой статьи, имели диаметр 1 миллиметр. На весах взвешивались количества веществ в одну тысячную долю грамма, причем взвешивание проводилось с точностью до одной стотысячной грамма.

Может быть, кое-кому эти числа с большим количеством нулей впереди покажутся маловыразительными. Тогда призовем на помощь сравнения.

Одна стотысячная доля миллилитра… По сравнению с объемом жидкости в стакане воды это то же, что один метр в сравнении с половиной экватора. И этот объем измеряют с точностью до одного процента! Иными словами, отмеряют объемы жидкостей еще в сто раз меньше. Это то же, что измерить окружность экватора с точностью до двух миллиметров. Представьте себе, что кто-либо заявил что-нибудь вроде: «От города Обояни до Сан-Франциско четырнадцать тысяч сто шестьдесят восемь километров девятьсот сорок четыре метра пятнадцать сантиметров и три миллиметра». Вы бы тотчас же ответили этому гражданину, чтобы он оставил шутки. Но когда химик пишет аналогичные вещи, мы хотя и удивляемся, но принимаем эти вещи как должное. Вот это и есть осязаемые чудеса атомного века!

Теперь представим себе, как протекает работа с подобными количествами веществ. Стаканы и пробирки имеют такие размеры, что их удобнее захватывать не пальцами, а особыми пинцетами. Разные приспособления, вроде воронок для фильтрования, палочек для перемешивания растворов и прочей обычной химической утвари, имеют такой размер, что подковы, которые изготовил для блохи лесковский Левша, в сравнении с ним поражали бы своими громадными размерами. Жидкости, находящиеся в этих сосудах, тщательно переливают из одного сосуда в другой, следя, чтобы не пролилось ни капли. Впрочем, о какой тут капле может идти речь? Ведь капля в тысячи раз больше всего наличного объема раствора!

Ну, а весы, как выглядят они? Коромысло этих весов сделано из чистого кварца толщиной в человеческий волос. Большинство частей этих весов вообще не видно невооруженным глазом, настолько тонки и невесомы эти детали. Такие весы уже в комнате не поставишь. Даже на самой прочной и неподвижной подставке они будут подвержены большим колебаниям. Пройдет по улице рядом с домом, где находится лаборатория, человек — и весы уже соврут на несколько знаков; проедет по улице грузовик — и на весах целая свистопляска!

Такие весы стоят в глубоком подвале. Приближаются к ним с осторожностью канатоходца. В этом помещении не положено громко разговаривать, нельзя сильно размахивать руками, производить резкие движения. Даже чихать здесь пришлось бы в специальную отдушину. И, уж конечно, упаси вас боже сказать при этом «будьте здоровы!».

А прибегают ко всем этим ухищрениям только для того, чтобы можно было взвешивать с точностью до 0,000001 грамма. Вот что такое шестой десятичный знак и чего он стоит исследователям!

Исследователям трансурановых элементов приходилось работать с чрезвычайно малыми количествами веществ. Дело в том, что искусственные элементы возникают при обстреле элементарными частицами соответствующих мишеней в таких количествах, которые могут быть уловлены только при работе вот такими методами.

Теперь, когда пишут или говорят о многих из заурановых элементов, то счет ведут не на килограммы и не на граммы. Даже миллиграммы и те являются слишком большой единицей измерения веса.

Для трансурановых элементов пришлось выдумать новую единицу измерения: микрограммы — одна миллионная доля грамма, величина в тысячу раз меньшая, чем миллиграмм.

Так вот, нептуний впервые был выделен в количестве десяти микрограммов, плутоний — двадцати микрограммов. Долю полученного впервые америция мы уже видели на рисунке. В таких же количествах был вначале добыт и кюрий.

Для элементов же берклия и калифорния и микрограммы — слишком большая единица измерения. Они были выделены в индивидуальном состоянии в десятых, а то и сотых долях микрограмма — это соответственно десятимиллионные и стомиллионные доли грамма!

Однако эти обстоятельства не смогли явиться помехой подробному исследованию химических и физических свойств заурановых элементов. Более того, интерес, проявленный к заурановым элементам, был настолько велик, что теперь мы о свойствах этих элементов знаем больше, чем об иных, обычных.

Сейчас передо мной лежит книга, в которой сведены результаты исследований только лишь шести (от нептуния до калифорния) заурановых элементов. Это толстый фолиант, в котором около тысячи страниц и не меньше двух килограммов весу.

Микрохимия — так назвали этот раздел химии, позволяющий исследовать свойства ничтожных количеств веществ. Это название является до некоторой степени и буквальным: ведь за всеми превращениями, происходящими в пробирках, химику необходимо наблюдать в микроскоп.

Как видим, одна из основных трудностей, возникшая при работе с заурановыми элементами, — чрезвычайно ничтожное количество их — была успешно преодолена.

Но не так просто быть «алхимиком» в наши дни! Если бы необходимость прибегать к методам микрохимии составляла единственную сложность работы с заурановыми элементами, то это было бы еще полбеды или даже, выражаясь точнее (а химия — наука точная!), четверть беды. Ну, получили один раз 10 микрограмм, другой раз еще столько же, третий раз, четвертый, пятый… Глядишь — и есть уже одна десятитысячная грамма. А там и с десятую грамма набрать можно. А десятая грамма — это уже величина!

Сложность была в другом. Уже упоминалось, что все элементы Периодической системы, начиная с элемента полония, являются радиоактивными. И вот оказалось, что радиоактивность трансурановых элементов необычайно велика.

Один микрограмм плутония испускает в минуту сто сорок тысяч альфа-частиц. Это очень большое число. Если какую-либо соль плутония растворить в воде, то в ней сейчас же начинает образовываться перекись водорода: альфа-частицы, выделяющиеся при распаде плутония, вызывают в воде сложные химические процессы.

Радиоактивность америция — больше в десятки раз. Один микрограмм этого элемента испускает в минуту семьдесят миллионов альфа-частичек. Однако и это ничто в сравнении с радиоактивными свойствами соседа америция — элемента кюрия. Кюрий испускает за такое же время десять миллиардов альфа-частиц на один микрограмм.

А эти десять миллиардов означают вот что. При растворении в воде даже ничтожного количества соли кюрия раствор начинает интенсивно разогреваться. И вскоре закипает. Стоит этот стакан с раствором соли кюрия под стеклянным колпаком, а из стакана бурно валит пар, хотя поблизости нет никакого источника тепла. Таким источником является сам кюрий, или, вернее, испускаемые им радиоактивные частицы. Благодаря этому обстоятельству никогда не удастся изготовить более или менее заметный кусок металлического кюрия, так как такой кусок немедленно бы разлетелся из-за саморазогрева.

Сильная радиоактивность заурановых элементов неприятна еще и тем, что радиоактивное излучение чрезвычайно вредно влияет на человеческий организм. Не один из тех, кто работал с сильно-радиоактивными веществами, не соблюдая необходимых мер предосторожности, умер от тяжких заболеваний, вызываемых радиоактивными лучами. Еще сегодня в японских городах Хиросиме и Нагасаки, которые стали объектом атомного нападения в 1945 году, продолжают умирать люди, подвергшиеся во время взрыва атомной бомбы облучению.

Все эти обстоятельства заставляют исследователей, работающих с заурановыми элементами, прибегать к особым мерам предосторожности.

Обычно радиоактивные препараты заурановых элементов помещают за пластмассовым экраном. Этим самым исследователь защищает лицо и тело от действия радиоактивных лучей. На руки надевают специальные перчатки, которые также в значительной степени задерживают излучение.

Однако такие меры помогают, когда количество радиоактивного вещества небольшое либо интенсивность излучения данного элемента невелика. Если приходится работать с большими количествами, то «удлиняют» руки с помощью манипуляторов. Это разнообразные инструменты: пинцеты, щипцы, захваты, которые укреплены на длинной ручке. Таким образом, исследователь может держаться от радиоактивного вещества на почтительном расстоянии.

Но если имеешь дело с такими излучателями, как америций или кюрий, то и ручные манипуляторы не спасают. Тогда приходится конструировать дистанционные манипуляторы. Один из таких манипуляторов можно видеть на Выставке достижений народного хозяйства СССР. Я полагаю, что ловкости рук такого манипулятора мог бы позавидовать любой фокусник. Хотя, как видно из рисунка, каждая рука манипулятора имеет всего по два «пальца», эти руки способны выполнять самые тонкие операции. За манипулятор, который стоит на выставке, несколько раз в день садится оператор, и столпившиеся вокруг зрители с изумлением наблюдают, как металлические руки раскрывают коробок спичек, вынимают одну спичку, зажигают ее и преподносят прикурить кому-либо из посетителей выставки. Тот сначала испуганно отстраняется, а затем с довольным видом прикуривает. После этого «рука» аккуратно бросает в урну обгоревшую спичку.

Впрочем, при работе с заурановыми элементами приходится выполнять более сложные манипуляции, чем зажигание спичек. Ведь количеств, скажем, америция или кюрия, которые собирается исследовать химик, намного меньше спички по своим размерам да и по весу. Однако здесь уже дело только в опыте и мастерстве исследователя.

Как видим, и второе препятствие было успешно преодолено учеными. Но существует, оказывается, еще одно обстоятельство, которое затрудняет исследования заурановых элементов гораздо больше, чем те, о которых я уже рассказал.

Что прежде было основным в проблеме изучения свойств нового элемента? Выделить более или менее значительные количества соединений этого элемента. Мы уже знаем, сколь малым научились довольствоваться химики при определении абсолютной величины этих «более или менее значительных количеств».

Для заурановых элементов проблема выделения стоит на втором плане. Прежде чем выделить, надо эти элементы получить. Только для первых заурановых элементов процесс получения прошел сравнительно легко. Но чем дальше углублялись химики в «лес» заурановых элементов, тем с меньшими количествами «дров» приходилось им сталкиваться.

Здесь вступает в игру величина, называемая периодом полураспада. Мы уже имели случай прибегать к этому понятию: это то время, за которое распадается половина атомов данного радиоактивного элемента. Первые заурановые элементы довольно устойчивы. Так, период полураспада нептуния исчисляется миллионами лет, кюрия — десятками тысяч лет. Самая долгоживущая разновидность плутония имеет период полураспада даже в десятки миллионов лет. Но дальше эта величина быстро уменьшается. Берклий «умирает» наполовину за семь тысяч лет, калифорний — всего за четыреста. А потом счет идет уже на дни. Для эйнштейния эта величина составляет приблизительно 300 дней, для фермия — 20 часов, для менделевия — минуты.

Дни — это куда ни шло. Но минуты?.. Ведь операции получения и последующего выделения элемента довольно продолжительны. А тут надо за доли минуты выделить элемент, сконцентрировать его и изучить важнейшие химические и физические свойства. Ну конечно, в «минутном» элементе это сделать невозможно, с какой бы лихорадочной скоростью ни работал экспериментатор.

«Ну что ж, нельзя так нельзя, — скажете вы, — выше себя, как говорят, не подскочишь».

Да, раньше химики, пожалуй, так и поступали. Столкнувшись с подобным обстоятельством, например неустойчивостью какого-либо интересного для них соединения, они подавляли вздох разочарования и пеняли на природу.

Но когда идет речь о такой проблеме, как заурановые элементы, то разве могут современные химики «пенять на бога»? Вздохи сожаления, что греха таить, были, и в немалых количествах. Но это был тот самый случай, когда лирика в расчет не принимается.

Когда появилось первое сообщение об элементе 101 — менделевии, то почти все химики, с которыми я обсуждал в те дни статью об этом элементе, единодушно пришли к выводу, что в одном месте там вкралась опечатка. Да и как же иначе могло быть, если в статье значилось буквально следующее: элемент 101 был идентифицирован (определен, узнан) в количестве 17 атомов. Все единодушно сошлись на мысли, что рассеянный наборщик пропустил после цифры 17 десять в какой-либо степени. Там должно было быть написано, скажем, 17∙108, ну, самое меньшее 17∙106 атомов, хотя, по правде говоря, последнюю величину по причине малости тоже представить себе трудно. Почему? Да хотя бы потому, что в одном кубическом сантиметре воздуха содержится в три миллиарда раз атомов больше, чем 17 · 106. Итак, даже количество вещества в семнадцать миллионов атомов представить себе нелегко, но просто семнадцать атомов — это вначале даже не укладывалось в сознании. Но тем не менее в сообщении об элементе 101 все было правильно, и мы напрасно укоряли наборщика.

Найти такое ничтожное количество менделевия в материале мишени, которая была подвергнута обстрелу с целью получения 101-го элемента, помогли радиоактивные свойства этого элемента. Альфа-частицы, испускаемые разными радиоактивными элементами, различаются друг от друга по своей энергии. Так, начальная скорость снаряда, выпущенного из дальнобойного орудия, отличается от скорости пули, вылетевшей из малокалиберной винтовки. Определяя величину энергии альфа-частицы, можно с уверенностью сказать, какому радиоактивному элементу обязана эта частица своим происхождением.

А зафиксировать распад даже одного отдельного атома в настоящее время не составляет труда. Сейчас сконструированы приборы, которые необычайно чувствительны к явлениям радиоактивного распада Эти приборы позволяют определить, какая радиоактивная частица вылетела при распаде атома, какова ее энергия и заряд. Именно с помощью таких приборов было обнаружено, что в мишени из эйнштейния при обстреле альфа-частицами возникают атомы 101-го элемента.

Приступая к получению элемента с порядковым номером 102, ученые уже знали, что период полураспада его будет исчисляться немногими минутами.

Вначале было решено попытаться получить 102-й элемент, обстреливая кюрий ядрами углерода (96 + 6). Для этого в США были получены значительные количества кюрия. Мишень — тонкий слой кюрия, нанесенный на алюминиевую пластинку, — была изготовлена в Англии. Затем пластинку с величайшими предосторожностями повезли в Швецию, где, наконец, в Нобелевском институте ее подвергнули обстрелу углеродом.

102-й и не пытались даже выделить из мишени. Было установлено, что мишень после обстрела «выбросила» несколько альфа-частиц неизвестной дотоле энергии — и этого оказалось достаточным для того, чтобы объявить о создании очередного нового элемента. Элемент был назван «нобелием» — по имени института, где проводился обстрел кюриевой мишени.

Однако с этим элементом дело обстояло не так гладко, как с предыдущими заурановыми элементами. Когда в Соединенных Штатах были повторены опыты по получению 102-го, то результаты шведских экспериментаторов не подтвердились. Символ No, появившийся было в клетке 102, сначала заколебался, а затем и вовсе исчез. Вопрос остался: открытым.

Ну, а совсем недавно появился еще один «новосел» Периодической системы: обитаемой стала клетка № 103. Проживает в ней элемент лоуренсий. Так же как и в случае двух-трех его предшественников, о свойствах лоуренсия можно догадываться, но изучать многие из них попросту невозможно. Дело в том, что до сих пор получено вряд ли больше десятка атомов лоуренсия, потому что период полураспада его составляет одну-две секунды.

В 1957 году получением 102-го начали заниматься советские химики и физики под руководством Г. Н. Флерова. Пять лет продолжались поиски. И вот получено сообщение: в лаборатории Г. Н. Флерова в Объединенном институте ядерных исследований получено более семисот атомов 102-го элемента. Масса его 256. Время жизни — 8 секунд. Еще один трансурановый элемент вписан в Периодическую систему.

В разных странах, на разных континентах ученые объединены одной мыслью, одним желанием раздвинуть границы Периодической системы как можно дальше, раздвинуть границы нашего познания.

Вы читаете сейчас эти строчки, а в лаборатории люди в белых халатах, склонившись над многочисленными приборами, внимательно следят за показаниями стрелок. Один из них что-то негромко говорит остальным и, сокрушенно покачав головой, вписывает несколько строчек в большую тетрадь, на обложке которой крупно написано: 104-й. И затем, обращаясь к своим сотрудникам, говорит: «Попробуем выбрать другие условия…»

А быть может, именно в эту минуту им, этим исследователям неведомого, повезло, может быть, стрелки показали то, что нужно, и 104-й получен.

Может быть! И если не в эту минуту, то завтра, через месяц.

А получен он будет. Наверняка!

 

Новое семейство

Могу биться об заклад, что я сейчас задам вопрос, правильный ответ на который не даст, пожалуй, ни один из юных читателей. Вопрос как будто бы простой: какой химический элемент в настоящее время изучен лучше всех? Железо? Нет. Хлор? Нет! Кислород? Нет!!! Натрий? Тоже нет!

Оказывается, по химическим свойствам в настоящее время лучше всего исследованным элементом является… плутоний.

Что, неожиданный ответ? Я сам поразился, когда впервые об этом узнал. Действительно, достойного удивления в этом обстоятельстве немало. Элемент, который нам известен всего двадцать лет, изучен лучше, чем, скажем, железо, с которым люди познакомились еще на заре развития человечества. Да, да, плутоний, которого после его открытия вряд ли получили больше одной тонны, изучен лучше, чем, предположим, кремний, запасы которого на поверхности земли исчисляются астрономическим числом тонн.

Проблема получения плутония была в свое время так остра, что ею занимались сотни лабораторий в разных странах. Занимались не просто интенсивно, а прямо-таки лихорадочно. Для того чтобы выделять плутоний — и по возможности полнее — из продуктов распада содержимого атомных реакторов, нужно было всесторонне изучить его свойства и свойства многочисленных его соединений. Над одними и теми же проблемами работали разные лаборатории. После того как многие из этих исследований были опубликованы, оказалось, что многие ученые приходили к одним и тем же выводам принципиально разными путями.

Все это и явилось причиной того, что не осталось буквально ни одной области химии плутония, куда бы не заглянул пытливый и острый взгляд химика-исследователя.

Хотя сам факт получения искусственных элементов сам по себе являлся поразительным, все-таки когда были изучены свойства первых заурановых элементов, то результаты оказались в высшей степени неожиданными. Выяснилось, что все эти элементы очень похожи по своим химическим свойствам. Так, все они в водных растворах могут давать соли с валентностью металла +3.

С другой стороны, многие заурановые элементы во многом напоминают уран. Пришлось бы очень долго перечислять однообразные факты чрезвычайной схожести этих элементов. Но здесь читатель может поверить автору на слово.

Вопрос здесь может быть другой: что же в этой схожести могло удивить химиков? Похожи так похожи. Однако утверждение еще не ответ на вопрос.

Пусть читатель закроет рукой или листком бумаги группу элементов на Периодической системе, которая обозначена как семейство актиноидов (почему так назвали семейство заурановых элементов, мы поясним чуть позже). Теперь таблица Менделеева выглядит точно так, как в конце 40-х годов, когда об искусственных заурановых элементах ничего известно не было. Представим себе химика того времени, пользующегося этой таблицей. Что мог сказать ученый о свойствах еще не существовавшего тогда элемента 93? Он мог бы рассуждать приблизительно так: «Если элемент 93 будет открыт или получен искусственно, то его квартира — клетка 93 — окажется в седьмой группе Периодической системы, под элементом рением. Значит, по свойствам 93-й должен походить на рений, как рений, в свою очередь, походит на технеций и марганец».

С такой же уверенностью этот химик мог предсказать, что 94-й элемент будет похож на осмий, потому что именно под осмием должна была находиться незаселенная в те годы еще квартира № 94 в доме «Группа № 8» по улице «Периодической системы».

Однако ничего подобного не оказалось. Заурановые элементы ничуть не походили на своих предполагаемых аналогов, зато были похожи друг на друга если не как близнецы, то как родные братья, наверное. Оказалось, что эти элементы и являются родными братьями не только по рождению, а так сказать, и по духовному или, вернее, химическому единству.

Читатель, наверное, уже обращал внимание на то, что в Периодической системе элементов после элемента с порядковым номером 56 следует клетка, в которой стоят номера 57–71. 15 элементов в одной клетке! Или, говоря вернее, 15 клеток в одной. В чем тут дело? Какова причина этого, на первый взгляд, странного явления?

Известно, что внешняя электронная оболочка атома каждого элемента Периодической системы отличается от внешней электронной оболочки атомов соседних элементов. Так, например, литий имеет один электрон на внешней электронной оболочке, бериллий — два, бор — три и т. д. Многим также должно быть известно и то, что именно это число электронов на внешней электронной оболочке определяет химические свойства элемента. Вот элемент лантан — первый член выделенного нами семейства, которое носит название лантаноидов, то есть лантаноподобных. У лантана на внешней электронной оболочке имеется три электрона. Поэтому лантан и является трехвалентным. Мы должны были бы предполагать, что следующий за лантаном элемент — церий — должен иметь на внешней электронной оболочке четыре электрона. Однако на внешней электронной оболочке церия, как и у лантана, три электрона. Куда же девается лишний электрон? Оказывается, он заполняет одну из внутренних электронных оболочек. То же самое наблюдается и у следующих лантаноидов. Все они: и празеодим, и неодим, и прометий, и другие, все — по элементу 71 — имеют во внешнем электронном слое три электрона, а заполняются у них внутренние электронные оболочки. Вот почему эти 15 элементов чрезвычайно похожи друг на друга по своим химическим да и физическим свойствам.

Точно такая же картина наблюдается в случае элементов, следующих в Периодической системе за актинием. У тория — соседа актиния — тоже заполняется не внешняя электронная оболочка, а одна из внутренних. То же самое у элементов протактиния, урана и всех полученных до настоящего времени заурановых элементов. Поэтому заурановые элементы вместе с ураном, протактинием и актинием, подобно лантаноидам, выделяются в отдельное семейство актиноидов. Таким образом, в Периодической системе появилась еще одна «многокомнатная квартира»— клетка, которая вмещает в себя номера с 89-го по 103-й.

Сейчас уже с полной уверенностью можно предсказать, что семейство актиноидов будет завершаться 103-м элементом. И только 104-й элемент будет стоять в IV группе Периодической системы.

Можно даже заключить, что электронная оболочка этого еще не полученного элемента будет подобна электронной оболочке гафния. Впрочем, для такого заключения не надо быть особенным провидцем — для этого достаточно иметь перед глазами Периодическую систему элементов.

 

В лабораториях природы

Когда были изучены свойства первых из полученных заурановых элементов, стало понятным, почему оказались безрезультатными поиски этих элементов в природе. Периоды полураспада даже самых долгоживущих из них столь невелики в сравнении с временем существования нашей планеты, что за это время они успели полностью распасться.

Впрочем, если бы все положения ученые брали на веру, то вряд ли появились бы многие из тех замечательных открытий, которыми так богато наше время. Сразу возникли вопросы. Во-первых, нельзя ли обнаружить заурановые элементы вне Земли, в атмосфере звезд, поскольку нам известна характеристика спектра этих элементов? И вопрос второй: не могут ли некоторые из заурановых элементов образовываться в природе в настоящее время, пусть даже в самых небольших количествах?

Лучше будет разобрать все эти вопросы по порядку. Итак, нельзя ли попытаться обнаружить заурановые элементы где-нибудь во Вселенной?

Тут надо еще раз напомнить, что спектроскопические методы исследования, с помощью которых элемент гелий был открыт сначала на Солнце, а потом уже на Земле, обладают чрезвычайной чувствительностью, Но все же спектроскопия не позволила обнаружить во Вселенной присутствия хотя бы небольших следов плутония или других заурановых элементов. Не дали желаемых результатов и другие методы исследования.

Ответ на заданный вопрос пришел оттуда, откуда его меньше всего ждали. Его помогли найти… историки. Химия не раз оказывала большие и малые услуги историкам и особенно археологам: то надо было определить состав какого-нибудь древнейшего сплава, то с помощью анализа чернил установить дату рождения рукописного документа. Но чтобы историки помогали химикам — такое, пожалуй, встретилось впервые. Но об этом следует рассказать подробнее, тем более что начинать придется издалека.

… Начинать придется с 4 июля 1054 года. В этот день или, вернее, в эту ночь астроном пекинской обсерватории Большого Дракона Ма Туан-лин, как обычно, вышел на центральную площадку наблюдать небо. Он некоторое время внимательно смотрел на звезды и, убедившись, что расположение светил в точности совпадает с предсказанным, приготовился записать свои вычисления в толстую тетрадь, которую вел уже много лет. Но кисточка так и не дошла до сосуда с тушью: рука повисла в воздухе. Вдруг астроном заметил — почти над головой — какую-то довольно яркую звезду. Еще вчера ее не было на этом месте. Не писалось о ней ничего и в тех старинных книгах, содержание которых Ма Туан-лин знал хорошо, будучи настоящим ученым. На следующую ночь звезда появилась на небе задолго до того, как солнце уступило свое время ночи. На улицах толпились сотни людей и громко обсуждали это невиданное зрелище.

В своих записках Ма Туан-лин назвал эту звезду Гостьей. Китайский астроном очень точно выбрал название для новой звезды. Гостья с каждым днем разгоралась все ярче. Через два месяца ее яркость была больше, чем яркость Луны. Обладающие острым зрением дети различали Гостью даже днем, при ярких лучах Солнца. Сейчас нетрудно подсчитать, что если это было именно так — а сомневаться в достоверности записок Ма Туан-лина нет никаких оснований, — то новая звезда имела такую яркость свечения, как шестьсот миллионов наших солнц.

Однако пришелица сияла на небе всего около двух месяцев, а потом яркость ее свечения стала быстро уменьшаться. Через полгода она уже ничем не выделялась среди других звезд. А еще через год на том же участке, где была Гостья, снова зияла, как и за два года до того, чернота неба.

Когда историки разыскали записи средневекового китайского ученого, то меньше всего заинтересовали они. . астрономов. Дело в том, что Ма Туан-лин описал явление, которое очень хорошо известно современной астрономии и носит название «сверхновых звезд». Образование новых звезд сравнительно часто можно наблюдать на небосклоне. Правда, исключительно яркие звезды, какой была «сверхновая-1054», наблюдаются очень редко. Но при изучении неба с помощью телескопа открытие «сверхновой» — дело довольно обычное. Когда в 1948 году на то место небосклона, где была Гостья, описанная Ма Туан-лином, навели радиотелескоп, то установили, что оттуда идет интенсивный поток радиоволн. Это явление говорило об очень многом…

Я подозреваю, что нетерпеливый читатель прервет меня вопросом: «Почему на протяжении целой страницы здесь идет речь о ком угодно: об астрономах, историках, радиоастрономах и ни разу не упоминаются химики?» Вопрос законный. Химики сейчас появятся, появятся обязательно, хотя бы потому, что мощный поток радиоволн, идущий с того места, которое занимала «сверхновая-1054», прежде всего касается именно их.

Известно, что источниками радиоволн и космических лучей, идущих к Земле из мирового пространства, являются вспышки новых звезд. Эти вспышки, как считают теперь, являются следствием образования и распада элементов.

Источником энергии Солнца является реакция превращения водорода в гелий. Но наше светило — сравнительно молодая звезда. Во Вселенной же существуют звезды постарше — те, у которых значительная часть водорода «выгорела», превратилась в гелий. Что же, такое светило затухает? Оказывается, что нет. Ядра атома гелия, сливаясь, образуют атомы углерода.

Есть основания считать, что чем старше звезда, тем более тяжелые элементы возникают на ней. Но очевидно, что такое укрупнение не может идти бесконечно. На каком же элементе обрывается этот процесс увеличения порядкового номера элементов на звездах?

Все предположения сводятся к тому, что таким элементом станет… калифорний. Дело в том, что новые звезды обладают общей особенностью: период полузатухания их яркости (т. е. время, за которое яркость свечения уменьшается вдвое) составляет приблизительно 55 дней. А это почти точно соответствует периоду полураспада калифорния (с атомным весом 254).

Так свершались судьбы развития элементов во Вселенной. Непрерывное увеличение порядкового номера и атомного веса элементов, образующих звезду, приводит к повышению плотности и уменьшению яркости свечения звезды.

Затем, когда в массе звезды накопится много калифорния, происходит ядерный взрыв — и калифорний, а также другие тяжелые элементы распадаются, образуя более легкие элементы.

Итак, можно считать, что по крайней мере один из трансурановых элементов образуется во Вселенной при процессах, происходящих в звездах. Ну, а если образуется калифорний, то должны быть и кюрий, и плутоний, которые возникают из калифорния при процессах радиоактивного распада.

Теперь второй вопрос:

могут ли в настоящее время образовываться в природе заурановые элементы?

После того как заурановые элементы были получены в лабораториях, поиски их на поверхности земли, в горных породах все же не прекратились. Поиски эти диктовались следующими соображениями. Во-первых, розыски можно было теперь производить не вслепую, так как свойства, например, нептуния, не говоря уже о плутонии, были изучены очень хорошо. А во-вторых, надо было узнать, не могут ли где-нибудь на Земле возникнуть такие условия, при которых из урана образовывался нептуний или плутоний?

Последнее предположение кажется абсурдным, а между тем оно-то и подтвердилось быстрее всего. Уже за несколько лет до открытия плутония стало известно, что некоторая часть атомов урана, вместо того чтобы подвергнуться обычному радиоактивному распаду (испускание альфа-, бета- или гамма-частиц), распадается в буквальном смысле этого слова на две части. При этом не только образуются ядра-осколки, но и испускаются нейтроны. Правда, на один такой распад приходится несколько миллионов распадов обычного типа.

Но тем не менее так бывает всегда. Итак, нейтроны, необходимые для превращения урана в нептуний, а затем в плутоний, берутся из… самого урана.

Кроме того, не исключена возможность, что космические лучи разрушают атомы некоторых элементов, причем опять-таки образуются свободные нейтроны.

Все эти соображения и послужили основой для поисков природного плутония в урановых рудах. Первые опыты дали отрицательный результат. И только после того, как для переработки были взяты килограммы и даже тонны урановой руды, получился вполне определенный ответ: да, плутоний в природном уране есть. Каково же количество того плутония, который содержится в природном уране? Количеством-то назвать его трудно. Отношение веса плутония к весу урановой руды составляет 10–14. Достаточно сказать, что отношение числа учеников в каком-нибудь классе к числу людей на земном шаре имеет порядок 10–8 — в миллион раз больший, чем соотношение плутония и урана в урановой руде.

В 1952 году урановая смоляная руда из Бельгийского Конго была подвергнута исследованию на содержание в ней нептуния. Потребовались такие же кропотливые исследования, как и в предыдущем случае, и нептуний был, разумеется, найден. «Разумеется» потому, что промежуточным звеном при образовании плутония из урана является нептуний. Нептуния оказалось в уране даже несколько больше, чем плутония: одна часть на две тысячи миллиардов частей урана.

Конечно, нептуний и плутоний содержатся в урановых рудах в таких количествах, что не приходится говорить всерьез об их выделении. Очень возможно, что другие заурановые элементы тоже присутствуют в исчезающе малых количествах в горных породах. Так, например, есть предположение, что кюрий-247 благодаря своему сравнительно большому периоду полураспада — приблизительно сто миллионов лет — может еще существовать в ничтожных количествах на Земле. При этом он, весьма вероятно, находится вместе с редкоземельными элементами-лантаноидами, так как свойства актиноидов, к которым принадлежит кюрий, весьма походят на редкоземельные элементы. Правда, уже подсчитано, что коль скоро кюрий сопутствует редкоземельным элементам, то один атом его может приходиться не меньше чем на 1015 атомов лантаноидов.

Разумеется, и плутоний и нептуний содержатся в урановых рудах в таких количествах, что не приходится говорить о возможности добывать эти элементы, так сказать, из природных залежей, но факт остается фактом: заурановые элементы существуют в природе.

 

Есть ли предел числу элементов

Этот раздел я собирался начать совсем по-другому. Более того, я уже написал его. Но 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 приглашен на обсуждение новой научно-фантастической повести, написанной одним из наших писателей Обсуждение состоялось в районной детской библиотеке, где собралось много ребят.

Повесть была как повесть. Был профессор (с бородкой), который говорил: «Ну, батенька». Был молодой ученый, 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 Леня, довольно развязный всезнайка, который вопреки желаниям родителей увязался за профессором и его учениками в геологическую экспедицию.

Автор провел экспедицию через лесной пожар, основательно выкупал в холодном болоте, столкнул с неведомым ящером и, наконец, более или менее благополучно привел героев к загадочному озеру в каких-то горах. Озеро было как озеро, только вместо воды оно было «до краев» заполнено неизвестным жидким металлом. И тут-то все началось.

Этот металл был раз в двадцать тяжелее ртути (т. е. 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 он был идеальным проводником.

Мальчик Леня, вздумавший искупаться в чудном озере, схватил тяжелую болезнь, чем еще раз доказал читателю, как плохо не слушаться старших.

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 выдумку. Потребовали объяснить подробнее и сказать точно, сколько еще элементов может быль 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 плутонии имеет Период полураспада порядка нескольких десятков миллионов лет, то для 102-го элемента эта величина равна нескольким секундам.

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 относительно самопроизвольного деления очень велик. Так, для тория он равен 1021 лет (для сравнения: наша планета существует приблизительно 5·109 лет). Период вольного полураспада относительно самопроизвольного деления заурановых элементов значительно меньше. Для фермия эта величина составляет всего 12 часов. Расчеты показывают, однако, что еще для нескольких элементов после элемента 102 период полураспада относительно самопроизвольного деления будет меньше обычного периода полураспада. Поэтому возможность получения элементов 103, 104 и, возможно, 105 — дело вполне реальное.

Возможно ли будет получить элементы с более высокими порядковыми номерами, покажет ближайшее будущее.

Однако неправильно будет сделать вывод, что работа над получением новых, искусственных, элементов близится к концу.

Нет, эта работа только начинается. Почему?

Прежде чем ответить, необходимо задать один вопрос: как построены атомы всех элементов Периодической системы Д. И. Менделеева?

«Смешной вопрос, — скажут многие из читателей. — Каждый знает, что все атомы построены из положительно заряженного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и из вращающихся вокруг ядра отрицательных электронов».

Разумеется, это так. Нο разве эта комбинация является исчерпывающей? Представим себе такой атом, в ядре которого положительно заряженные протоны заменены на отрицательные антипротоны, а электроны — на положительные частицы с равной массой. Такие частицы, кстати, тоже известны. Перед нами атом антиэлемента. Какими свойствами будет обладать такой элемент? Кто возьмется это предсказать?! А ведь теоретически создать такой элемент вполне возможно.

А что будет, если в «обычных» элементах один или несколько электронов заменить на отрицательно заряженные частицы, более тяжелые, чем электрон? Такие частицы тоже известны. А какими свойствами будет обладать элемент, в ядре которого часть протонов заменена на другие положительно заряженные частицы?

Как видим, здесь одних вопросов с полстраницы. И все это вопросы не досужие. За последние годы они стали предметом теоретических и даже экспериментальных исследований. Однако сделано пока слишком мало.

Итак, наука, которую мы с достаточным на то основанием назвали алхимией XX века, только начинает свое славное существование. А тем из молодых, кто захочет стать алхимиком (без кавычек!), можно гарантировать работу, полную увлекательных и волнующих поисков, какой является любое истинно научное исследование.