Глава IV. О Наполеоне Бонапарте, растворимости и многом другом. «Свет невидимого»

Известия с острова Святой Елены доходили скупо. Цензура свирепо вычеркивала из газет любое упоминание о низложенном императоре. И все же вся Франция и весь мир знали, что происходит на острове, затерявшемся в южной части Атлантического океана.

Нет, не все обстояло идиллически в резиденции Наполеона! Бывший император вел размеренный образ жизни, принимал последовавших за ним в ссылку подчиненных, ежедневно выезжал на конные прогулки, устраивал приемы, диктовал письма и мемуары.

Но борьба императора с Англией не прекращалась. Правда, теперь ему противостояла не великая морская держава, а всего лишь худосочный гарнизон Джемстоуна, добрая половина офицеров которого, кстати, относилась к Наполеону с нескрываемой почтительностью. А переговоры Наполеон должен был вести не с правительством Георга III, не с хитрым и велеречивым Питом Младшим, не с изворотливым Персевалем, а всего-навсего с губернатором острова — тупым и ограниченным служакой Гудсоном Лоу.

Наполеон презирал губернатора. Он отказывался принимать его в своей резиденции, а на неискренние приглашения отобедать разражался солдатской бранью такого свойства, что маршал Бертран и генерал Монтолон поспешно уводили своих жен.

Гудсон Лоу смертельно ненавидел своего пленника, ненавидел и… боялся. Он боялся этого человека, которого, по крайней мере внешне, не сломили ни потеря престола, ни позорное пленение. Он трусил перед всяким письмом, которое шло с острова в Европу и из Европы на остров: поди узнай, в каком из писем содержатся зашифрованные планы побега, а в каком — насмешки над его, Гудсона Лоу, персоной. В каждом приходившем к острову корабле ему чудился флот повстанцев, приплывший сюда, чтобы освободить императора.

А кроме того, бог мой, сколько еще ему, Гудсону Лоу, сидеть на этом острове?! И ведь никаких надежд, что можно будет скоро вернуться в Европу. Наполеону идет всего 52-й год. И здоровье его, закаленное в многочисленных кампаниях, не позволяет губернатору надеяться на скорый отъезд в Англию.

Но вот в конце 1820 года император занемог. Он прекратил прогулки. Доктор Антомарки, полуграмотный знахарь, специально присланный из Франции для наблюдения за здоровьем Наполеона, озабоченно ходит по комнатам императорской резиденции и невнятно шепчет латинские слова, не забывая поглядывать, какое впечатление это производит на окружающих.

К весне диагноз как будто бы прояснился: рак. Эта болезнь считалась в семье Наполеона наследственной. От нее в сравнительно молодом возрасте умер отец императора Карло Бонапарте. Диагноз не сочли нужным скрыть от больного, и тот, сильно страдая от болей, все же находил силы подшучивать над своей болезнью. Но как ни был озабочен мосье Антомарки, как ни крепился больной, роковой исход был близок: в начале мая 1821 года император скончался.

Спустя несколько недель губернатор Святой Елены отбыл в Европу, где его ждали почести, награды и новое назначение. На том же корабле следовал мосье Антомарки, который, запершись в каюте, уже не бормотал заумную латынь, а отчетливо, хотя и гнусаво, пел скабрезные провансальские песни…

Следствие по делу о смерти Наполеона Бонапарта, родившегося 15 августа 1769 года на острове Корсика и скончавшегося 5 мая 1821 года на острове Святой Елены, началось в английском городе Глазго спустя 140 лет после кончины императора.

Впрочем, английское правительство ничего не знало о начавшемся расследовании. Оставались в неведении и судебные органы: прокурор не возбуждал подобного дела и ни в один из полицейских участков не поступали просьбы наследников о выяснении обстоятельств смерти человека по имени Наполеон Бонапарт.

Могли подозревать кое-что лишь хранители музейных коллекций. Именно они получили в последнее время письма, текст которых весьма озадачивал: «Не может ли глубокоуважаемый мистер имя рек подарить авторам письма несколько волосков императора Наполеона Бонапарте, если, разумеется, таковые хранятся в собраниях, опекаемых почтенным адресатом? Искренне Ваши X. Смит и С. Форшуфвуд, врачи факультетской клиники Глазго».

Но мало ли что могут коллекционировать любители?

Между тем Смит и Форшуфвуд занялись поисками волос Наполеона всерьез. После того, как из всех музеев были получены отказы, иногда пространные, иногда сухие, иногда иронические, иногда безразличные, но неизменно вежливые, коллеги решили обратиться к верному средству — газетным объявлениям. Чего только нельзя получить через газетные объявления! И спустя несколько дней воодушевленные коллеги держали в руках редкую реликвию: несколько отлично сохранившихся волосков, срезанных с головы императора через два-три часа после его кончины. Это было именно то, что нужно.

У Смита и Форшуфвуда имелись все основания заниматься поисками волос Наполеона. Они недавно закончили исследование, результаты которого показали: мышьяк, попавший в организм человека, накапливается в волосах. Вот почему было решено использовать это обстоятельство для выяснения причин смерти Наполеона.

Ведь версия о раке желудка давно внушала недоверие. Не говоря о том, что рак — болезнь не наследственная, клиническая картина, описанная приближенными из свиты Наполеона, говорила скорее не о раке, а о самом обычном и даже не очень искусно обставленном отравлении. Недаром в завещании, продиктованном за неделю до смерти, Наполеон писал: «Я умираю не своей смертью. Меня убила английская олигархия и ее наемный убийца». Раньше эти слова толковали в образном их смысле. А что, если император говорил прямо, без обиняков?

В прошлом веке было уже известно достаточное количество всевозможных ядов, но самым верным и самым испытанным оставался древнейший из них: мышьяк. Да и некоторые подробности, приводимые в мемуарах, заставляли предполагать, что здесь дело не обошлось без мышьяка. Вот почему надлежало определить, содержится ли в волосах Наполеона мышьяк.

Волосы были переданы специально приехавшему в Англию для исследований по делу Наполеона шведскому физику А. Вассену. А спустя несколько дней в урановый реактор английского атомного исследовательского центра в Харуэлле был помещен алюминиевый цилиндр, в котором находились драгоценные волоски. Прошло еще три дня — и подтвердились худшие предположения.

Да, император, несомненно, был отравлен. Содержание мышьяка в волосах Наполеона в 13 раз (в тринадцать!) превышало норму. Похоже, что к пище английского пленника примешивали дозы яда, способные отправить на тот свет не одного здоровяка гренадера.

Оставалось, правда, неясным, отравили ли императора сразу, доброй порцией яда, или давали мышьяк малыми порциями на протяжении длительного времени. Неясно-то неясно, но ведь и свидетелей по этому делу не допросишь… Свидетели и впрямь помочь не могли, но оказалось, что и более чем столетие спустя можно отыскать улики.

Через пару дней после того как в газетах появились первые публикации об исследованиях в Харуэлле, в Глазго первым утренним поездом приехал, нет, примчался пожилой почтенный господин, отрекомендовавшийся отставным полковником Мэдсоном. Полковник сообщил, что в его семье, переходя от поколения к поколению, хранится как реликвия связка волос Наполеона, остриженных с головы низложенного императора незадолго до его кончины. Ради истины он готов пожертвовать реликвией и надеется, что наследники его поймут.

Впрочем, от полковника Мэдсона большого самопожертвования не потребовалось, реликвия осталась почти невредимой — Вассен взял всего несколько волосков, что оказалось с лихвой достаточно для совершенно четких заключений.

Волоски были разрезаны на участки, каждый из которых соответствовал двум неделям жизни их обладателя. Отрезки были помещены в ядерный реактор, и последующее исследование показало, что на протяжении по меньшей мере последнего года жизни бывший император регулярно получал добрые дозы мышьяка. Яд, постепенно накапливаясь в организме, привел к роковому исходу.

Кто же убил Наполеона? Кому это было необходимо? Многим, слишком многим! Но ведь свидетелей по этому делу уже не допросишь. А то, что очень весел был губернатор Гудсон Лоу, возвращаясь в Англию, и что уж слишком громко распевал песни в своей каюте Антомарки, этого к делу не подошьешь. Мало ли чему могли радоваться эти господа. Хорошей погоде? Отличному обеду? Выигрышу в баккара? Или…

Чем меньше изучаемый объект, тем более изощренным и сложным должен быть прибор, предназначенный для его изучения. Это утверждение, смахивающее на своеобразный естественно-научный закон (но тем не менее никак не претендующее на столь высокий ранг), может быть подтверждено многими примерами.

Биолог, которого вы попросите продемонстрировать одноклеточный организм, подвинет к вам обычный школьный микроскоп, размером чуть больше портативного радиоприемника и весом несколько килограммов. Микроскоп, позволяющий рассматривать внутриклеточную структуру, куда более внушительное устройство — со множеством объективов, с лампами и лампочками, проводами и проводочками, полками и полочками. Для изучения же вирусов применяется электронный микроскоп — сооружение, занимающее отдельную немалую комнату и работа на котором сложностью своей внушает смешанное чувство уважения и робости.

А что говорить об исследованиях вещества в физических или химических лабораториях! Здесь наш закон оправдывается на каждом шагу.

Чтобы взвесить грамм вещества, вполне достаточно обычных весов, например аптечных (таких, какие держит в правой руке богиня правосудия Фемида; прибор, как понимаете, несложный).

Определить точный вес крупинки в несколько тысячных долей грамма — задача посложнее. Для этого необходимы аналитические весы. Такие весы — сложное сооружение, состоящее из нескольких сот деталей и покрытое стеклянным колпаком (чтобы, упаси боже, не попала пыль).

Но весы, позволяющие взвешивать с точностью до одной миллионной доли грамма, размерами походят на магазинный холодильник. Работа с ними требует таких предосторожностей, что одно перечисление их занимает три страницы убористого текста.

А как обстоит дело с определением еще меньших количеств веществ? Ну, скажем, 10-7-10-10 долей грамма. Для этого служит прибор, называемый масс-спектрографом. Впрочем, просто прибором его назвать неудобно. Это громадная установка, которая, даже не работая, внушает благоговейное почтение. Но когда она работает, тогда…

Тогда у масс-спектрографа хлопочут двое, а то и трое операторов. Они прислуживают ему с беззаветной преданностью и самопожертвованием. У них бездна различных обязанностей. Они должны накормить масс-спектрограф электроэнергией, напоить его жидким азотом, одеть в глубокий вакуум. Но они не ропщут на своего «повелителя». Они благодарны ему за каждое верное показание. Ох, как благодарны! Это я знаю точно: сам работал на масс-спектрографе и скажу, что эти дни отнюдь не самые радостные в моей жизни.

Итак, можно считать, что закон, сформулированный в начале этого раздела, бесспорно соблюдается.

А сейчас познакомимся с прибором, позволяющим наблюдать за отдельными атомами, то есть за совершенно ничтожным количеством вещества — примерно в 10-21 грамма. Очевидно, что более мелких объектов (для химика, во всяком случае) быть уже не может.

Запаянная с обоих концов стеклянная трубочка, именно трубочка, а не трубка. Внутри трубочки тоненькая, с волос, проволочка. Впаянные в трубку электроды. Все вместе это называется счетчиком радиоактивного излучения Гейгера — Мюллера и является блестящим опровержением столь поспешно сформулированного мною закона.

Именно этот счетчик позволяет регистрировать радиоактивный распад одного отдельного (одного!) атома. Достигается это за счет остроумного приема.

Нитка, протянутая вдоль оси счетчика, присоединена к одному из электродов. Другой электрод ни к чему не присоединен. Упирается, так сказать, в пустоту. Впрочем, в «пустоту» — сказано не совсем верно. Потому что в счетчике отнюдь не пустота. Заполнен он каким-либо инертным газом, например аргоном, к которому примешано некоторое количество паров спирта или йода.

Чтобы счетчик мог действовать, к его электродам подводят высокое напряжение. Из рисунка видно, что размеры каждого из электродов сильно разнятся; один из них — довольно солидная по размерам металлическая пластинка, а другой — тонюсенькая ниточка. И в этом-то различии — вся изюминка счетчиков Гейгера. Потому что при включении счетчика создаются около электродов поля неоднородной напряженности.

Этот скучный термин станет абсолютно понятным, если вспомнить то, чему всех нас учили в школе на уроках физики. Вокруг любого заряженного предмета создается электрическое поле. И понятно, что напряженность электрического поля вокруг электрода-нити во много-много раз больше, чем вокруг электрода-пластинки. Запомним это.

Когда в счетчик попадает радиоактивный снаряд, вылетевший из распадающегося ядра (скажем, гамма-квант), то он, преодолев стеклянную ограду, попадает во внутреннее пространство счетчика. Здесь на своем пути частица обязательно повстречает молекулу газа и ионизирует ее, иными словами — разобьет на части: положительную и отрицательную.

Предположим, что электрод-нить заряжен положительно, электрод-пластинка — отрицательно. Тогда образовавшаяся пара ионов поведет себя по-разному: положительный ион будет притягиваться пластинкой, а отрицательный — нитью. Но напряженность поля у пластинки гораздо меньше, чем у нити. Поэтому положительный ион движется к пластинке с неторопливостью толстяка, только что прикончившего двойной обед. Зато отрицательный ион ринется к нити со скоростью курьерского поезда.

Сравнение это не очень точное. Потому что отрицательный ион несется к нити со скоростью, превышающей скорость поезда раз… в 50, не меньше.

Представьте себе поезд, мчащийся со скоростью не меньшей, чем километр в секунду, и сталкивающийся при этом с другим поездом. Говорите, полетят осколки? Так почему же по-иному должны вести себя молекулы?

Стремительно летящий к нити ион на своем пути сталкивается с молекулами газа и разбивает их, если не вдребезги, то по крайней мере на две части: положительную и отрицательную. При этом вновь образовавшийся положительный ион поплетется к пластинке, а отрицательный устремится за своим отрицательно заряженным коллегой.

Чем ближе к нити, тем выше скорость. Поэтому дружная пара отрицательных ионов с еще большей силой врезается в подвернувшиеся на пути молекулы газа. Образуется уже четыре иона. Через неуловимую долю секунды их уже будет восемь, потом шестнадцать, а затем количество ионов неумолимо нарастает, точно так же, как число зерен пшеницы в известной легенде о хитроумном изобретателе шахматной игры и жадном правителе.

Вот почему к нити подходит уже солидная компания отрицательных ионов — несколько миллионов, а то и больше. При столкновении отрицательных ионов с положительно заряженной нитью происходит разряд, и поскольку количество ионов, повторяю, весьма велико, то этот разряд может быть зафиксирован специальным и, кстати, не очень сложным устройством. Вот и все.

Как видим, счетчик Гейгера — Мюллера устроен просто, но очень хитро: один-единственный ион он превращает в несколько миллионов. И поэтому такой своеобразный микроскоп позволяет регистрировать распад одного отдельного атома.

Физика и химия не знают другого прибора, который был бы столь же простым и позволял в то же время определять такой ничтожный эффект, как распад отдельного атома.

Итак, с помощью радиоактивности можно определить то наименьшее количество вещества, меньше которого оно, собственно говоря, уже перестает быть веществом. Последняя фраза походит на каламбур. Но если вы расщепите атом, то это будет уже не тот элемент, который вас интересовал, а совсем другой. Поэтому химическим пределом вещества является именно атом. А что получается дальше — это уже забота физики.

Был бы атом элемента радиоактивен, а обнаружить его благодаря такому отличию несложно. Но вот ведь беда — далеко не все элементы радиоактивны, во всяком случае в такой степени, чтобы можно было достаточно быстро уловить акт распада атома элемента. Поэтому с помощью измерения радиоактивности можно определить ничтожные в весовом выражении количества лишь элементов с ярко выраженными радиоактивными свойствами — радия, полония, радона, тория, урана. Но ведь это лишь малая доля всех известных нам естественных химических элементов. Как же быть с остальными?

Если мы захотим обозреть средства, которыми пользовались ученые для расщепления атомных ядер на заре развития атомной физики, то можно будет только дивиться скудости и малоэффективности этого арсенала. Альфа-частица (ядро атома гелия) и протон (ядро атома водорода). Вот и все.

Быть может, в моих словах не содержится достаточной почтительности к испытанным и верным солдатам — ветеранам ядерной физики: альфа-частице и протону. Но полагаю, они меня извинят. Извинят, потому что сами признают свою малую эффективность для получения сколь-нибудь больших количеств искусственных элементов.

В самом деле, представим себе, как происходит обстрел атомных ядер этими снарядами. Вот летит нацеленная в ядро положительно заряженная альфа-частица. Первое препятствие на ее пути — электронная оболочка атома: каждый из вращающихся вокруг ядра электронов, притягиваясь (закон Кулона!) к ядерному снаряду — альфа-частице, — урывает свою долю ее энергии движения.

Прорвавшись через ограду, воздвигнутую электронами, альфа-частица продолжает путь к ядру уже значительно менее резво, чем прежде. Однако главные испытания альфа-частицы еще предстоят — ведь мишень, в которую она направлена, атомное ядро, заряжена так же, как и снаряд — положительно. И поэтому мишень всеми силами отталкивает летящий в нее снаряд. Отталкивание может быть настолько сильным, что снаряд подходит к цели, совсем потеряв скорость. Понятно, что ядерная реакция при этом произойти не может.

Но случается подчас и совсем неожиданное: подойдя к ядру, альфа-частица разворачивается и летит в обратном направлении (энергия отталкивания значительно превысила энергию, с которой альфа-частица подлетала к ядру). Не сомневаюсь, что такие снаряды смутили бы самого отважного из артиллеристов.

Однако физикам не приходится ни смущаться, ни унывать: они сконструировали ускорители, в которых ядерные снаряды разгонялись до таких скоростей, что без труда преодолевали все кулоновские преграды — и электроны, и ядра.

В начале 30-х годов был открыт превосходный снаряд для целей ядерной бомбардировки — нейтрон. Не обладая никаким зарядом, он с полным равнодушием проходит через рой суетящихся вокруг ядра электронов, невозмутимо приближается к ядру и так же спокойно внедряется в него, увеличивая его атомную массу на единицу. При этом энергия ядра, естественно, увеличивается, и это становится причиной его последующей радиоактивности.

Радиоактивности — в этом все дело. Потому что при ядерных реакциях, в частности реакциях с участием нейтронов, образуются искусственные радиоактивные изотопы химических элементов.

Впрочем, сдается, я несколько идеализировал свойства нейтрона как ядерного снаряда. Чтобы осуществилась ядерная реакция, нейтрон все же должен двигаться с хорошей скоростью, иначе при столкновении с ядром он не внедрится в него, а отскочит, подобно теннисному мячику. Поэтому нередко нейтронам необходимо для целей ядерной бомбардировки сообщать энергию, и притом довольно значительную. Значит, и нейтроны следует разгонять в ускорит… Стоп, нейтроны ведь в ускорителях не разгонишь! Оно и понятно: нейтроны не заряжены и поэтому не реагируют на внешнее электрическое поле.

Вот почему физики должны были изыскивать какие-то способы ускорения нейтронов. Один из них был найден достаточно быстро. Я бы назвал этот способ биллиардным. Не претендую на то, чтобы это определение вошло в учебники, но суть дела оно все-таки передает.

Берут сплав какого-либо естественного радиоактивного элемента, испускающего альфа-частицы (например, радия или полония), с бериллием — элементом, ядра атомов которого богаты нейтронами. Альфа-частицы, ударяясь о ядра бериллия (а вылетают альфа-частицы из ядер атомов радия либо полония со скоростью около 15 тысяч километров в секунду — об этом уже упоминалось в одной из предыдущих глав), выбивают из них нейтроны, которые при этом также приобретают солидную скорость.

Но много нейтронов, или прибегая к терминологии физиков, солидный поток нейтронов таким способом не получить. Радий — один из редчайших элементов, полоний — и вовсе экзотика. Для лабораторных экспериментов подобные источники нейтронов еще годятся, но для промышленного получения искусственных радиоактивных изотопов конечно же нет.

Теперь понятно, почему химики сочли такими благодатными возможности, которые представили им ядерные реакторы. При делении урана в реакторах высвобождается громадное количество нейтронов. Даже в сравнительно небольших по размеру атомных реакторах через квадратный сантиметр его сечения проходят за секунду десятки, а то и сотни миллиардов нейтронов.

Достаточно поместить в реактор (либо в специальную камеру, куда отводятся нейтроны) какой-либо элемент, как в большинстве случаев, спустя определенное время, образуется искусственный радиоактивный изотоп этого элемента.

