Аркадий Курамшин - Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Образование химических элементов в ходе радиоактивного распада подчиняется двум несложным правилам. При α-распаде атомный номер дочернего ядра на две единицы меньше, чем у ядра распадающегося, при β-распаде атомный номер увеличивается на одну единицу. Элемент № 89, который, испуская поток α-частиц, мог дать элемент № 87, был открыт ещё в 1899 году — это был актиний.

Изучение продуктов радиоактивного распада непростое занятие, но Перей хватило экспериментального мастерства, чтобы научиться быстро очищать образец соли актиния, чтобы она могла наблюдать продукты распада только этого элемента. Эксперименты показали, что почти 99 % подвергается медленному β-распаду, образуя элемент № 90 — торий, который затем через α-распад превращается в радий. Однако около 1 % актиния не распадалось по этому механизму, и испускало α-частицы, превращаясь в предсказанный Менделеевым экацезий. Поскольку период полураспада образовавшегося таким путем изотопа франция составлял всего 21 минуту, обнаружить этот процесс и элемент № 87 было вдвойне сложнее.

В ходе экспериментов Перей обозначала элемент № 87 как «актиний-К» (AcK), ссылаясь на путь, благодаря которому он образовывался, однако ей нужно было подобрать подходящее название для внесения его в таблицу. Во время защиты степени PhD она предложила назвать элемент «катий» (« catium »), поскольку предполагалось, что это будет самый активный металл, который проще всего потеряет электрон и превратится в катион (выше, в главе про цезий я уже написал, что это не так, и благодаря эффектам теории относительности легче всего расстается с электроном и обладает титулом самого активного металла все же цезий). Название «катий» не понравилось членами комиссии по защите, кто-то даже сыронизировал, что англоязычные химики будут считать, что элемент назван в честь кота. Тогда Перей предложила название «франций», на что комиссия, состоявшая из французов, естественно ничего не смогла возразить.

Франций относится к тем радиоактивным элементам, которые еще содержатся в земной коре (правильнее сказать — регулярно образуются в земной коре в результате распада других элементов), хотя, конечно, содержание этого элемента крайне мало — по оценкам во всей земной коре единовременно присутствует не более килограмма франция. И еще одна деталь — это первый в этой книге химический элемент, который не используется нигде и ни в каком виде — сложности в получении и малый период полураспада не позволяют найти ему применение.

88. Радий

Для поколения, при жизни которого был открыт радий, этот элемент и всё, что с ним связано, было похоже на случившуюся около десяти лет назад эйфорию от создания практически работающих наносистем. Многие читатели наверняка помнят, с каким упоением нам рассказывали про то, что все больше и больше задач могут решить нанотехнологии (и самое интересное — действительно, они могут многое, хотя и не всё, что им приписывают).

Точно также был период, когда чудесный металл радий и его соли обещал нам решение всех проблем. Единственное, что изменилось за сто лет — мы стали несколько опасливее относиться к открытиям (я не имею в виду оголтелую хемофобию, а обычные меры по определению безопасности материалов). Этого не хватало людям, жившим в 1898 году, когда был отрыт радий, и радий быстро появился в зубных пастах, ушных каплях и медицинских процедурах.

Особенно же радий стал популярен благодаря тому, что его соли можно было использовать для получения краски, которая светится в темноте — небесно-голубое свечение солей радия можно было встретить на стрелках и циферблатах наручных часов и просто светящихся в ночи без притока энергии надписях и схемах. Однако через некоторое время оказалось, что у работников, готовящих светящиеся радиевые чернила или наносившие с их помощью надписи, начались регулярные боли, анемия и рак. Стало ясно, что что-то пошло не так, радий перестали применять для изготовления «ширпотреба», но к моменту запрета около сотни рабочих, имевших контакт с радиевыми красками, умерло, и еще большее число стали инвалидами.

Бесспорно, наиболее известной жертвой радия можно назвать её первооткрывательницу — Мари Кюри. Мари и Пьер изучали минерал уранинит (урановую смолку). Уранинит добывали около чешского города, который сейчас носит название Яхимов. Из уранита добывали уран, который шёл на изготовление уранового хрусталя и красок для росписи по стеклу и керамике, а пустую породу сбрасывали в отвал в близлежащем лесу. Отходы добычи урана не только сохраняли радиоактивность, но и были более радиоактивны, чем руда до извлечения урана.

В письме сестре Броне Мари писала, что остаточная радиация вызвана присутствием нового химического элемента, и Мари уверена, что ей удастся найти этот элемент. Переработав несколько тонн уранита и уранита после извлечения урана, супруги Кюри с интервалом в несколько месяцев 1898 года нашли не один, а два химических элемента — полоний и радий. Радий был получен в виде металла в 1910 году. Название элемента переводится с латинского как «луч», а радий оказался наиболее радиоактивным материалом естественного происхождения. Хотя Мари Кюри умерла в 1934 году в возрасте 66 лет, причина её смерти — апластическая анемия более, чем наверняка, является следствием её работы с радиоактивными материалами. Мадам Кюри похоронена в свинцовом гробу, а её и Пьера лабораторные журналы и записи хранятся в коробках, экранированных свинцом, а для их изучения необходимо надевать средства защиты.

В естественных условиях радий встречается в продуктах распада урана, хотя и в малых количествах. Он представляет собой самый тяжелый щелочноземельный металл, близкий по химическим свойствам кальцию и барию. Атомный номер радия 88, в земной коре можно найти изотопы радия с атомными массами 228, 226, 224 и 223, также существует еще 21 искусственный изотоп.

Радий сыграл свою роль в решении проблемы строения атома. Радий был использован Эрнестом Резерфордом в качестве источника α-частиц — ядер атомов гелия, которыми бомбардировали тонкую фольгу из золота. Неожиданно ассистенты Резерфорда — Ганс Гейгер и Эрнест Марсден обнаружили, что очень небольшая доля α-частиц отражается от фольги. Сам Резерфорд, комментировал эту находку так: «Это было почти столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанёс удар». Такое поведение α-частиц позволило Резерфорду сделать вывод о существовании плотных компактных атомных ядер, что, стало первым шагом к созданию современной теории строения атома. Этот самый известный эксперимент Резерфорда был сделан через год после получения Резерфордом Нобелевской премии по химии «… за проведённые им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ …». Заметим, что в том, что Резерфорду вручили Нобелевскую премию именно по химии есть некая ирония (или шутка Нобелевского комитета), и именно после известия о присуждения «химического Нобеля» Резерфорд и изрёк свое знаменитое: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок».