Де кінець системи Менделєєва? Частина третя.

Менделєєв

Були часи, коли відкриття нового хімічного елемента виявлялося подією для хімії, і хіміки починали детально вивчати його властивості, шукати можливості практичного застосування. Але в книзі про історію відкриття елементів глава про «трансурани» носитиме абсолютно особливий характер. Якщо властивості нептунію і плутонію вивчені добре, а плутоній до того ж одне з основних ядерних палив; якщо написані монографії з хімії америцію і кюрію, то мало що можна сказати про інші трансуранові елементи. Поки що вони – надбання тільки фізики. Адже справді, про яке вивчення властивостей можна говорити, якщо вчені синтезували лише 17 (!) атомів сто першого елемента – Менделєєва, а для сто другого і сто третій лічильник зафіксував лише поодинокі атоми.

До кінця періодичної системи як би зникає звичне нам уявлення про хімічний елемент. Але це жодною мірою не загрожує величній будівлі таблиці Менделєєва, і з колишньою силою звучать слова автора періодичного закону: «Майбутнє обіцяє не руйнування закону періодичності, а тільки розширення і розвиток!» З цією думкою великого вченого не можна не погодитися – вона підтверджувалася і підтверджується новими відкриттями фізики і хімії. В отриманні трансуранових елементів періодичний закон послужив прекрасним дороговказом. Але коли постало питання про розміщення їх у таблиці Менделєєва – тут вчені не змогли прийти до єдиної точки зору.

Однак – яка іронія долі! – коли питання про елементи важче урану ще тільки виникло, ніхто не сумнівався в тому, де вони в разі їх виявлення повинні були б розташовуватися в таблиці Менделєєва. Першому трансурану з порядковим номером 93 відводилося місце в сьомій групі періодичної системи разом з марганцем і його аналогами. Щодо 94, 95 і 96 елементів вважали, що вони з’являться благородними металами, подібними осмію, іридію і платини в шостому періоді. У тридцятих роках питання про трансурани почало перекочовувати з області теорії в практику. Варто було вченим почати додаток періодичної системи, тільки лише були отримані нептуній і плутоній, як з’ясувалися цікаві речі.

Дев’яносто третій і дев’яносто четвертий багато в чому були схожі за властивостями на уран, але не мали нічого спільного з іридієм або осмієм. Родичем урану в якійсь мірі виявився і америцій, елемент 95. Але вже починаючи з наступного центурію – кюрію, подібність трансуранових елементів зробилася настільки великою, що підшукувати для кожного з них окрему клітину в періодичній системі не мало сенсу.

Як нерідко буває в науці, вчені звернулися до аналогій. У шостому періоді таблиці Менделєєва містяться 14 дуже близьких за властивостями елементів – лантаноїдів. Вони так схожі один на одного, що їх усіх поміщають в одній клітині, клітині елемента лантану з порядковим номером 57. Особливості електронної структури важких атомів дозволили зробити сміливе припущення: у сьомому періоді системи Менделєєва має існувати сімейство елементів, подібне лантаноїдам. Чотирнадцять його представників – торій, протактиній, уран і трансуранові елементи аж до 103 – слід було тому помістити в клітину актинію, аналога лантану по третій групі. Автором цього припущення був Гленн Сіборг.

Актиноїдна (як її тепер називають) гіпотеза Сіборга завоювала визнання і стала надбанням підручників. Вона витончена і зручна, вона враховує схожість трансуранових елементів, нарешті, виділення актиноїдного сімейства надає додаткову симетрію таблиці Менделєєва: у шостому періоді – лантаноїди, в сьомому – актиноїди. Але … Але цілком погодитися з цією гіпотезою не можна. І ось чому. Адже «заганяючи» торій, протактиній, уран в клітину актинія, ми видаляємо їх зі звичних місць у четвертій, п’ятій і шостій групі. Ми уподібнюємо їх актинію, не маючи на те скільки-небудь серйозних хімічних підстав; навпаки, хімія цих елементів різна і має мало спільного з хімією актинія. За логікою речей актиноїди повинні бути аналогічні лантаноїдам, але тільки починаючи з кюрія трансуранові елементи виявляють належну схожість зі своїми попередниками по шостому періоду.

Словом, хоча фізики, виходячи з електронних структур атомів, призводять вагомі «за», хіміки висувають не менше вагомі «проти».