Достаточно одного примера. Металлургический завод. Идет плавка, и надо знать, когда ее завершать — в полной ли мере прошли все химические процессы, в результате которых образуется металл; все ли и в необходимом ли соотношении компоненты присутствуют в готовом металле и еще многое другое, о чем подробно повествуют специальные учебники и монографии.

Решающее слово о готовности металла на заводах вопреки распространенному в литературе и кинематографе средней руки штампу принадлежит не усатому сталевару, а молоденькой лаборантке из цеховой контрольно-аналитической лаборатории. Именно она, отобрав пробу металла, относит ее в лабораторию, откуда через … минут поступает решение: металл готов, необходимо добавить молибден и т. п.

Точки перед словом «минуты» в предыдущем абзаце поставлены намеренно. Потому что число перед этим словом кажется производственникам непомерно большим, а химикам — жалко мизерным.

Правы и те, и другие. Металлургам необходимо знать содержание в сплаве 8–10 элементов, а нередко — и больше. Химики же должны провести анализ сплава, причем по каждому из компонентов; причем с должной точностью; причем как можно быстрее. Последнее требование особенно драматично. Пока не выдан анализ, металлурги не могут выпускать жидкий сплав. А ведь за это время можно было бы начать новую плавку.

— И вообще химическая лаборатория держит меня за горло! — с трагедийными интонациями любит говаривать на производственных совещаниях начальник цеха. При этих словах все присутствующие неизменно оборачиваются и осуждающе сурово смотрят на заведующую химлабораторией, худенькую девчушку, закончившую университет в прошлом году и умудрившуюся воздействовать на самого начальника цеха.

Завершает свою обличительную речь начальник цеха, как правило, требованием, чтобы химики, наконец, взяли обязательства проводить свои анализы быстрее.

Выступление заведующей лабораторией воспринимается как неприкрытое намерение безответственно оправдаться.

— Химический анализ основан на реакциях, скорость которых зависит от природы участвующих в них веществ, — начинает свою речь заведующая лабораторией, пытаясь этой непреложной истиной воздействовать на разгневанных металлургов. Но потом не выдерживает и срывается: — Что я могу сделать, если реакции не хотят идти быстрее?

Над этим риторическим вопросом задумывалась не только героиня нашего маленького рассказа, но и размышлял каждый из химиков, имевших отношение к химическому анализу. И именно поэтому известия о том, что облучение нейтронами приводит к образованию искусственных радиоактивных изотопов, вызвали у них повышенный интерес.

Идея метода анализа, основанного на образовании радиоизотопов при облучении нейтронами — радиоактивационного, или просто активационного анализа, — достаточно проста. Пусть в исследуемом веществе имеется в качестве составной части или примеси какой-либо элемент, содержание которого требуется узнать. Образец подвергается облучению нейтронами, активации, определяемый элемент превращается в соответствующий радиоактивный изотоп, причем уровень наведенной радиоактивности будет тем выше, чем больше этого элемента в исследуемом образце. И поэтому сложные химические манипуляции: растворение, взвешивание, фильтрование, упаривание и т. п. — можно заменить всего одной операцией — измерением радиоактивности. А это свойство, как мы помним, определяется быстро и, главное, точно.

В последних фразах выражена «соль» активационного анализа, которая, однако, далеко не исчерпывает всех его возможностей и преимуществ.

Доведенная едва ли не до пределов возможного чувствительность приборов по измерению радиоактивности дает химикам возможность обнаруживать в анализируемых образцах настолько малые примеси посторонних элементов, что и эпитет к слову «примесь» подобрать, честно говоря, трудно.

В таблице, где приводятся данные по минимальным количествам различных элементов, которые могут быть обнаружены с помощью активационного анализа, против мышьяка значится 5·10-11 г. на грамм исследуемого образца. Пять стомиллиардных грамма на грамм образца! Поверьте, что восклицательный знак в последней фразе я поставил не зря. Ни один иной метод анализа, а современная аналитическая химия насчитывает их не один десяток, не может не только сравниться по чувствительности с радиоактивационным анализом, но даже и стать рядом с ним. Ведь если предположить, что химик решится проанализировать вещество с таким содержанием мышьяка обычным, традиционным способом и сможет полностью выделить мышьяк из анализируемого образца, то для того, чтобы ничтожно слабо качнулись стрелки аналитических весов, на чашу которых он положит выделенный мышьяк, ему надо будет взять для переработки и выделения мышьяка… 10 (десять!) тонн (тонн!) исследуемого образца.

Понятно теперь, почему вспоминался атомный реактор в истории с раскрытием обстоятельств смерти Наполеона?

В волосах давно скончавшегося императора следовало отыскать мышьяк, накапливающийся там при поступлении этого яда в организм человека. Но это только так говорится — «накапливающийся». О «накоплении» здесь можно вести речь лишь в том смысле, что в волосах человека, отравленного мышьяком, этого элемента больше, чем в волосах человека, не вкусившего этого сомнительного продукта. А слово «больше» означает в данном случае одну миллионную долю процента, а скорее всего, и того меньше. Но такое малое содержание этого элемента в исследуемом образце, как мы видели, для радиоактивационного анализа не помеха.

Помещая волосы из негустой шевелюры Наполеона в ядерный реактор и облучая их там нейтронами, исследователи превратили обычный мышьяк в его радиоактивный изотоп и по интенсивности излучения определили содержание искомого элемента, а определив, пришли к выводу об обстоятельствах смерти человека, который сумел покорить почти всю Европу, но кончил плохо — задолго до того, как его решили отправить на тот свет с помощью опробованного веками средства…

Эта с детективным привкусом история о Наполеоне понадобилась мне для «затравки» разговора о радиоактивационном анализе. В подавляющем же большинстве случаев этот метод анализа находит гораздо более прозаическое, но зато и более полезное применение.

Сегодня чистые и сверхчистые вещества применяются во многих областях науки и техники. Достаточно назвать лишь одну область их применения — полупроводники, чтобы важность проблемы сверхчистых веществ стала очевидной.

Но далеко не все знают, чего стоит химикам получить материалы, которые могут быть использованы для полупроводников. Вот хотя бы такой распространенный полупроводниковый материал, как германий. Отличный полупроводник, но прибавьте к нему ничтожную примесь некоторых элементов — и его полупроводниковые свойства станут значительно хуже, а то и вовсе исчезнут. Эти примеси «убивают» полупроводник, как убивает человека цианистый калий. Пример этот тем более уместен, что и в том, и в другом случае для рокового исхода необходимо очень малое количество яда.

Впрочем, для германия «яда» нужно гораздо меньше. Человек погибает от доз цианистого калия весом приблизительно в одну десятую долю грамма. Полупроводниковые свойства германия «убивает» примесь сурьмы в два атома на… тысячу миллиардов атомов германия.

