Элементы, созданные человеком, также подчиняются Великому закону

Четыре места в периодической таблице оставались пустыми особенно долго. Это были клетки N° 43, 61, 85 и 87. Из четырех элементов, которые должны были бы занять эти места, три были уже давно предсказаны Менделеевым: экамарганец - 43, экаиод -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. Эка-марганец "открывали" в Японии, где ему дали имя "нипонний", в Германии - назвали "мазурий". Элемент № 61 "открывали" в разных странах по крайней мере трижды, он получал имена "иллиний", "Флоренции", "циклоний". Экаиод "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 различных справочников 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 и 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 были 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 экамарган-цем. 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. 12).

Рис. 12.

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 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. С помощью технеция исследуют процесс коррозии металлов. Он помогает ученым найти пути и способы сохранить одно из основных богатств человечества - железо (стальные конструкции, изделия, машины) от разрушения и 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. 13). Химическим путем 61-й элемент был выделен лишь в 1945 г. из осколочных элементов, образующихся в ядерном реакторе.

Рис. 13.

Новый элемент получил символическое имя прометий. Это название 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 экаиод - элемент № 85. Он впервые был получен бомбардировкой висмута (№ 83) ядрами гелия (№ 2), ускоренными в циклотроне до больших энергий (рис. 14).

Рис. 14. Синтез астата. Только на основании периодической системы физики могли заранее знать, что получить отсутствовавший в природе последний галоид - элемент № 85 (экаиод) можно из висмута - элемента № 83, применив быстрые ядра гелия.

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 иод. (О том, как нашли технеций, франций и астат в земных минералах, рассказано в ст. "Рождение, жизнь и смерть химических элементов".)

перейти к началу страницы