Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

Решение столь важной проблемы, несомненно, под силу современной технической мысли, не говоря уже о будущем. В конце концов все больше радиоактивных изотопов находит применение, так что и количество отходов будет сокращаться день ото дня.

Атом и будущее

Изотопы упрямо стучатся в двери мирной экономики, принося с собой революционные преобразования. В тайниках маленького атома скрыто еще много неожиданностей. Американский физик У. Либби как-то сказал, что чуть ли не каждые 5 минут можно придумывать по два новых способа применения радиоизотопов. И тем не менее даже богатое воображение не в силах представить себе все способности мирного атома. Целый калейдоскоп возможностей, особенно если говорить о будущем!

Вполне вероятно, что радиоизотопы сослужат человечеству не меньшую службу, чем атомная энергия.

Атом… Сколько надежд, сколько опасений вызывает он у человечества XX столетия! Неисчерпаемый, он должен принести и принесет прогресс, счастье, мир. В этом уверены советские люди, строящие коммунизм. Пройдет немного времени, и история напишет гневную эпитафию военному атому, широко распахнув двери перед дружелюбными силами нового Геркулеса.

Посмотрите еще раз на систему химических элементов. Она начинается с водорода и кончается… Лет двадцать пять назад мы бы уверенно заявили, что в самом конце системы химических элементов Д. И. Менделеева стоит уран. Еще вчера мы бы сказали, что последним элементом является нобелий (порядковый номер 102), но сегодня уже синтезирован № 103 (лоуренсий). А что будет завтра?

Итак, верхняя граница системы смещается в сторону более тяжелых элементов, и о том, сколь долго она будет еще смещаться, мы поговорим дальше.

Сначала о нижней границе

С нижней границей, кажется, все в порядке. Водород всегда был самым легким из всех известных элементов. В самом деле, что называется химическим элементом?

«Совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра».

У водорода заряд ядра минимальный: 1. Таким образом, водород является первым химическим началом, или элементом, и вести разговор о нижнем пределе системы больше как будто бы нечего. Однако то, что не вызывает сомнений на первый взгляд, далеко не всегда ясно на самом деле.

Когда в 1869 году Менделеев открыл периодический закон, еще не были известны многие из химических элементов и решить вопрос об их количестве считалось невозможным.

Самым легким был водород; его атомный вес — единица. За ним шел литий, почти в семь раз более тяжелый. Гелий, который теперь занимает второе место в системе, тогда еще не обнаружили на Земле. За литием шли элементы с близкими атомными весами (⁹Be, ¹¹B, ¹²C, ¹⁴N, ¹⁶O и т. д.^[8]).

Менделеев, конечно, обратил внимание на столь большой разрыв в атомных весах соседних элементов, какой имел место между водородом и литием. Подобные разрывы обнаруживались и в некоторых других местах системы. Автор периодического закона совершенно справедливо считал, что решение этого вопроса раскроет внутреннюю природу элементов и приведет к выяснению их числа. По мнению Менделеева, некоторые элементы могли отсутствовать в системе из-за своей неустойчивости. Он писал, что есть немало элементов, «существование которых до некоторой степени подвержено сомнению, потому что нам не известна природа тех сил, которые производят так называемую элементарную форму материи». «Некоторые равновесия, — заключал Менделеев, — просто невозможны». Это было сказано задолго до открытия радиоактивности.

Указывал он и на то, что глубокое изучение физических и химических свойств урана — тогда последнего элемента — приведет к новым открытиям в физике и химии.

С 1875 года начали отыскиваться новые элементы, для которых Менделеев оставил пустые клетки в своей системе. В 1886 году был открыт уже третий из таких элементов — германий. Однако в том же году английский ученый Уильям Крукс говорил: «Мы смотрим на число элементов, на их отличительные свойства и спрашиваем себя: случайны или чем-нибудь обусловлены эти обстоятельства? Другими словами, могло ли быть только 7, или 700, или 7000 абсолютно различных элементов?»

Почему же возникали такие вопросы?

Прежде всего из-за неполноты тогдашних знаний о самих элементах. Периодический закон был открыт, а причина периодичности оставалась непонятной, так как в XIX веке почти ничего не знали о строении атома. Представление о заряде ядра появилось значительно позже, в начале второго десятилетия XX века. Раньше порядковый номер элемента был просто регистрационным номером в таблице элементов.

Поэтому не нужно удивляться тому, что Д. И. Менделеев мог делать уверенные предсказания только о недостающих внутри системы элементах на основании данных о всех соседях «невидимки». Но выйти за рамки системы он не мог.

Для иллюстрации сказанного приведем такой пример. Возьмем первые два периода системы элементов.

Если бы мы не знали, что порядковые номера химических элементов есть не что иное, как заряд ядра, который увеличивается ровно на единицу при переходе от одного элемента к другому, то не могли бы совершенно уверенно сказать, находятся ли еще какие-нибудь элементы между водородом и гелием и, точно так же, есть ли элементы выше водорода. Можно предполагать, например, существование в первом периоде элемента с атомным весом 3, аналогом которого являются фтор и другие галогены. Действительно, подобные предположения высказывались.

Как же в те годы решался вопрос о начале системы?

Опыт изучения легких элементов свидетельствовал, что все они широко распространены в природе. Поэтому высказывалось мнение о невозможности найти еще какие-либо новые, более легкие элементы. Однако начиная с 1894 года была открыта группа инертных газов, в том числе гелий, имеющий малый атомный вес (4). Вновь открытые элементы оказались химически недеятельными, а потому и малораспространенными. Таких элементов химики раньше не знали.

В течение десятков лет многие ученые высказывались в пользу идеи единства простых тел химии, считая все химические элементы построенными из одного, более легкого элемента, чем все до сих пор известные. Это было возрождением нашумевшей когда-то гипотезы Проута, полагавшего, что химические элементы построены из атомов водорода. Однако гипотеза Проута была опровергнута экспериментальными определениями величин атомных весов: у большинства элементов они вовсе не являются кратными атомному весу водорода.

Это было в начале XIX века, а в конце его стали говорить то о гипотетическом «протиле», то об элементе «коронии», спектр которого якобы наблюдался в солнечной короне. Поиски более легких элементов на Солнце объясняются, конечно,