Для того чтобы обезвредить врага, надо его выследить. Попробуйте отыскать злоумышленника, если он затерялся среди миллиардов людей, живущих на Земле. И может с равным успехом находиться на Аляске или в Сингапуре, в Лхасе и в Сиднее. Полагаю, что от подобных заведомо безуспешных поисков отказался бы и знаменитый Шерлок Холмс, даже если бы его помощником был не простодушный Ватсон, а видящий на две сажени в глубь человеческой психики Мегрэ.

Но радиоактивный анализ позволяет любому химику стать куда более проницательным, чем прославленному английскому детективу.

Химик при этом использует различное отношение германия и сурьмы к нейтронам. В то время как германий пропускает мимо себя нейтроны, испытывая к ним глубокое равнодушие, сурьма жадно захватывает каждый нейтрон, попавший в ее владения. Вот почему при облучении потоком нейтронов образца германия, содержащего примесь сурьмы, преимущественно радиоактивными становятся атомы именно примеси.

Если же некоторая часть германия тоже станет радиоактивной — не беда! Период полураспада образующегося при этом искусственного радиоактивного изотопа германия немногим больше суток. Искусственный же радиоактивный изотоп сурьмы распадается наполовину почти за 100 дней. Можно поэтому выждать немного, пока распадется весь радиоактивный германий, и ничто уже не помешает измерить радиоактивность сурьмы.

Таким образом, при облучении нейтронами ничтожнейшая примесь сурьмы к германию выдаст себя с неизбежностью. Ну, а если враг обнаружен, половина дела сделана.

О радиоактивационном анализе можно рассказывать много, и такой разговор будет неизменно поучительным, потому что приложения этого метода анализа, основанного на наведенной радиоактивности, многообразны и разносторонни. Поэтому, вспомнив, что мы покинули начальника цеха на металлургическом комбинате и заведующую цеховой лабораторией в разгар конфликта между ними, попробуем наладить психологический климат в этом коллективе.

При облучении вещества нейтронами активируется, конечно, не один определенный элемент, а большинство элементов, составляющих массу исследуемого образца. Как ни странно, это обстоятельство играет на руку методу активационного анализа. Дело в том, что каждый радиоактивный элемент испускает лучи строго определенной энергии. Энергия, которую несут на себе кванты гамма-лучей радиоактивного кобальта, отличается от энергии лучей радиоактивного цезия.

Физики разработали устройства, которые называются многоканальными анализаторами. Канал — это счетчик радиоактивного излучения, регистрирующий кванты строго определенной энергии, иными словами, каждый канал регистрирует излучение только одного радиоактивного элемента. И если вам предстоит проанализировать металлический сплав, состоящий даже из 15 компонентов, — не беда. Нейтроны активируют все 15 металлов, а затем многоканальный анализатор разложит «по полочкам» излучение от каждого из элементов и сообщит вам результаты анализа, напечатанные красивым шрифтом на перфорационной ленте. И все это за несколько минут.

Для того, чтобы осуществить активационный анализ, нет нужды прибегать к ядерному реактору, что очень важно — ведь не будешь строить это громоздкое и дорогое устройство в каждом цехе. Давно придуман еще один, так сказать, нерадиоактивный, метод добычи нейтронов. Это особые лампы, заполненные тритием — сверхтяжелым изотопом водорода с массовым числом 3. Понятно, что в ядрах трития имеется явный избыток нейтронов (ядро атома водорода состоит из одного протона; в тяжелом водороде — дейтерии — на каждый протон приходится по одному нейтрону, а в тритии на один протон — по два нейтрона). Вот почему если разогнать ион трития в магнитном поле, а затем направить его на какую-нибудь преграду, то при последующем соударении из трития, как семечки из спелого арбуза, брызнут нейтроны.

Тритиевые лампы невелики, недороги и просты в обращении, а для широкого распространения их в промышленности — это обстоятельство немаловажное.

От выявления причин смерти Наполеона до анализа полупроводников и металлических сплавов — таков диапазон применения радиоактивационного анализа. Удивительно? После всего рассказанного — вряд ли. А может быть, все же удивительно?

Пожилые профессора, поднаторевшие во всякого рода заседаниях и дискуссиях, знали: если начинается спор о реакции этерификации, можно уходить. Вот почему, когда после очередного научного доклада кто-нибудь из сотрудников произносил сакраментальное выражение «механизм реакции этерификации», добрая половина аудитории покидала свои места и направлялась к выходу. При этом на лицах выходящих было написано: «И охота же людям терять время попусту!»

Да, пожилые профессора были умудрены жизненным опытом. Они знали, что вот эти самые молодые люди, которые спорят сейчас у доски, невежливо выхватывая друг у друга мел, разойдутся нескоро. А решение вопроса так и останется за семью замками. Добро бы еще за семью! С семью замками справиться можно: к иным подобрать ключ, к другим — отмычки, третьи и вовсе сломать. А здесь этих замков — не сосчитать. Нет, уж лучше держаться подальше от реакции этерификации.

Самым обидным было, что скептики оказывались неизменно правыми.

Спустя часа три участники очередной дискуссии расходились охрипшие и злые. Злые друг на друга, на самих себя, на природу, которая не оставила даже узенькой лазейки, чтобы помочь разобраться в том, как все же протекает эта реакция этерификации.

И была бы тайна как тайна! Скажем, как Тунгусский метеорит или чудище из шотландского озера Лох-Несс. Так нет же, реакция, подобная тысяче других. И все же загадочная.

Тут придется от лирических восклицаний перейти к существу дела. Придется написать уравнение химической реакции. И даже не одно. Допускаю, что химические уравнения не повышают интереса к книге. Но ведь это все же научно (научно!) — художественная книга, а не «Похождения Нила Кручинина». Поэтому уравнения я приведу — и для того, чтобы было ясно, о чем, собственно, идет речь, и для того, чтобы было над чем поразмыслить.

Вот она, эта реакция этерификации. Собственно, реакций этерификации может быть великое множество. Взаимодействие любого спирта с любой кислотой — реакция этерификации. Хотя бы метилового спирта с уксусной кислотой:

Вот и вся реакция. Взаимодействует спирт с кислотой, образуется эфир и вода. Просто? Как смотреть. Внешне оно как будто бы и просто. А если посмотреть поглубже, то…

Если посмотреть поглубже, то оказывается, что реакция этерификации может идти двумя путями:

Первый:

Второй:

Кто говорит, что различия нет? Есть, и большое. Если этерификация идет первым путем, кислород в образующейся в результате реакции воде произошел из спирта. Если же реакция идет по второй схеме, кислород, который сейчас находится в воде, раньше был не в спирте, а в кислоте.

Прошу поверить мне на слово, что для химиков это различие было преисполнено глубокого смысла. Потому что многие важные, очень важные проблемы теоретической химии решались совершенно по-разному в зависимости от того, какая из этих двух схем верна.

Но вот какая именно справедлива — этого никто не мог сказать.

В самом деле, как определить, где находился прежде кислород воды — в спирте или в кислоте. Ведь кислород что в спирте, что в кислоте — одинаков. Один и тот же порядковый номер, одно и то же число абсолютно одинаковых электронов на абсолютно тождественных орбитах.

Теперь понятно, почему хрипли в безнадежных спорах химики, тратя попусту мел и время? Теперь понятно, почему сокрушенно машут рукой пожилые профессора, пробираясь к выходу? Пойдем за ними и мы.

Впрочем, задержимся еще на несколько минут. Может быть, что-нибудь придумаем?

Вспомнилось мне одно незначительное событие, о котором все-таки уместно здесь рассказать.

Я разыскивал приятеля, который стал новоселом одного из строящихся районов Москвы. Дом найти оказалось делом нетрудным. Да и чего там трудного: микрорайон такой-то, квартал такой-то, улица такая-то, дом 28-а, корпус Б, секция 4, квартира 18. Коротко и ясно. Нашел я микрорайон, квартал, улицу, дом и увидел весьма загадочную картинку. Собственно, это была не картинка, а очень много картинок. И были на них изображены не загадочные, а вполне конкретные вещи. Висели эти картинки над каждым из 24 подъездов этого дома и изображали животных (слона, жирафа, гуся и муху), растения (подсолнух, василек и еще что-то), графин с рюмками, глобус. Над последним, 24-м подъездом висел вырванный из атласа доисторических животных саблезубый тигр.

— Что это у вас за художественный салон? — поинтересовался я у старушки, сидевшей у одного из подъездов и пристально следившей за внуком, который неподалеку из остатков строительного мусора возводил какое-то сложное строение.

— Какой такой салон? — охотно откликнулась бабка. — Вот этот, что ли? Так это, милый, для детей понавесили. Для них. Посуди: выйдет дитё на двор погулять, а куда обратно ему идти — не ведает. Все подъезды, как маковые росинки, на одно лицо. В цифрах же, где какая квартира, дитё разбираться не обучен. Вот родители и понавесили. Теперь каждый малолеток знает — кому груша, кому сирень, а кому-то страшилище страхолюдное.

История достаточно поучительная. Если квартиросъемщики сумели пометить совершенно одинаковые подъезды, неужели химики уступят им в смекалке?!

Конечно, химики придумали, как пометить совершенно одинаковые атомы. И сделали это, кстати, с неменьшим успехом, чем смекалистые жильцы дома 28-а.

Вот два изотопа одного и того же элемента. Раз один и тот же элемент, значит, один и тот же заряд ядра атома, следовательно, одинаковое количество протонов (различно у них количество нейтронов — вот почему изотопы имеют разную атомную массу). Одинаково количество протонов — одинаково и количество вращающихся вокруг ядра электронов. Но именно электроны определяют химические свойства элемента. Поэтому изотопы одного и того же элемента, различаясь по физическим свойствам, неразличимы в химическом отношении. Это решает все.

Решило это все и в нашем примере. Поступили очень просто. Для реакции этерификации взяли спирт, в состав которого входил не обычный кислород с атомной массой 16, а тяжелый изотоп кислорода, имеющий атомную массу 18. Изотоп этот является природным, но содержится он в качестве примеси к кислороду воздуха или воды в ничтожнейших количествах. Вот почему, до того как ввести кислород «в игру», необходимо было его прежде сконцентрировать. Как это делали, разговор особый и в данном случае для нас второстепенный.

Была проведена реакция. Затем разделили образовавшиеся в результате реакции уксусно-метиловый эфир и воду и определили, в каком из этих соединений находится тяжелый кислород. Оказалось, что в эфире. Этого было достаточно. Даже более чем достаточно.

То, что не могло быть решено часами громких споров, то, чему не могли помочь многодневные размышления, размышления мучительные и безысходные, когда на душе горько от сознания, что дело не продвинулось ни на йоту, — решил изотоп кислорода.

Оказывается, реакция идет по второму из предположенных вариантов. В самом деле, только этот вариант приводит к появлению в эфире тяжелого кислорода, который прежде содержался в спирте.

В художественной литературе, театре, кинематографе существует мощный пласт произведений, в основе которых лежат недоразумения — чаще комические, но порой и трагические — связанные с близнецами. Пласт этот, работа над которым началась едва ли не в Древней Элладе, над которым трудился Шекспир, которому отдал дань Россини, разрабатывается и сегодня (быть может, не так успешно, как у названных великих предшественников).

Да, различить близнецов подчас бывает нелегко. Нередко с достаточной степенью уверенности это удается лишь матерям.

И все же наука утверждает, что не бывает двух близнецов, которые хоть чем-нибудь да не отличались бы друг от друга.

Но та же наука утверждает, что не бывает двух атомов одного и того же элемента, которые хоть чем-нибудь да отличались друг от друга.

Возьмем, к примеру, два вещества: сернистый цинк (сульфид цинка) ZnS и сернокислый цинк (сульфат цинка) ZnSO4. Атом серы в одном веществе, атом серы — в другом. Два атома серы, похожих, как близ… Да нет же, два атома серы, похожих друг на друга, как два атома серы (за исключением, разумеется, валентности).

А теперь поставлю вопрос: если смешать эти два вещества, то может случиться такое, что атом серы из одного соединения переходил в другое, а на его место приходил атом серы из другого соединения? Иными словами, будет ли происходить обмен атомами серы между этими двумя соединениями?

— Схоластика, типичная химическая схоластика! — сердито сказал бы, услышав такую постановку вопроса, химик первых трех десятилетий нашего века. И был бы совершенно прав в гневе своем. Потому что подобный обмен («так на так») не привел бы ни к малейшему изменению свойств смеси этих двух веществ.

Да, разумеется, ни один из изощреннейших методов физического или химического эксперимента здесь не поможет. Не поможет, если только атомы серы в одном из этих соединений, скажем в ZnS, не пометить изотопной меткой, не сделать этот атом серы радиоактивным.

Теперь ответ на вопрос, сама постановка которого несколько десятилетий назад казалась крамольной (чтобы не сказать — бессмысленной), может быть получен за полчаса не очень напряженной работы. Всего только и надо, что смешать сульфид цинка с радиоактивной серой и сульфат цинка с обычной (нерадиоактивной) серой. А потом разделить эту смесь (например, растворив в воде сернокислую соль). Если радиоактивность перейдет в сульфат цинка, обмен атомами серы между этими соединениями идет, если же вся радиоактивность, как была, так и осталась в сульфиде, — обмена нет.

Опыты, подобные описанному, открыли перед химиками картину, о существовании которой они могли разве только догадываться. Оказывается, в молекулах даже не реагирующих друг с другом соединений атомы не закреплены «намертво», а могут сновать между этими соединениями, перемещаться от одного соединения к другому. А ведь такое перемещение — не что иное, как химическая реакция. Удивительная реакция — без изменения состава реагирующих веществ, без изменения свойств. Подобные реакции обмена — еще одна и, надо сказать, очень выразительная иллюстрация краеугольного положения материалистического естествознания о непрерывных изменениях и превращениях в окружающем нас мире.