Французький радіохімік М. Гайсинський запропонував компромісне рішення. Він залишив торій, протактиній і уран на місцях, які відповідали їм здавна. Нептуній, плутоній і америцій – уранід – помістив в клітину урану, а елементи, наступні за кюрієм – кюріди, в клітку кюрія. Таке розташування найбільш важких елементів у періодичній системі непогано відображає їх хімічні властивості. Але симетрія таблиці Менделєєва при цьому руйнується. Стрункість актиноїдної гіпотези змінюється деякою хаотичністю.

Виходить, що і та й інша теорії вносять в періодичну; систему відомий елемент штучності, а адже сам Менделєєв називав своє творіння «природною системою елементів».

Виходить, вирішивши проблему штучного отримання трансуранів, вчені встали перед іншим, досить складним завданням. Як же задовільно розмістити елементи важче урану в таблиці Менделєєва?

Поки важко відповісти на це питання. Спробуємо трохи заглибитися в область гіпотез. Згадаймо спочатку, як розвивалася періодична система. Спочатку Менделєєв і слідом за ним інші вчені ставили в основу атомну вагу, і на цій основі будувалася таблиця Менделєєва. Потім втрутилася фізика, і наріжним каменем періодичного закону став заряд ядра, порядковий номер елемента. Нова таблиця усунула багато протиріч і труднощів старої; так, наприклад, знайшлося місце для 14 лантаноїдів. Але заряд ядра – адже він теж може виявитися не останнім словом в еволюції періодичного закону. На зміну йому може прийти новий, третій критерій, більш тонкий і більш глибокий, ніж заряд ядра. І тоді періодична система змінить свою структуру. Конкретно це поки що важко собі уявити. Але тоді-то напевно вдасться розмістити трансуранові елементи самим природним чином.

Підіб’ємо ж невеликий, підсумок. Ми прийшли до маловтішного висновку, що верхня межа періодичної системи вже досить чітко проглядається. Якщо раніше про кінець таблиці Менделєєва можна було робити більш-менш розумні здогадки, то тепер це питання отримало суворе наукове рішення. Сучасний рівень знань не дає права на будь-які сумніви.

Але саме цей горезвісний «сучасний рівень!» Не так вже давно «сучасний рівень» віддавав проблему перетворення елементів на відкуп фантастиці; не так давно він оголошував «принципово неможливим» виділення внутрішньоядерної енергії. Життя намалювало іншу картину.

Якісь перспективи зміни усталених поглядів можна спробувати побачити і в області, про яку йдеться. Аксіомою вважався і вважається той факт, що ніякі зовнішні впливи не можуть зробити впливу на швидкість радіоактивного розпаду; скрізь і всюди вона залишається постійною.

У звичайних і доступних нам поки «незвичайних» умовах – так. І то, між іншим, не завжди. Недавні роботи показали, що швидкість радіоактивного розпаду дещо різна в залежності від того, в яке з’єднання входить даний радіоактивний ізотоп. Правда, це відноситься поки лише до одиничних ізотопів, які піддаються К-захопленню.

Подібні роботи – поки тільки перші ластівки. Але залишаються ще незвичайні умови, в даний час недоступні. Наприклад, надвисокі тиски. Є цікаві розрахунки, які показують, що тиск в мільярд атмосфер вже може досить відчутно впливати на періоди напіврозпаду радіоактивних елементів у бік їх збільшення. Однак спочатку потрібно чітко розібратися в будові ядра, близько познайомитися з механізмом ядерних сил. Тоді настане більш високий «сучасний рівень знань». Хто знає, можливо, тоді люди зуміють активно впливати на швидкість радіоактивного розпаду, уповільнювати або прискорювати його на свій розсуд. І повірте, хочеться уявити собі лабораторію, в якій за допомогою складної апаратури вдається різко підвищувати періоди напіврозпаду важких трансуранів і «заморожувати» їх у такому стані, – і грами, десятки грамів каліфорнію і берклію, ейнштейнію і фермію можна використовувати для досліджень, а кінець періодичної системи пересунувся далеко в область тризначних номерів.

Вчені навчилися «запросто» поводитися з електронною оболонкою атомів; результат цього – безліч важливих і складних хімічних реакцій, які раніше вважалися нездійсненними. Справа тепер за тим, щоб по-справжньому навчитися керувати атомним ядром. Це, звичайно, багато складніше, але, право, немає ніяких підстав впадати в скептицизм.

Автор: Д. Трифонов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *