Путешествие в Страну элементов

Буквально в последние годы установлено, что пертехнетаты — красивые, ярких оттенков кристаллические соединения технеция — могут предохранять железо от ржавления. Радиоактивный технеций помог понять сущность процессов коррозии и механизм защиты от нее. С помощью счетчика Гейгера можно следить за многообразными перемещениями атомов технеция, когда на металлической поверхности происходит сложная борьба между кислородом, влагой и ионами пертехнетата.

В противоположность искусственному синтезу технеция на Земле открытие больших количеств элемента № 43 в атмосфере некоторых звезд произвело настоящую сенсацию. Так как период полураспада наиболее долго живущего изотопа технеция всего 216 тысяч лет, а возраст звезд исчисляется буквально астрономическими цифрами, оставалось допустить, что элемент непрерывно рождается в звездах и в наши дни. Это, в свою очередь, приподнимало завесу над тайной происхождения химических элементов.

В атомных реакторах накапливается также другой искусственный элемент — прометий. Это редкоземельный трехвалентный металл. Он образует красивый хлорид желтого цвета и розовую азотнокислую соль. Его свойства очень похожи на свойства соседних редкоземельных элементов — неодима и самария.

В наши дни имя прометия связано с атомными батарейками, преобразующими энергию радиоактивного распада в электрический ток. Одна такая батарейка — величиной с маленькую пуговицу — может работать без «перезарядки» в течение 5 лет. Прометиевые батарейки — это изящные радиоприемники-клипсы, крошечные слуховые аппараты и миниатюрная электронная аппаратура космических ракет.

Сейчас считают, что технеций и прометий непрерывно образуются в природе при спонтанном делении урана. Но из-за малых периодов полураспада они не могут накопиться в заметных количествах — в одном грамме урана содержится одновременно только 0,000 000 000 000 000 01 (10^–17) грамма прометия и еще меньше технеция. Обнаружить это количество с помощью обычных методов почти невозможно: оно успевает полностью распасться за время химического выделения.

Так же неуловимы два других элемента — астат и франций. Теоретически они должны содержаться в продуктах распада урана: на один миллиард частей урана несколько частей франция и еще меньшее количество астата. Поэтому свойства астата и франция изучены очень слабо.

Астат до его синтеза считался неизвестным галогеном (напоминающим йод). На самом деле оказалось, что он имеет металлические свойства и больше похож на полоний и висмут. Астат осаждается из кислых растворов сероводородом и может быть выделен электролитически. Вместе с тем, напоминая галогены, астат образует соединение HAt, похожее на такое же соединение йода HJ.

Элементы тяжелее урана

Второе рождение исчезнувших с поверхности Земли технеция, прометия, астата и франция прозвучало кратким вступлением к синтезу элементов тяжелее урана. Долгое время их безуспешно искали в природе.

Элемент № 93 считался сначала аналогом марганца и рения. Как бы в подтверждение Лоринг и Друце открыли новые линии в спектрах марганцевого минерала пиролюзита. В 1934 году О. Коблик «обнаружил» элемент № 93 в богемской урановой руде и назвал его богемием. В 1938–1939 годах Хулубей и Кошуа во Франции «открывают» элемент № 93 в минералах бетафите с Мадагаскара и бразильском монаците и дают ему имя секвания «в честь древней цивилизации, некогда процветавшей на берегах Сены».

Но эти сообщения были преждевременными. Скоро выяснилось, что периоды полураспада элементов тяжелее урана также должны быть во много раз меньше возраста Земли.

Летом 1934 года в журнале «Природа» появилась необычная заметка Энрико Ферми. Облучая нейтронами уран, ему удалось искусственно получить первый элемент тяжелее урана. Опыты Ферми были подтверждены ровно через год Ганом и Мейтнер. Они считали, что уран при облучении переходит в элементы № 93–96. 19 марта 1937 года Резерфорд с помощью счетчика Гейгера, подключенного к громкоговорителю, продемонстрировал в Британском королевском институте повышенную активность облученного нейтронами природного урана.

В 1939 году было установлено, что ядра урана, поглощая нейтроны, раскалываются на приблизительно равные половинки. Элементы № 93–96 оказались изотопами давно открытых и изученных лантана, церия, бария, стронция…

При делении ядра выделяется большое количество энергии и несколько свободных нейтронов. «Горячие» половинки уранового ядра разлетаются в противоположные стороны. Нейтроны поглощаются соседними ядрами, и те расщепляются, в свою очередь. Возникает лавина нейтронов, и процесс деления в критический момент перерастает во взрыв чудовищной силы…

Попытка получить трансурановые элементы ознаменовала начало атомного века. С этого времени сообщения о синтезе тех или иных трансурановых элементов — лишь фрагменты более общей истории развития власти человека над энергией атомного ядра.

Энрико Ферми — нобелевский лауреат, «отец атомного века» — в 1933 году был твердо уверен, что элементы тяжелее урана скоро удастся получить искусственно.