Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

показал, что у элементов № 43 и 61 должны быть только неустойчивые радиоактивные изотопы.

К этому времени было твердо установлено: изотопы всех элементов с порядковыми номерами больше 83 неустойчивы. Поэтому в природе элементы № 85 и 87 могут существовать только, если время, за которое они полностью распадаются, больше возраста Земли. Или если они непрерывно образуются и в наши дни при распаде других радиоактивных элементов. Такие возможности можно было предусмотреть и для 43-го и 61-го элементов.

Безуспешные 70-летние поиски опровергали первую возможность. В продуктах распада известных радиоактивных элементов — урана, тория и актиния — не удалось обнаружить даже следов изотопов с порядковыми номерами 43, 61, 85 и 87. Если они и образуются при распаде урана, тория и актиноурана, то период их полураспада слишком мал. Эти изотопы, еще не успев накопиться в заметной концентрации, тут же исчезают, превращаясь в другие, более устойчивые. И обнаружить их в природных материалах обычными методами было бы почти невозможно.

Разочарование ученых, однако, было непродолжительным. Ровно через три года в физике и химии наступил век искусственных элементов.

Технеций, прометий, астат, франций…

Сразу же за технецием (№ 43) был синтезирован неуловимый элемент № 61. Его изотопы образовывались при бомбардировке ядрами водорода редкоземельного элемента № 60 — неодима. Ускоренные в циклотроне частицы с одним положительным зарядом, сливаясь с атомами неодима, дали новые ядра с зарядом 61.

Можно считать, что элемент № 87 известен еще с 1914 года. Тогда три венских химика: С. Мейер, Ф. Гесс и Ф. Панет, — обратили внимание, что чистый актиний распадается в двух направлениях. Хотя большая его часть испускает бета-частицы, некоторые атомы, меньше одного процента, выделяя альфа-частицы, переходят в неустойчивые радиоактивные изотопы с зарядом ядра 87 — актиний К. Но в то время трудно было поверить, что быстро распадающиеся изотопы могут представлять в периодической таблице самостоятельный элемент. Вскоре началась война, и о только что полученных изотопах надолго забыли.

В 1939 году — на этот раз в разгар второй мировой войны — парижанка Маргарита Перей повторила старые опыты. И теперь у нее не было сомнений, что актиний с зарядом 89, излучая ядра гелия с зарядом 2, переходит в новый элемент — № 87.

Почти одновременно в американском городке Беркли, где расположен Калифорнийский университет, под руководством Лоренса достраивался большой 60-дюймовый циклотрон. В нем скоро родились самые тяжелые элементы на Земле. А пока в циклотроне подвергся облучению ядрами гелия металлический висмут. Из мишени после быстрой химической обработки удалось выделить последний искусственный элемент с порядковым номером меньше девяноста двух — № 85.

В этом случае нельзя было исходить из элемента № 84 — полония. Полоний сам радиоактивен и присутствует на Земле в очень малой концентрации. Пришлось «пропустить» один номер и взять мишень из висмута (№ 83). И чтобы восполнить недостаток двух положительных зарядов, висмутовая мишень облучалась ядрами гелия, в результате возникали атомы нового элемента с порядковым номером 85.

Так за четыре года окончательно иссякло «золотое Эльдорадо» исчезнувших элементов.

Первое время никому не казалось странным, что у новых элементов нет химических названий. В те дни они еще не получались в больших количествах, не были известны их многие химические свойства, никто не видел даже самых простых принадлежащих им соединений. Все эти элементы казались мало похожими на хорошо изученные «классические» элементы периодической системы.

Но неудобство сразу почувствовалось, как только новые элементы перестали быть недоступными и свойства некоторых из них оказались подробно изучены. Первым обратил на это внимание в небольшой заметке в лондонском журнале «Природа» профессор Панет.

4 января 1947 года в «Природе» появилось ответное письмо Перье и Сегре. Они предлагали назвать элемент № 43 технецием. Одновременно была помещена записка Корсона и Мак-Кензи с предложением назвать элемент № 85 астатином, от греческого «астатос» — «неустойчивый». Теперь его переименовали в астат. Маргарита Перей решила дать элементу № 87 имя своей родины — франций.

Немного позднее элемент № 61 был назван прометием — в честь мифического титана Прометея, похитившего у богов огонь и подарившего его людям.

В наши дни в сравнительно большом количестве производится только технеций. Он образуется в атомных реакторах при распаде урана: 26 миллиграммов технеция на каждый грамм урана-235.

Технеций расположен в седьмой группе периодической системы между марганцем и рением. По химическим свойствам технеций больше напоминает рений. Как и рений, он осаждается из щелочных растворов сероводородом.

Буквально в последние годы установлено, что пертехнетаты — красивые, ярких оттенков кристаллические соединения технеция — могут предохранять железо от ржавления. Радиоактивный технеций помог понять сущность процессов коррозии и механизм защиты от нее. С помощью счетчика Гейгера можно следить за многообразными перемещениями атомов технеция, когда на металлической поверхности происходит сложная борьба между кислородом, влагой и ионами пертехнетата.

В противоположность искусственному синтезу технеция на Земле открытие больших количеств элемента № 43 в атмосфере некоторых звезд произвело настоящую сенсацию. Так как период полураспада наиболее долго живущего изотопа технеция всего 216 тысяч лет, а возраст звезд исчисляется буквально астрономическими цифрами, оставалось допустить, что элемент непрерывно рождается в звездах и в наши дни. Это, в свою очередь, приподнимало завесу над тайной происхождения химических элементов.

В атомных реакторах накапливается также другой искусственный элемент — прометий. Это редкоземельный трехвалентный металл. Он образует красивый хлорид желтого цвета и розовую азотнокислую соль. Его свойства очень похожи на свойства соседних редкоземельных элементов — неодима и самария.

В наши дни имя прометия связано с атомными батарейками, преобразующими энергию радиоактивного распада в электрический ток. Одна такая батарейка — величиной с маленькую пуговицу — может работать без «перезарядки» в течение 5 лет. Прометиевые батарейки — это изящные радиоприемники-клипсы, крошечные слуховые аппараты и миниатюрная электронная аппаратура космических ракет.

Сейчас считают, что технеций и прометий непрерывно образуются в природе при спонтанном делении урана. Но из-за малых периодов полураспада они не могут накопиться в заметных количествах — в одном грамме урана содержится одновременно только 0,000 000 000 000 000 01 (10–17) грамма прометия и еще меньше технеция. Обнаружить это количество с помощью обычных методов почти невозможно: оно успевает полностью распасться за время химического выделения.

Так же неуловимы два других элемента — астат и франций. Теоретически они должны содержаться в продуктах распада урана: на один миллиард частей урана несколько частей франция и еще меньшее количество астата. Поэтому свойства астата и франция изучены очень слабо.

Астат до его синтеза считался неизвестным галогеном (напоминающим йод). На самом деле оказалось, что