Хью Олдерси-Уильямс - Научные сказки периодической таблицы. Занимательная история химических элементов от мышьяка до цинка

Синтез таких сверхтяжелых элементов, в принципе, вопрос простого прибавления. Самый тяжелый элемент в таблице Менделеева, реально присутствующий в природе, – уран. Сиборг и Гиорсо создали несколько следующих элементов в последовательности путем бомбардировки урановых мишеней более легкими частицами в надежде, что какие-то из них застрянут и таким образом возникнет новый, еще более тяжелый элемент. Так действительно были получены плутоний, америций и другие. Основная сложность, связанная с этой процедурой, заключалась в том, что мишени сами по себе становились все более нестабильными; росла вероятность того, что бомбардировка вызовет только «шрапнель» из мелких частиц высоких энергий и не породит тяжелых атомов. Открытие Армбрустера состояло в том, что если использовать в качестве «орудия» атомы некоторых элементов среднего веса, то можно вернуться к более устойчивым мишеням. Элемент с номером 107, борий, был получен путем бомбардировки атомов висмута атомами хрома. Элемент номер 112 – насильственным соединением атомов свинца и цинка. Так как новый элемент существует в лучшем случае всего несколько секунд и затем распадается, его наличие регистрируется не путем прямого наблюдения, а с помощью измерения энергии частиц его распада и определения состава оставшегося стабильного ядра. На основании этой информации возможно высчитать атомное число нового элемента, который реально существовал лишь короткое мгновение перед распадом. Подобные открытия, конечно же, не имеют ничего общего с классическим представлением о них с возгласами «Эврика!» и падением яблок на голову. Ощущение, которое испытывают в таких случаях исследователи, скорее сравнимы с тем, что чувствует археолог, восстанавливающий по нескольким черепкам древнюю амфору.

Хотя исследователи этих крайних пределов периодической таблицы в основном физики, они разделяют с химиками стремление как можно подробнее описать новые элементы и получить их соединения. И в упомянутом стремлении они руководствуются вовсе не какой-то сентиментальной ностальгией по прежним временам и желанием следовать по пятам открывателей первых элементов, а основополагающими научными принципами. Группе Армбрустера удалось создать такие соединения, как сульфат бория и тетроксид хассия, работая лишь с четырьмя атомами названных элементов. Тем не менее этого оказалось достаточно для того, чтобы подтвердить их химическое сходство с элементами, расположенными в периодической таблице непосредственно над ними, продемонстрировав таким образом, что принципы, в свое время открытые Д. И. Менделеевым, продолжают действовать и для новых экзотических элементов. Армбрустер поясняет.

Возникали предположения, что таблица Менделеева не выдержит новых тяжелых элементов. Принципы теории относительности, действующие в случае с внутренними электронами, движущимися со скоростью, близкой к скорости света, означают, что законы обычной квантовой механики здесь более не применимы. Однако мы обнаружили, что хассий ведет себя примерно как железо, а элемент с номером 112 – как ртуть.

Я задаю Армбрустеру вопрос о названиях. Называние элементов – дело химика, отвечает мне физик-ядерщик. Добавление протона к атомному ядру превращает его в другой химический элемент на одну единицу тяжелее. Добавление нейтрона просто делает из него более тяжелый изотоп того же самого элемента. Физики считают несправедливым, что новое название присваивается только в первом случае. Тем не менее Армбрустер принимал участие в присвоении названия многим элементам. По его словам, до 1992 г. первооткрыватель элемента пользовался преимущественным правом на выбор названия, затем все изменилось вследствие споров по поводу приоритета во времена «холодной войны». В настоящее время первооткрывателям разрешено лишь выдвигать предложения по поводу названий. Я замечаю слегка виноватую интонацию в голосе Армбрустера, когда он объясняет мне, почему его группа решила выбрать для 108-го элемента название хассий (в честь немецкой федеральной земли Гессен), а 110-й назвать дармштадтием. Официальным основанием для этого служит то, что таким образом они создали группу элементов с географическими названиями, в которую входят также европий и германий (Дармштадт – Гессен – Германия – Европа) и ответили на присвоение предшествующим элементам Сиборгом и Гиорсо названий америций, калифорний и берклий (по данному поводу в «Нью-Йоркере» появилась шутка, что теперь ученым осталось только открыть «университетий»). «Эта дурная традиция возникла в Беркли. Нам ничего не оставалось, как повторить ее в Европе», – поясняет Армбрустер. Вирус национализма крайне заразителен. Но в названиях, придуманных в Дармштадте, есть и более тонкий, патриотический подтекст – попытка продемонстрировать значимость Германии в ядерной физике. Любимое название Армбрустера из всех шести элементов, в присвоении наименований которым он принимал участие, – название элемента номер 109, мейтнерий, в честь австрийского физика-женщины и наполовину еврейки Лизе Мейтнер. Поначалу работавшая в Берлине, затем в Стокгольме и в Копенгагене, после эмиграции из нацистской Германии в 1938 г., Мейтнер стала одним из первооткрывателей явления ядерного распада – процесса, при котором атомное ядро расщепляется с выделением огромных объемов энергии. (В своей работе она также доказала, что элементы тяжелее урана не могут быть стабильными.) Мейтнер работала в атмосфере повсеместной дискриминации ученых-женщин и опасности нацистских преследований. «Я глубоко убежден, что она одна из важнейших фигур в истории ядерной физики ХХ века, – говорит Армбрустер. – И никакие жизненные тяготы не смогли ее сломить».

Так случилось, что я беседовал с Армбрустером через несколько дней после того, как он направил свое предложение о названии элемента с номером 112 в Международный союз чистой и прикладной химии (МСЧИПХ), организацию, занимающуюся утверждением химической номенклатуры. МСЧИПХ требует, чтобы у каждого нового элемента было легко произносимое название и запоминающийся химический символ. Выбор наименования для 112-го элемента сузился до 30 вариантов, нескольких немецких и нескольких русских. В нем отразился состав группы, проводившей исследования. Предыдущий открытый ими элемент с номером 111, был назван рентгением в честь немецкого ученого, открывшего рентгеновские лучи, Вильгельма Рентгена. Мне не удается выяснить, какое предложение выдвинул сам Армбрустер, он только намекнул, что к его нынешнему предложению патриотизм не имеет никакого отношения. «Я сделал все от меня зависящее, чтобы прервать последовательность элементов с названиями в честь немецких ученых и немецких городов», – признается Армбрустер [57] В феврале 2010 г. МСЧИПХ утвердил название коперниций в честь астронома Николая Коперника, родившегося в 1473 г. в северной Польше, которая в те времена была частью Прусской Конфедерации. – Прим. авт. .