Где конец системы Менделеева? Часть третья.

Менделеев

Были времена, когда открытие нового химического элемента оказывалось событием для химии, и химики начинали подробно изучать его свойства, искать возможности практического применения. Но в книге об истории открытия элементов глава о «трансуранах» будет носить совершенно особый характер. Если свойства нептуния и плутония изучены хорошо, а плутоний к тому же одно из основных ядерных горючих; если написаны монографии по химии америция и кюрия, то мало что можно сказать об остальных трансурановых элементах. Пока еще они — достояние только физики. Ведь в самом деле, о каком изучении свойств можно говорить, если ученые синтезировали лишь 17 (!) атомов сто первого элемента — менделеевия, а для сто второго и сто третьего счетчик зафиксировал лишь единичные атомы.

К концу периодической системы как бы исчезает привычное нам представление о химическом элементе. Но это ни в коей мере не грозит величественному зданию таблицы Менделеева, и с прежней силой звучат слова автора периодического закона: «Будущее не разрушение закону периодичности, а только расширение и развитие обещает!» С этим мнением великого ученого нельзя не согласиться — оно подтверждалось и подтверждается новыми открытиями физики и химии. В получении трансурановых элементов периодический закон послужил прекрасной путеводной нитью. Но когда встал вопрос о размещении их в таблице Менделеева — тут ученые не смогли прийти к единой точке зрения.

Однако — какая ирония судьбы! — когда вопрос об элементах тяжелее урана еще только возник, никто не сомневался в том, где они в случае их обнаружения должны были бы располагаться в таблице Менделеева. Первому трансурану с порядковым номером 93 отводилось место в седьмой группе периодической системы вместе с марганцем и его аналогами. Относительно 94, 95 и 96 элементов полагали, что они явятся благородными металлами, подобными осмию, иридию и платине в шестом периоде. В тридцатых годах вопрос о трансуранах начал перекочевывать из области теории в практику. Стоило ученым начать дополнение периодической системы, только лишь были получены нептуний и плутоний, как выяснились любопытные вещи.

Девяносто третий и девяносто четвертый во многом походили по свойствам на уран, но не имели ничего общего с иридием или осмием. Родственником урана в какой-то мере оказался и америций, элемент 95. Но уже начиная со следующего трансурана — кюрия, сходство трансурановых элементов сделалось настолько большим, что подыскивать для каждого из них отдельную клетку в периодической системе не имело смысла.

Как нередко бывает в науке, ученые обратились к аналогиям. В шестом периоде таблицы Менделеева содержатся 14 очень близких по свойствам элементов — лантаноидов. Они так похожи друг на друга, что их всех помещают в одной клетке, клетке элемента лантана с порядковым номером 57. Особенности электронной структуры тяжелых атомов позволили сделать смелое предположение: в седьмом периоде системы Менделеева должно существовать семейство элементов, подобное лантаноидам. Четырнадцать его представителей — торий, протактиний, уран и трансурановые элементы вплоть до 103 — следовало поэтому поместить в клетку актиния, аналога лантана по третьей группе. Автором этого предположения явился Гленн Сиборг.

Актиноидная (как ее теперь называют) гипотеза Сиборга завоевала признание и стала достоянием учебников. Она изящна и удобна, она учитывает сходство трансурановых элементов, наконец, выделение актиноидного семейства придает дополнительную симметрию таблице Менделеева: в шестом периоде — лантаноиды, в седьмом — актиноиды. Но… Но целиком согласиться с этой гипотезой нельзя. И вот почему. Ведь «загоняя» торий, протактиний, уран в клетку актиния, мы удаляем их с привычных и никогда не вызывавших сомнений мест в четвертой, пятой и шестой группе. Мы уподобляем их актинию, не имея на то сколько-нибудь серьезных химических оснований; напротив, химия этих элементов различна и имеет мало общего с химией актиния. По логике вещей актиноиды должны быть аналогичны лантаноидам, но только начиная с кюрия трансурановые элементы обнаруживают должное сходство со своими предшественниками по шестому периоду.

Словом, хотя физики, исходя из электронных структур атомов, приводят веские «за», химики выдвигают не менее веские «против».

Французский радиохимик М. Гайсинский предложил компромиссное решение. Он оставил торий, протактиний и уран на местах, соответствовавших им издавна. Нептуний, плутоний и америций — ураниды — поместил в клетку урана, а элементы, следующие за кюрием — кюриды, в клетку кюрия. Такое расположение самых тяжелых элементов в периодической системе неплохо отражает их химические свойства. Но симметрия таблицы Менделеева при этом разрушается. Стройность актиноидной гипотезы сменяется некоторой хаотичностью.

Получается, что и та и другая теории вносят в периодическую; систему известный элемент искусственности, а ведь сам Менделеев называл свое творение «естественной системой элементов».

Выходит, разрешив проблему искусственного получения трансуранов, ученые встали перед другой, весьма сложной задачей. Как же удовлетворительно разместить элементы тяжелее урана в таблице Менделеева?

Пока трудно ответить на этот вопрос. Попробуем немного углубиться в область гипотез. Вспомним сначала, как развивалась периодическая система. Сначала Менделеев и вслед за ним другие ученые ставили во главу угла атомный вес, и на этой основе строилась таблица Менделеева. Затем вмешалась физика, и краеугольным камнем периодического закона стал заряд ядра, порядковый номер элемента. Новая таблица устранила многие противоречия и затруднения старой; так, например, нашлось место для 14 лантаноидов. Но заряд ядра — ведь он тоже может оказаться не последним словом в эволюции периодического закона. На смену ему может прийти новый, третий критерий, более тонкий и более глубокий, чем заряд ядра. И тогда периодическая система изменит свою структуру. Конкретно это пока трудно себе представить. Но тогда-то наверняка удастся разместить трансурановые элементы самым естественным образом.

Подведем же небольшой, итог. Мы пришли к малоутешительному выводу, что верхний предел периодической системы уже довольно отчетливо просматривается. Если раньше о конце таблицы Менделеева можно было делать более или менее разумные догадки, то теперь этот вопрос получил строгое научное разрешение. Современный уровень знаний не дает права на какие-либо сомнения.

Но именно этот пресловутый «современный уровень!» Не так уж давно «современный уровень» отдавал проблему превращения элементов на откуп фантастике; не так давно он объявлял «принципиально невозможным» выделение внутриядерной энергии. Жизнь нарисовала иную картину.

Какие-то перспективы изменения установившихся взглядов можно попытаться увидеть и в области, о которой идет речь. Аксиомой считался и считается тот факт, что никакие внешние воздействия не могут оказать влияния на скорость радиоактивного распада; везде и всюду она остается постоянной.

В обыкновенных и доступных нам пока «необыкновенных» условиях — да. И то, между прочим, не всегда. Недавние работы показали, что скорость радиоактивного распада несколько различна в зависимости от того, в какое соединение входит данный радиоактивный изотоп. Правда, это относится пока лишь к единичным изотопам, которые подвергаются К-захвату.

Подобные работы — пока только первые ласточки. Но остаются еще необыкновенные условия, в настоящее время недоступные. Например, сверхвысокие давления. Имеются любопытные расчеты, которые показывают, что давление в миллиард атмосфер уже может довольно ощутимо влиять на периоды полураспада радиоактивных элементов в сторону их увеличения. Однако сначала нужно четко разобраться в строении ядра, близко познакомиться с механизмом ядерных сил. Тогда наступит более высокий «современный уровень знаний». Кто знает, быть может, тогда люди сумеют активно влиять на скорость радиоактивного распада, замедлять или ускорять его по своему усмотрению. И поверьте, хочется представить себе лабораторию, в которой с помощью сложнейшей аппаратуры удается резко повышать периоды полураспада тяжелых трансуранов и «замораживать» их в таком состоянии, — и граммы, десятки граммов калифорния и берклия, эйнштейния и фермия можно использовать для исследований, а конец периодической системы передвинулся далеко в область трехзначных номеров.

Ученые научились «запросто» обращаться с электронной оболочкой атомов; результат этого — множество важных и сложных химических реакций, которые ранее считались неосуществимыми. Дело теперь за тем, чтобы по-настоящему научиться управлять атомным ядром. Это, конечно, много сложнее, но, право, нет никаких оснований впадать в скептицизм.

Автор: Д. Трифонов.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что научное исследование границ таблицы Менделеева может привести химию к новым интересным и даже практическим открытиям. Например, создать какие-нибудь новые шампуни, особенно полезные для человеческой кожи. Хотя, впрочем, такие шампуни уже существуют, так на сайте http://yoffy.ru/ выбирай полезный шампунь, сделанный в Израиле из минералов знаменитого Мертвого моря. Вот другое дело, если бы ученые химики подобные полезные минералы научились воссоздавать в штучных лабораторных условиях благодаря вышеупомянутым научным исследованиям.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *