Элементы, созданные человеком, так же подчиняются великому закону

Элементы, созданные человеком, так же подчиняются великому закону

Четыре места в периодической таблице ос­тавались пустыми особенно долго. Это были клетки № 43, 61, 85 и 87. Из четырех элемен­тов, которые должны были бы занять эти места, три были уже давно предсказаны Менделеевым: экамарганец — 43, экайод —85 и экацезий — 87. Четвертый — № 61 — должен был оказаться редкоземельным элементом.

Эти четыре элемента были неуловимы. Уси­лия ученых всех стран мира, направленные на их поиски в природе, оставались безуспеш­ными. С помощью периодического закона дав­но уже были заполнены все остальные места в таблице Менделеева — от водорода до урана.

Не один раз в научных журналах появля­лись сообщения об открытии этих четырех элементов. Экамарганец «открывали» в Япо­нии, где ему дали имя «нипонний», в Германии— под названием «мазурий». Элемент № 61 «от­крывали» в разных странах, по крайней мере трижды, он получал имена «иллиний», «флоренций», «циклоний». Экайод «находили» в при­роде также неоднократно. Ему давали имена «алабамий», «гельвеций». Экацезий в свою оче­редь получал названия «Виргинии», «Молда­вии». Некоторые из этих названий попадали в периодические таблицы в различных справоч­никах и даже проникли в школьные учебники. Но все эти открытия не подтвердились: каж­дый раз точная проверка показывала, что бы­ла допущена ошибка и случайные ничтожные примеси были приняты за новый элемент.

Долгие и трудные поиски привели, наконец, к открытию в природе одного из неуловимых элементов. Оказалось, что экацезий, который должен занимать в периодической таблице 87-е место, возникает в цепочке распада при­родного радиоактивного изотопа — урана-235. Это короткоживущий радиоактивный элемент. У него нет стабильных изотопов. Он получил имя «франций».

Элементы № 43, 61 и 85 оставались неуло­вимыми. В природе их никак не удавалось найти, хотя ученые уже владели могучим методом, безо­шибочно указывающим путь для поиска новых элементов,— периодическим законом. Все хи­мические свойства неизвестного элемента бла­годаря этому закону известны ученым заранее.

Так почему же были безуспешны поиски этих трех элементов в природе? Может быть, не для всех элементов оказался справедли­вым закон Менделеева и поиски их в природе направлялись по неверному пути?

Изучая свойства атомных ядер, физики до­казали: у элементов с атомными номерами 43, 61, 85 и 87 не могут существовать стабильные изотопы. Они могут быть только радиоактив­ными, с короткими периодами полураспада и должны быстро исчезать. Поэтому все эти эле­менты были созданы человеком искусственно.

Пути для создания новых элементов были указаны периодическим законом. Попробуем с его помощью сами наметить путь синтеза экамарганца. Этот элемент № 43 был первым эле­ментом, созданным человеком искусственно.

Мы знаем, что химические свойства элемен­та определяются его электронной оболочкой, а она зависит от заряда атомного ядра. В ядре элемента № 43 должно быть 43 положительных заряда, и вокруг ядра должны вращаться 43 электрона. Как же можно создать элемент с 43 зарядами в атомном ядре? Как можно доказать, что такой элемент создан?

Давайте рассмотрим внимательно, какие соседи в периодической таблице у пустого места, предназначенного для элемента № 43. Оно находится почти в середине пятого периода. Этот период длинный, так же как четвертый и шестой периоды. На соответствующих местах в четвертом периоде стоит марганец, а в ше­стом — рений. Поэтому химические свойства 43-го элемента должны быть похожи на свой­ства марганца и рения. Недаром Д. И. Менде­леев, предсказавший этот элемент, назвал его экамарганцем. Слева от 43-го места находится молибден, занимающий клетку 42, справа, в 44-й,—рутений. Следовательно, можно пред­положить: чтобы создать элемент № 43, нужно повысить число зарядов в ядре атома, име­ющего 42 заряда, еще на один элементарный заряд. Поэтому, исходя из указаний периоди­ческого закона, при создании нового элемента № 43 нужно взять в качестве исходного сырья молибден. У него в ядре как раз 42 заряда. Одним положительным зарядом обладает са­мый легкий элемент — водород. Следовательно, можно ожидать, что элемент № 43 может быть получен в результате ядерной реакции между молибденом и водородом (рис. 11).

Свойства элемента № 43 должны быть сходны­ми с химическими свойствами марганца и рения, и, для того чтобы обнаружить и доказать образо­вание этого элемента, нужно воспользоваться химическими реакциями, аналогичными тем, с помощью которых химики определяют присут­ствие малых количеств марганца и рения.

Вот каким образом периодическая таблица дает возможность наметить путь для создания искусственного элемента, если, конечно, хими­ческий элемент, созданный заново человеком, будет также подчиняться закону Менделеева.

Точно таким же путем, который мы только что наметили, путем, полностью указанным периодическим законом Менделеева, и был создан в 1937 г. первый искусственный хими­ческий элемент. Он получил знаменательное имя: технеций — первый элемент, изготовленный тех­ническим, искусственным путем.

Вот как был осуществлен синтез технеция. Пластинка молибдена подвергалась интенсив­ной бомбардировке ядрами тяжелого изотопа водорода — дейтерия, которые были разогна­ны в циклотроне до огромной скорости.

Ядра тяжелого водорода, получившие очень большую энергию, проникли в ядра молибдена. После облучения в циклотроне пластинка мо­либдена была растворена в кислоте. Из раство­ра было выделено с помощью тех же реакций, которые необходимы для аналитического опре­деления марганца (аналог элемента № 43), ничтожное количество, как говорят химики, следы, нового радиоактивного вещества. Это и был новый элемент — технеций. Он образо­вался при ядерной реакции между молибденом и тяжелым водородом. Вскоре были подробно изучены его химические свойства.

Так же как и природные элементы, техне­ций подчиняется великому закону природы — периодическому закону Менделеева. Все его свойства точно соответствуют положению эле­мента в менделеевской таблице.

С того времени, как был создан технеций, прошло немало лет. Теперь технеций стал вполне доступным: он образуется в довольно большом количестве в атомных реакторах. Технеций очень хорошо изучен, получен даже его спектр. Вновь созданный элемент уже практически используется. Технеций приме­няется для решения имеющей огромную важ­ность задачи. С его помощью исследуют про­цесс коррозии металлов. Он помогает ученым найти пути и способы сохранить одно из основ­ных богатств человечества — железо (железные конструкции и изделия, машины) от разруше­ния, от ржавчины.

Метод, каким был создан 61-й элемент, очень похож на метод, которым получают технеций. Элемент № 61 должен был встать среди редкозе­мельных элементов: 61-я клетка находится меж­ду неодимом (№ 60) и самарием (№ 62). Новый элемент впервые был получен в 1938 г. в цик­лотроне бомбардировкой неодима ядрами дейте­рия (рис. 12).

Химическим путем 61-й элемент был выделен лишь в 1945 г. из осколочных эле­ментов, образующихся в ядерном реакторе. Новый элемент получил символическое имя прометий. Это имя было дано ему неспроста. Древнегреческий миф рассказывает о том, что титан Прометей похитил с неба огонь и пере­дал его людям. За это он был наказан богами: его приковали к скале, и громадный орел еже­дневно терзал его. Название «прометий» не только символизирует драматический путь по­хищения наукой у природы энергии ядерного деления и овладения этой энергией, но и предо­стерегает людей от страшной военной опасности в образе стервятника, угрожающего челове­честву — Прометею.

Прометий теперь уже получают в большом количестве, и он нашел неплохое практическое применение: из него делают атомные батарейки— источники постоянного тока, способные дей­ствовать без перерыва несколько лет.

Аналогичным путем был синтезирован и са­мый тяжелый галоген экайод — элемент № 85. Он впервые был получен бомбардировкой ви­смута (№ 83) ядрами гелия (№ 2), ускоренными в циклотроне до больших энергий (рис. 13).

Ядра гелия, второго элемента в периодиче­ской системе, обладают двумя зарядами. По­этому, чтобы создать 85-й элемент, и был взят вис­мут — 83-й элемент. Новый элемент назван аста­том, что означает «неустойчивый». Он радио­активен, быстро исчезает. Его химические свойства также оказались точно соответствующими периодическому закону. Он похож на йод. (О том, как нашли технеций, франций и астат в земных минералах, см. ст. «Рождение, жизнь и смерть химических элементов».)