Лев Власов - Занимательно о химии

Четвертая часть земной «тверди» — кремний. Основа основ неорганической природы.

Дальше элементы Земли по своим запасам располагаются в таком порядке: алюминий — 7,4 процента; железо — 4,2; кальций — 3,3; натрий — 2,4; калий и магний — 2,35; водород — 1,0; титан — 0,6.

Вот первая десятка химических элементов в нашей планете.

А чего на Земле всего меньше?

Очень мало золота, платины и ее спутников. Поэтому они и ценятся так дорого.

Но любопытный парадокс: золото было первым из металлов, который стал известен человеку. Платину открыли, когда и слыхом не слыхивали ни о кислороде, ни о кремнии, ни об алюминии.

У благородных металлов есть уникальная особенность. Они встречаются в природе не в виде соединений, а в самородном состоянии. Не надо затрачивать никаких усилий на выплавку. Потому-то их нашли на Земле, именно нашли в столь давние времена.

Однако приз за редкость все-таки принадлежит не им. Этой печальной награды удостаиваются вторичные радиоактивные элементы.

Мы вправе назвать их элементами-призраками.

И геохимики говорят: полония на Земле всего-навсего 9600 тонн, радона и того меньше — 260 тонн, актиния — 26 тысяч тонн. Радий и протактиний настоящие гиганты среди призраков: их в общей сложности около 100 миллионов тонн, но в сравнении с золотом и платиной это ничтожно малое количество. А вот астат и франций неудобно причислить даже к призракам, они нечто еще менее материальное. Земные запасы астата и франция измеряются (смешно сказать!)… миллиграммами.

Имя самого редкого элемента на Земле — астат (69 миллиграммов на всю толщу земной коры). Комментарии, как говорится, излишни.

Первые трансурановые элементы — нептуний и плутоний — тоже, оказывается, существуют на Земле. Они рождаются в природе благодаря очень редким ядерным реакциям урана со свободными нейтронами. Эти призраки «тянут» на сотни и тысячи тонн. А вот о прометии и технеции, в появлении которых также повинен уран (ему свойствен процесс самопроизвольного деления, когда ядра распадаются на два примерно равных осколка), о них прямо-таки нечего сказать. Ученые нашли еле заметные следы технеция, а прометий все еще пытаются отыскать в урановых минералах. Еще не изобрели таких весов, на которых можно было бы взвесить земные «запасы» прометия и технеция.

Вот как утверждают теперь ученые: в образце любого минерала можно обнаружить присутствие всех химических элементов, известных в природе. Всех до единого. Правда, в весьма различной пропорции. Но почему одних много, других чрезвычайно мало?

В периодической системе все элементы обладают полнейшим равноправием. Каждый занимает свое определенное место. Когда же речь заходит о земных запасах элементов, это равноправие исчезает как дым.

Легкие элементы таблицы Менделеева, во всяком случае первые три десятка ее представителей, составляют основную массу земной коры. Но и среди них отсутствует равенство. Одних — больше, других — меньше. Скажем, бор, бериллий и скандий принадлежат к числу весьма редких элементов.

Пока Земля существует, на ней произошел кое-какой «переучет» запасов элементов. Исчезло немало урана и тория из-за их радиоактивности. Улетучилась в мировое пространство большая часть инертных газов и водорода. Но общая картина не изменилась.

Ученый наших дней записывает: распространенность химических элементов в земной коре закономерно убывает от легких элементов к средним и далее — к тяжелым. Но всякое бывает. Например, тяжелого свинца гораздо больше, чем многих легких представителей менделеевской таблицы.

Почему так? Почему не всех поровну? Может, природа поступила несправедливо, «накопив» одни элементы и не позаботившись о запасах других?

Нет, существуют законы, в согласии с которыми одних элементов на Земле много, других мало. Признаться честно, мы этих законов до конца не знаем. И довольствуемся лишь предположениями.

Ведь сами-то химические элементы не существовали всегда. Вселенная так устроена, что непрерывно в разных ее местах происходит гигантский, ни с чем не сравнимый по своей грандиозности процесс образования, синтеза элементов. Космические ядерные реакторы, космические ускорители — это звезды. В недрах некоторых из них идет «варка» химических элементов.

Там господствуют невиданные температуры, невообразимые давления. Там стихия законов ядерной химии, царство ядерно-химических реакций, превращающих один элемент в другой, легкие — в тяжелые. И они таковы, эти законы, что одни элементы образуются с большей легкостью и в более внушительном количестве; другие — труднее и потому в меньшей пропорции.

Все зависит от прочности атомных ядер. На сей счет у ядерной химии вполне определенное мнение. Ядра изотопов легких элементов содержат почти одинаковое число протонов и нейтронов. Эти элементарные частицы образуют здесь весьма прочные сооружения. И легкие ядра легче синтезируются. Природе вообще свойственно стремление создавать системы с наибольшей устойчивостью. Легче синтезируются, но с меньшей охотой вступают в ядерные реакции, чтобы дать дорогу созданию ядер с большими зарядами. У последних количество нейтронов уже заметно превышает запасы протонов, и потому ядра средней и большой массы не могут похвастать особой устойчивостью. Они сильнее подвержены всяким случайностям, легче склонны к превращениям и потому не способны накапливаться в слишком большом количестве.

Ядерно-химические законы таковы, что чем выше заряды ядер, тем труднее эти ядра синтезируются и, следовательно, тем меньше их образуется.

Химический состав нашей Земли — это словно безмолвный слепок, немое отражение динамики законов, которые управляют процессом происхождения элементов. Когда ученые до конца познают эти законы, станет понятным, почему так по-разному распространены различные химические элементы.

В 80-х годах прошлого столетия один зарубежный химический журнал опубликовал любопытную заметку. Малоизвестный научному миру автор сообщал в ней о том, что ему удалось обнаружить сразу два новых элемента. И имена он дал им звучные: космий и неокосмий. В ту пору открытие новых элементов было явлением прямо-таки массовым. Иные исследователи даже не удосуживались придумывать «новорожденным» названия, а обозначали их буквами греческого алфавита.

Выяснилось вскоре, что «первооткрыватель» космия и неокосмия просто-напросто посмеялся над этой эпидемией открытий. Его заметка была чем-то вроде первоапрельской шутки. Автор носил фамилию Косман.

…Сто четыре элемента расположились в таблице Менделеева. Сто четыре истинных открытия элементов зафиксировала история науки. Рядом с этим перечнем существует другой, не в пример более длинный, насчитывающий несколько сот названий. Этакие «святцы» мертворожденных элементов, тех, что появились на свет в результате заблуждений, ошибок опытов, а то и просто недобросовестности иных исследователей.

Долог и тернист был путь открывателей элементов. Подобен тропе, продирающейся сквозь дебри и теряющейся среди узких, обрывистых скал… А рядом пролегла другая — торная тропа. Но это тропа ложных солнц, ложных открытий химических элементов.

Какие только курьезы и парадоксы не встречались на ней! Случай с Косманом — буквально капля в море.

Англичанин Крукс выделил из иттрия целое скопище новых простых веществ, назвав их метаэлементами. А на деле это были смеси давно известных элементов.

Немец Свинне искал трансурановые элементы в образцах так называемой космической пыли, собранной в ледниках Гренландии известным полярным путешественником Норденшельдом. И поспешил сообщить, что-де удалось ему найти в этой пыли элемент с порядковым номером 108… Истина вскоре взяла реванш. Незадачливый исследователь просто был в плену неверной теоретической идеи.

А как не вспомнить англичанина Фриенда, который организовал специальную экспедицию в Палестину, чтобы в безжизненных водах Мертвого моря «выловить» следы 85-го и 87-го элементов? Или американца Аллисона: этот неудачник, когда ученые терялись в догадках, почему отсутствуют на Земле тяжелые аналоги йода и цезия, вдруг стал открывать их всюду. В любых растворах и минералах, которые проверял с помощью своего нового метода. Метод оказался порочным. Глаза исследователя при работе слишком утомлялись, и утомление рождало призраки.

Даже великие люди не избежали ошибок на тропе ложных солнц. Итальянцу Ферми показалось, что в уране, обстрелянном нейтронами, возникает сразу несколько трансурановых элементов. На деле то были осколки деления ядер урана — элементы середины периодической системы.