Помилкові відкриття в хімії. Продовження.
Зовсім не слід думати, що на кожну клітину періодичної системи доводилося хоча б два претенденти. Багато елементів, що називається, були відкриті один раз; ці відкриття визнавалися всіма і ніколи більше не оскаржувались. «Помилкові сонця» найчастіше спалахували навколо певних ділянок таблиці Менделєєва. Один з таких ділянок, як ви вже бачили, – сімейство рідкоземельних елементів. З ними пов’язана чи не половина помилкових відкриттів хімічних елементів.
Дуже багато клопоту доставили дослідникам елементи з порядковими номерами 43, 61, 85 і 87. Зараз вони відомі під назвами технецій, прометій, астатин і францій. Але звичні нам тепер накреслення символів – Тс, Рm, Аt, Fr – зайняли відповідні клітини періодичної системи тільки 70-75 років тому. Вся попередня історія цих елементів – справжня одіссея помилок.
У нашому нарисі «Елемент із закритого конверту» докладно розповідалося про поневіряння прометія – елементу № 61. Сорок третій, вісімдесят п’ятий і вісімдесят сьомий елементи були передбачені ще самим Менделєєвим. Їх ретельно намагалися знайти протягом багатьох десятиліть і деколи навіть сумнівалися, чи можуть вони існувати в земних мінералах.
Зрештою фізики (вже не хіміки, які опинилися в глухому куті) довели, що сорок третій елемент не може мати жодного стійкого ізотопу. Всі його ізотопи радіоактивні і володіють настільки незначними періодами напіврозпаду, що повністю розпалися ще задовго до того, як на нашій планеті з’явилася людина.
Потім знову ті ж фізики виявили вісімдесят п’ятий і вісімдесят сьомий елементи, астатин і францій, серед продуктів радіоактивного розпаду урану і торію. Виявилося, що вони присутні в зовсім незначних концентраціях. Вміст їх в двадцятикілометровій товщі земної кори вимірюється в грамах – 30 грамів астатину і 520 грамів францію. Тільки відточена техніка радіометричних вимірювань, її надчутливі прилади зуміли вловити ледь чутні сигнали, які подавали астатин і францій про своє існування. Чого ж дивуватися, що ці елементи стали своєрідними «полюсами помилок» в таблиці Менделєєва.
Свої права на сорок третю клітину періодичної системи заявляли щонайменше чотири мертвонароджених претенденти. Це були ільменій та девій, «відкриті» російськими вченими Германом і Керном, це був люцій французького хіміка Бар’єри; нарешті, четвертий делегат був посланий з далеких японських берегів професором Огава під ім’ям ніппоній. Але мандати всіх посланців виявилися фальшивими. Помилки можна пробачити. Названі вчені шукали сорок третій майже наосліп.
Німецькі дослідники подружжя Іда і Вальтер Ноддак підготували справжній штурм. Вони взяли за основу періодичний закон, і, користуючись ним, передбачили деякі властивості елемента № 43, визначили коло мінералів, в яких його слід було б шукати, оцінили приблизний зміст його в земній корі і навіть запропонували метод дослідження – рентгеноспектральний аналіз. І сорок третя клітина впустила чергового «квартиранта». Це був мазур. Його лінії досить чітко проглядалися на рентгенівських спектрах.
Але спектральний аналіз – нехай цього разу навіть рентгенівський – не допоміг здобути істину. І хоча Ноддак всіма силами утримували символ Ма в клітині № 43 протягом майже десяти років, помилка залишилася помилкою.
Вісімдесят п’ятий і вісімдесят сьомий елементи неодноразово виступали під різними іменами. Одного разу, здавалося, їх присутність вдалося довести з усією непохитністю. Під назвами алабамія і віргінія їх витягнув на світ американський вчений Фред Аллісон за допомогою «магнітно-оптичного» методу. Метод Аллісона був настільки «могутній», що дозволяв виявити в розчині будь-які елементи, будь-які їх ізотопи. Чи варто дивуватися, що дослідник виявив по шість (!) ізотопів алабамія і віргінія. Символи Ab і Vi жили недовго. Така ж доля спіткала молдавія і гельвеція, виявлені в уранових рудах.
Тисячі тонн земних мінералів переробили вчені в пошуках елементів № 43, 61, 85 і 87. Воістину, ці елементи виявилися найдорожчими серед всіх представників періодичної системи – в прямому і переносному сенсі.
ТРАНСУРАНОВА ЛИХОМАНКА
Епідемія неправдивих відкриттів лютувала не тільки в межах старих рамок періодичної системи (від водню до урану). Вона перекинулася і на елементи важче урану, причому ще задовго до того, як були штучно отримані перші мікрограми нептунію і плутонію. Про виділення дев’яносто третього елемента вперше заявили ще в 1925 році англієць Лоринг і чех Друце, які досліджували марганцевий мінерал піролюзит. Заява, звичайно, виявилася помилковою, але цю помилку згодом повторили багато дослідників. Хіміки вважали, що раз уран, елемент № 92, розташований в шостій групі періодичної системи, то перший центурій повинен розміститися в сьомій, яку очолює марганець. Тому-то марганцеві руди виявилися тим самим колодязем, з дна якого вчені неодноразово намагалися дістати дев’яносто третій елемент і завжди потрапляли в положення невдалого героя східних казок, який намагався витягнути з колодязя місяць.
Більш прозорливі дослідники вибрали об’єктом вивчення уранові руди – адже в них присутні всі радіоактивні елементи, – а в наявності радіоактивності у трансуранів навряд чи хто став би сумніватися. У 1934 році чеський інженер Коблик, який керував лабораторією в Іоахімсталі, де розташоване одне з найбільших родовищ уранових руд в Європі, виявив у промивних водах «новий елемент». Вчений назвав його богемієм і вважав, що йому випала честь відкрити першого центурія. Насправді ж Коблик «відкрив» вольфрам.
Через чотири роки румун Хулубей і француз Кошуа продовжили рахунок помилок. Їх секваній виявився сумішшю відомих елементів, а аж ніяк не елементом № 93.
За ці перші напади «трансуранової лихоманки» були відповідальні хіміки. Втрутилися фізики, на полі битви затрубив їх бойової слон – нейтрон, елементарна частинка, чудовий «реагент» ядерних реакцій. Але цього разу фізики тільки збільшили сумний літопис помилок.
Знаменитий італійський вчений Енріко Фермі почав бомбардувати нейтронами один за іншим всі елементи періодичної системи. Не уникнув цієї долі і уран. Поруч з нейтроном, що мчить до ядра ізотопу урану-238, мчала нетерпляча думка фізика-теоретика. Уран-238, захоплюючи нейтрон, перетворюється на уран-239. Цей ізотоп, мабуть, повинен бути бета-активним, а як тільки він випустить бета-частинку – електрон, то заряд його ядра збільшиться. Тут же народиться ізотоп першого центурія. Якщо ж і цей елемент буде схильний бета-розпаду, то періодична система розширить свої кордони ще на одну клітину вправо. Фермі-експериментатору ніби вдалося підтвердити пропозицію Фермі-теоретика. У продуктах опромінення урану нейтронами він виявив два невідомих радіоактивних ізотопи. На його думку, це були ізотопи перших елементів важче урану – аузонія і гесперія.
Було заманливо хімічно виділити ці елементи. За справу взялися подружжя Жоліо-Кюрі і сербський вчений Савич. Результат виявився настільки ж несподіваним, наскільки дивним. Не центурій, але лантан і барій, елементи середини періодичної системи, виявили вчені.
Так було відкрито розподіл ядра урану нейтронами. Полювання за трансурановими елементами в першому турі привело до невдачі, але вона ж сприяла одному з найбільших відкриттів двадцятого сторіччя.
Йшли роки, і штучне отримання трансуранів увійшло в колію; один за іншим пристроювалися до періодичної системи нептуній і плутоній, америцій і кюрій, берклій і каліфорній. Як тільки з’явилися серйозні труднощі, з’явилися і помилки. Чим більший порядковий номер має центурій, тим складніше його отримати. Коли йшлося про звичайні елементи, вчені рано чи пізно виділяли більш-менш відчутні кількості колишнього незнайомця. Що стосується важких трансуранів, то тут доводиться мати справу буквально з ліченими атомами. Елемент № 101, менделєєвій, був синтезований в кількості всього… 17 атомів.
Автор: Д. Трифонов.