Юрий Фиалков - Как там у вас, на Бета-Лире?

Утверждаю: рассмотрение этой таблицы может доставить минуты высокого наслаждения — и поучительностью, и многими неожиданностями, и… потом, это просто интересно.

В наш спортивный век прибегнем к спортивной же терминологии: отыщем элемент-чемпион, которого в земной коре содержится больше всего.

Золотым призером будет, конечно, не золото.

Золотым призером будет кислород. Многим памятен рисунок из школьного учебника химии, иллюстрирующий относительную распространенность элементов в земной коре: круг-каравай, разрезанный на сегменты-ломти.

Самый увесистый ломоть, почти половина каравая (точнее 49,13 %), приходится на долю кислорода. Да, этого элемента в земной коре столько, сколько всех остальных элементов, вместе взятых.

Не часто в спорте можно столкнуться с таким решительным преимуществом чемпиона. Действительно, серебряный призер — разумеется, не серебро, а кремний — показывает результат хотя и весьма почтенный, но почти вдвое худший, чем кислород. На долю кремния в земной коре природа отвела всего 26 %. И она в полной мере использует такую высокую распространенность кремния — мало какие из минералов или редких горных пород не содержат в своем составе кремния.

Приведенное двумя фразами выше утверждение, в котором величине содержания кремния в земной коре предшествовало слово «всего», отдает сильным привкусом снобизма, потому что бронзовый призер — алюминий — составляет только 7,45 % земной коры. И тут не стоило бы применять уничижительное «только», потому что, как мы увидим далее, подавляющее большинство элементов в смысле распространенности живут куда скромнее.

Итак, пьедестал почета занят полностью. Три призера, три победителя, на долю которых приходится 49,13+26,0+7,45=… 4/5 массы земной коры (точнее, 82,58 %).

90 элементов входит в состав земной коры: все элементы — от водорода (№ 1 в периодической системе Д. И. Менделеева) до урана (№ 92). В этом строю химических элементов, открытых на Земле, зияют две бреши: элемент № 43 — технеций и № 61 — проветий. В клетках, отведенных этим номерам, воцарились искусственные элементы, потому что в земной коре их нет, точнее — уже нет. Смысл выделенного наречия станет понятным, надеюсь, в следующей главе.

Итак, в конкурсе элементов — всего 90 участников. Л поскольку на долю троих из них приходится 4/5 массы земной коры, то и выходит, что 3 >> 87.

Тут следовало бы патетически возмутиться несправедливостью природы, которая…

Но, во-первых, природа всегда справедлива и ничего никогда не делает зря, а во-вторых, раз мы уже прибегли к спортивной терминологии, то давайте проведем зачет по олимпийской системе — выявим шестерку сильнейших.

Покопавшись в табличных данных, мы обнаружим сразу шесть претендентов на оставшиеся три «зачетных» места. Впрочем, четвертое место уверенно занимает железо, которого в земной коре 4,2 %. На пятое место выходит кальций (3,25 %). Но вот на шестой ступеньке теснятся сразу три элемента, распространенность которых почти одинакова: натрий (2,40 %) и кальций с магнием (по 2,35 %).

Восемь олимпийцев в сумме составляют 97,13 массы земной коры. Мы, можно сказать, только приступили к построению химических элементов «по росту», а места для маневра, считайте, уже не осталось. Да и о каком месте можно говорить, когда остальные 82 элемента принуждены, бедняги, втиснуться меньше чем в три процента массы земной коры.

Да, рассмотрение таблицы распространенности элементов в земной коре невольно заставляет смирить нашу гордыню: два важнейших элемента жизни — углерод и азот — не только не входят в число элементов-гигантов, но и не стоят даже близко к пьедесталу почета. Углерод занимает 11-е место, а азот, и вовсе сказать, 17-е.

Стоит ли теперь удивляться тому, что если большинство известных нам элементов и может чем-нибудь похвалиться, так это разве только количеством нулей в числах, выражающих содержание этих элементов в земной коре. Причем нули эти всегда стоят после запятой и их там много. Например, кадмия в земной коре пять десятитысячных долей процента: 0,0005 %. Впрочем, он далеко не чемпион по количеству нулей. А вот у радия их столько, что они, выстроенные в ряд, сужаются в далекой перспективе: 0,0000000002 %. Пользоваться этим числом, как видим, не очень удобно. Но если для подсчета нулей здесь еще хватит пальцев на руках, то в случае элемента франция подобный способ подсчета пришелся бы по душе разве только сороконожке: в числе, выражающем содержание в земной коре этого элемента, больше двух десятков нулей.

Геохимики, конечно, не прибегают к пальцам — ведь для записи таких чисел существует превосходный алгебраический способ, одинаково пригодный как для очень больших, так и малых величин. Содержание кадмия записывается совсем недлинно: 5∙10 –4 %, распространенность радия выражается не менее лаконично: 2∙10 –10. Столь же компактно записывается распространенность франция: 10 –21.

Так дальше и будем писать.

Выражение состава земной коры через весовые (правильнее говорить — массовые) проценты — способ наиболее естественный, но, строго говоря, не очень строгий. Оправдывает этот невольный каламбур вопрос, по форме очень смахивающий на знаменитую задачу о железе и пухе:

«Где атомов больше: в килограмме водорода или в килограмме железа?»

В отличие от классической задачи, которой в детстве имеют обыкновение дурачить младших сестренок, здесь вопрос имеет совершенно точный физический смысл. Поэтому совершенно определенным и точным будет ответ: в килограмме водорода атомов в 56 раз больше, чем в килограмме железа, потому что именно во столько раз атомная масса водорода меньше атомной массы железа.

Вот почему так ли уж справедливо, характеризуя состав земной коры, сопоставлять массы образующих кору элементов? Ведь это сопоставление еще ничего не говорит об относительной распространенности атомов элементов. Поэтому часто состав земной коры выражают через атомные проценты: число всех атомов, входящих в состав земной коры, при этом считается равным ста процентам.

Кислород и в такой «атомной» таблице здесь не уступает своего лидирующего положения. Более того, его преимущество выглядит еще внушительнее: свыше половины атомов земной коры — это атомы кислорода, то есть на каждый из остальных 89 химических элементов приходится по атому кислорода и остается еще немножко…

Почти сказочное изменение судьбы, так сказать, феерический взлет при этом «атомном» способе выражения состава испытывает водород. Его довольно скромный (на фоне элементов-олимпийцев, конечно) один массовый процент превращается в 17,25 атомного процента — число, которое позволяет водороду уверенно выйти на второе место. Кремний же с его 16,11 атомного процента потеснен на третье место. Ну, а остальные олимпийцы и в этом случае не оставляют пьедестала почета; компания элементов-гигантов остается, можно сказать, в прежнем составе.