Изотопы — меченые атомы — открыли для химиков новый обширный мир обменных реакций. О существовании этого мира химики раньше могли лишь догадываться. Но пути в него не было и быть, как теперь понятно, не могло. Зато разработка методов получения искусственных радиоактивных изотопов стала отлично вымощенной дорогой в мир обменных реакций — дорогой, на которой путника ожидают комфорт и радушие, а главное, неожиданные и всегда важные открытия.

Меченые атомы позволили по-новому взглянуть не только на химические, но и на ряд физических процессов. Как, к примеру, это произошло с явлением диффузии.

Слово «диффузия» звучит достаточно академично. Но явление это в практике, в быту встречается на каждом шагу. Открыли в одном углу комнаты флакон духов, а через несколько секунд их запах ощущается в противоположном углу — это диффузия: молекулы душистого вещества сами собой просочились через молекулы воздуха и достигли вашего носа.

Пустите в воду каплю чернил. Спустя некоторое время даже без перемешивания вода станет одинаково синей. Вследствие диффузии молекулы красителя равномерно распределились по всему объему воды.

Плотно прижмите друг к другу два металлических слитка — скажем, из золота и серебра. Если полгода спустя исследовать поверхности, которыми эти слитки соприкасались, то окажется, что в серебро проникли атомы золота, а в слиток золота — атомы серебра. Это тоже диффузия.

Не будем сейчас говорить о том, легко или трудно изучать диффузию. Во всяком случае, современная аналитическая химия позволяет без труда установить, появилась ли в золоте примесь серебра, которой там прежде не было, и проникли ли в серебро частицы золота.

Но если поставить вопрос таким образом: происходит ли диффузия какого-либо вещества «в самого себя»? Не фокус обнаружить диффузию золота в серебро или серебра в золото. А вот если приставить друг к другу два золотых слитка, то будут ли атомы золота из слитка № 1 проникать в слиток № 2, а из слитка № 2 — в № 1?

Вопрос совсем не праздный. Существует ли явление самодиффузии? Ответ на этот вопрос интересовал многих физиков и химиков. Но так же, как и в случае обменных реакций, прежде не существовало никаких, абсолютно никаких методов, с помощью которых можно было доказать или опровергнуть существование самодиффузии.

Не буду рассказывать о спорах вокруг этой проблемы. Читатель уже привык к тому, что ни один ответ на научный вопрос не рождается легко. Были споры и здесь. И очень ожесточенные. Одна сторона утверждала, что самодиффузия должна происходить, потому что, дескать, какая разница: сращиваем мы поверхности двух одинаковых металлов или разных. И тут, и там атомы движутся. А раз так — самодиффузия должна протекать. Убедительно? Убедительно.

Но оппоненты не менее резонно возражали им: если вы соедините два сосуда с одинаковым уровнем жидкости, будет перетекать жидкость из одного сосуда в другой? Нет. Если вы соедините два заряженных тела с одинаковыми потенциалами, возникнет ли в такой цепи ток? Нет. Так почему же должны переходить атомы из одного объема какого-либо вещества в другой объем этого же вещества?

Поверьте, что споры велись с куда более обстоятельной аргументацией, в которой фигурировали многоэтажные формулы и такие замысловатые термины, смысл которых я не взялся бы здесь расшифровывать. Но обилие терминологии и научных платформ ни на сантиметр не подвинуло ученых к истине. И не приходится сомневаться, что дискуссия продолжалась бы по сегодняшний день, что морями чернил были бы исписаны Эльбрусы бумаги, но вопрос так бы и остался вопросом во всей своей нагой первозданности: а существует ли вообще она, самодиффузия? Да, это было бы именно так, не появись возможность использовать радиоактивные изотопы.

Эксперимент был совсем несложным. Взяли два бруска, изготовленных из одного и того же металла: один обычный, а второй — с примесью радиоактивного изотопа. Спустя некоторое время в нерадиоактивном бруске были обнаружены радиоактивные атомы. Все. Больше ничего не надо для решения вопроса о самодиффузии. Есть вопросы?.. Нет? Ну, так пошли дальше.

— Погодите! — не согласятся иные читатели. — Вопросы есть. Вы пространно рассказывали о спорах, которые велись вокруг проблемы самодиффузии, а как дошло до сути дела, до того, как именно была решена эта проблема, то отвели рассказу об этом две-три строки — и все!

Но больше и не требуется. В том и преимущество метода меченых атомов, что он позволяет за несколько часов решить ту проблему, разгадку которой искали порой десятилетиями.

Растворимость в воде относится к важнейшим характеристикам каждого химического соединения. Не случайно на последней странице обложек школьных тетрадей печатают таблицу умножения — для младших школьников, и таблицу растворимости — для тех, кто постарше и уже начал изучать химию.

Правда, в школе не особенно углубляются в проблемы растворимости. Стоит в таблице «+», — значит, все в порядке, вещество растворяется; проставлен «―» — вещество не растворяется.

Но на первой же лекции по химии в институте студент-первокурсник слышит от профессора, что, оказывается, совершенно нерастворимых веществ нет. Есть вещества, растворяющиеся хорошо, есть растворимые похуже, плохо, очень плохо, очень-очень плохо, ничтожно, крайне ничтожно, исчезающе мало.

Не надо быть специалистом, чтобы догадаться: химикам эти полулирические определения («мало», «плохо», «очень плохо») ни к чему. Химикам нужны точные величины. Необходимо знать, сколько именно.

Вот почему в любом химическом справочнике одной из первых следует таблица растворимости. По внешнему виду таблица как таблица. Слева — колонка с формулами соединений, справа — значения растворимости. Но если разобраться поглубже, то…

Вот хотя бы всем известное своей нерастворимостью или, будем теперь применять более верный термин, известное своей малой растворимостью соединение сернокислый барий (помните, по учебнику химии, осадок этого соединения немедленно выпадает, если слить растворы хлористого бария и серной кислоты). Действительно, в таблице написано, что растворимость этого вещества составляет двадцать пять десятитысячных долей грамма в литре воды. Мало? Не говорите так, потому что сейчас мы подберем примеры повыразительнее.

Гидроокись цинка — растворимость в литре воды 3·10-7 грамма (три десятимиллионных доли грамма). Предел? Ничуть. Сульфид свинца — растворимость 10-15 грамма в литре. Сульфид ртути — 10-23 грамма. Сульфид меди — 10-27 грамма.

Возьмем сравнительно (сравнительно!) неплохо растворимое из перечисленных веществ — гидроокись цинка. Представьте себе, что вы химик и что перед вами поставили задачу определить растворимость этого вещества. Как решают эту задачу? Известно как: берут какой-либо объем раствора и упаривают его досуха, а оставшийся твердый осадок взвешивают.

Значит, можно взять литр раствора гидроокиси цинка, упарить его досуха, и… ничего не получится. Потому что образовавшийся осадок заметить будет невозможно: три десятимиллионные доли грамма не разглядишь даже в самый сильный микроскоп и, уж конечно, не взвесишь ни на каких весах.

Стало быть, надо взять раствора побольше: литров этак десять. При этом вы получите сухого остатка три миллионные доли грамма — в 10 раз больше, чем при работе с литром раствора, а по сути такое же «ничто», как и прежде.

Очевидно, придется брать 100 литров раствора. Это уже солидная бочка. Но, упаривая досуха эту бочку, мы получим всего несколько стотысячных долей грамма. Такую малость тоже не взвесить. Да, плохи дела химиков! Приходится манипулировать с тысячами литров. Это уже внушительная цистерна. И, только испарив всю воду, можно будет получить… три десятитысячные доли грамма осадка — величину, которую, хотя и не очень уверенно, смогут зафиксировать аналитические весы.

Читатель, наверное, совсем опечалился, представив себе и впрямь невеселую картину: кипит посредине институтского двора котел, мечутся между громадной цистерной и котлом озабоченные химики, таща ведра, наполненные исследуемым раствором. Идет пар из котла, идет пар от вконец замотавшихся ученых. Грустно, очень грустно. И все это для того, чтобы узнать, какова растворимость плохо растворимого соединения.

Могу успокоить читателя. Конечно, дело обстоит далеко не столь мрачно. Химики идут иным путем, который предполагает гораздо более экономный расход времени, труда и… дров.

Не стану рассказывать, как выходили из положения ученые тогда, когда они еще не имели возможности пользоваться радиоактивными изотопами. Впрочем, выходом это вряд ли можно было назвать. Конечно, можно из Москвы во Владивосток добираться пешком. Но «Ту-154» все-таки удобнее.

При определении растворимости радиоактивные изотопы в сравнении с прочими методами то же, что реактивный лайнер в сравнении с пешеходом. Судите сами.

К веществу, растворимость которого хотят определить, примешивают немного радиоактивного индикатора. Так, к гидроокиси цинка можно подмешать немного гидроокиси, образованной искусственным радиоактивным изотопом цинка. «Немного» сказано не из-за пренебрежительной приблизительности. Здесь радиоактивного цинка и впрямь немного: миллионная доля, а то и меньше.

После этого определение растворимости становится легким, можно сказать, даже приятным делом. Осадок, меченный радиоактивным цинком, взбалтывают в определенном количестве воды до тех пор, пока не получат насыщенный раствор гидроокиси (не будем забывать, что этот насыщенный раствор содержит всего 3·10-7 грамма вещества в литре). При растворении гидроокиси цинка в раствор перейдут как молекулы, содержащие обычный цинк, так и молекулы с радиоактивным изотопом. Ничего, что вторых в растворе будет гораздо меньше, чем первых. Для чувствительных счетчиков Гейгера — Мюллера это не помеха.

Если знать соотношение, в котором примешали к обычному цинку цинк радиоактивный, то, определяя радиоактивность раствора, можно без труда рассчитать содержание всего цинка в растворе. Ну, а вычислить отсюда растворимость гидроокиси — дело одной минуты. Вот и все. И рад бы рассказывать дольше, да нечего. Радиоактивность и здесь упростила все до предела.

Но коль скоро мы завели речь об определении малых количеств вещества, надо будет рассказать еще об одной важной роли меченых атомов.

Соберите в одном зале приглашенных наудачу 100 химиков и спросите их, что они предпочитают: приступить к разделению смеси соединений ниобия и тантала или отправиться сейчас на товарную станцию целую ночь таскать мешки с цементом. Можете добавить, что станционный транспортер испорчен, половина мешков дырявые и что вообще ожидается проливной дождь с градом. Не сомневаюсь, что после секундной паузы из всех ста глоток вырвется дружный крик:

— На станцию!..

Стремление химиков скоротать ночь, таская под дождем дырявые пятипудовые мешки с цементом, мне близко и понятно. Все представляют себе, что носить мешки, когда нет подходящих условий, — занятие не из веселых. Но далеко не каждый знает, что разделение соединений двух элементов, очень похожих по свойствам, — работа куда более изнурительная.

Я привел в качестве примера лишь одну пару: ниобий — тантал. А ведь таких близнецов в Периодической системе элементов как «алмазов в каменных пещерах» той полуденной страны, откуда прибыл индийский гость. Скандий — иттрий, цирконий — гафний, все 15 редкоземельных элементов, многие заурановые элементы и так далее, и так далее.

Разумеется, для каждой из таких пар разработаны методы разделения. И, конечно же, я не убежден, что каждый из придуманных мною сотни химиков без колебания предпочтет поменять пусть и тяжелый лабораторный эксперимент на ненастную ночь у товарняка. Без известной гиперболизации здесь не обошлось. Но это тот самый случай, когда в шутке следует искать свою, причем достаточно большую долю правды. Потому что действительно приходится затрачивать уйму времени и труда (не столько даже тяжелого, как однообразного и скучного — что гораздо хуже) на то, чтобы отделять один элемент от другого, походящий на него химическими свойствами.

Основная трудность манипуляций по разделению элементов — необходимость после каждой операции проводить химический анализ, чтобы определить, в какой степени удалось один элемент отделить от другого. Сказанное в этой фразе — академично по содержанию. У схожих по свойствам элементов схожи и химико-аналитические реакции. Поэтому, определяя, насколько удалось разделить эти элементы, приходится обращаться к весьма сложным и очень трудоемким методам анализа, отнимающим много времени.

Применение радиоактивных индикаторов — меченых атомов — если и не превращает операции разделения в увеселительное времяпрепровождение, то делает из них обычную по сложности химическую работу.

Вот как это выглядит. К смеси соединений двух элементов — близнецов, которых предстоит разлучить, — прибавляют немного соединения одного из этих элементов, но не обычного, а радиоактивного. Теперь аналитические определения заменяются измерением радиоактивности, а это во всех отношениях менее трудоемкая операция.

В самом деле. Вот произвели несколько манипуляций со смесью и получили две фракции: одна из них соответствует соединению первого элемента, другая — второго. Но ведь необходимо решить, есть ли в первой фракции примесь второго элемента, а во второй — примесь первого. Предположим, что радиоактивной меткой был «протаврован» первый элемент. Тогда исследователь подносит вторую фракцию к счетчику Гейгера — Мюллера. И если эта фракция загрязнена посторонним элементом, тотчас же часто замигают лампочки и дробно затрещит стрелка: прибор сигнализирует — радиоактивность есть!

Тогда приступают к операции разделения снова. На этот раз вторая фракция будет показывать меньшую радиоактивность. В третий раз радиоактивность будет совсем мала. И вот, наконец, на какой-то энный раз, когда мы поднесем пробу к счетчику, тот будет безмолвствовать. Все — элементы разделены полностью! А коль они разделены, то рассказ о них можно окончить.

Название книги

Свет невидимого

Фиалков Юрий Яковлевич

Глава IV

О Наполеоне Бонапарте, растворимости и многом другом