Лев Власов - Занимательно о химии

Известны сплавы, состоящие из доброго десятка металлов, и каждая новая добавка по-своему влияет на свойства. Известны сплавы из двух металлов — биметаллические, но в зависимости от того, сколько какого компонента взято, свойства будут различными.

Одни металлы сплавляются очень легко и в любой пропорции. Таковы бронза и латунь (сплав меди с цинком). Другие ни при каких условиях не желают сплавляться, например медь с вольфрамом. Ученые все же приготовили их сплав, но необычным путем, методом так называемой порошковой металлургии: спеканием медного и вольфрамового порошка под давлением.

Существуют сплавы жидкие при комнатной температуре и сплавы исключительно жаростойкие, которые охотно берет на вооружение космическая техника. Немало, наконец, таких сплавов, что не разрушаются под действием даже самых сильных химических реагентов, и сплавов, по твердости лишь немного уступающих алмазу…

Кибернетические машины могут многое. Они научились играть в шахматы; предсказывать погоду; выяснять, что происходит в недрах далеких звезд; производить расчеты совершенно невообразимой трудности. Только умей задать им программу действий. И все крепче становится дружба кибернетики с большой химией. Огромные заводы-автоматы, управляемые счетно-вычислительными машинами. Множество химических процессов, о которых исследователям все становится известным ранее, чем эти процессы осуществят на практике…

Но есть в распоряжении химиков одна совершенно необычная «кибернетическая» машина. Она была изобретена около ста лет назад, когда и само слово «кибернетика» отсутствовало в языках народов мира.

Эта удивительная машина — периодическая система элементов.

Она позволила ученым делать то, на что ранее не отваживались даже самые дерзкие из исследователей. Периодическая система дала возможность предсказывать существование элементов, еще не известных, еще не открытых в лабораториях. Мало предсказывать. Она выдавала данные о том, какими свойствами будут обладать эти незнакомцы. Окажутся они металлами или неметаллами. Будут тяжелыми, как свинец, или легкими, как натрий. В каких земных рудах и минералах следует искать неизвестные элементы. Даже на эти вопросы давала ответ «кибернетическая» машина, изобретенная Менделеевым.

В 1875 году французский ученый Поль Лекок де Буабодран сообщил коллегам важную новость. В цинковой руде ему удалось обнаружить примесь нового элемента, маленькую крупинку весом не более грамма. Опытный исследователь со всех сторон изучил свойства галлия (такое имя получил «новорожденный»). И как полагается, напечатал об этом статью.

Прошло немного времени, и почта доставила Буабодрану конверт со штемпелем Санкт-Петербурга. В коротком письме французский химик прочитал, что корреспондент целиком и полностью согласен с его результатами. Кроме одной детали: удельный вес галлия должен быть не 4,7, а 5,9.

Под текстом стояла подпись: Д. Менделеев.

Буабодран заволновался. Неужели русский титан химии опередил его в открытии нового элемента?

Нет, Менделеев не держал в руках галлия. Он просто умело воспользовался периодической системой. Ученый уже давно знал, что в таблице, на том месте, где нашел место галлий, должен был рано или поздно оказаться неизвестный элемент. И предварительное имя дал ему Менделеев: «экаалюминий». И химическую природу исключительно точно предсказал, зная свойства его соседей по периодической системе…

Вот как Менделеев стал первым «программистом» в химии. Еще с добрый десяток неизвестных элементов предсказал Менделеев и с большей или меньшей полнотой описал их свойства. Их имена: скандий, германий, полоний, астат, гафний, рений, технеций, франций, радий, актиний, протактиний. И к 1925 году многие из них были успешно открыты.

В двадцатых годах нашего столетия физика и химия могли похвастать грандиозными успехами. За каких-то два десятилетия эти науки едва ли не достигли большего, чем за всю предшествующую историю человечества.

А дело открытия новых элементов вдруг застопорилось. В периодической системе было еще несколько «пробелов», которые предстояло заполнить. Им соответствовали клетки с номерами 43, 61, 85 и 87.

Но что же это за странные элементы, которые никак не хотели вселяться в периодическую систему?

Незнакомец первый. Элемент седьмой группы. Его порядковый номер 43. Расположен в таблице между марганцем и рением. И по свойствам должен быть подобен этим элементам. Искать его следовало в марганцевых рудах.

Незнакомец второй. Собрат редкоземельных элементов, во всем на них обязанный походить. Порядковый номер 61.

Незнакомец третий. Самый тяжелый галоген. Старший брат йода. Он мог стать сюрпризом для химиков. Еще бы, у него не исключались слабые свойства металла! И галоген и металл — великолепный пример двуликого элемента. Его ожидала квартира номер 85 Большого дома.

Незнакомец четвертый. Ох, какой интересный элемент! Самый яростный, самый активный металл, который легко плавился бы в ладони. Самый тяжелый из щелочных металлов. Номер его 87.

Ученые составили весьма подробные досье на таинственных незнакомцев. Шерлок Холмс отыскивал преступника по пеплу выкуренных сигар, по частичкам глины, приставшим к подошвам. Но его приемы не шли ни в какое сравнение с точнейшими методами химиков, научившихся распознавать мельчайшие количества неизвестных веществ.

Хитроумного сыщика всегда сопровождала удача. Химикам же не везло. Сколько ни преследовали они загадочных незнакомцев, упорно не желавших въезжать в уготованные им квартиры, ученых ждали одни лишь разочарования.

Незнакомцев искали всюду: в пепле сигар и в золе растений; в самых редких, самых экзотических минералах — гордости минералогических музеев; в воде морей и океанов. Увы!

На полку нерешенных проблем легло «Дело о таинственном исчезновении химических элементов № 43, 61, 85, 87». «Унылое дело», как сказали бы иные следователи.

Неужели природа выкинула неожиданный трюк: исключила эти элементы из списка простых веществ, существующих на нашей планете? По странной, свойственной ей, природе, прихоти…

Действительно, попахивало какой-то мистикой. Чудес, как известно, на свете не бывает, но четыре квартиры Большого дома необъяснимым образом продолжали пустовать.

Они заполнились лишь тогда, когда ученые научились искусственно приготовлять химические элементы.

Бесчисленное множество химических реакций происходит в окружающем нас мире. Все они подчиняются власти химии электронных оболочек. Атом может приобрести электроны, может отдать их — он станет отрицательно или положительно заряженным ионом. Атом может в совокупности с сотнями и тысячами других построить гигантскую молекулу. Но он останется носителем свойств того же самого элемента. Два с лишним миллиона соединений образует углерод. И в каждом из них, будь то углекислый газ CO2 или сложнейший антибиотик, углерод остается углеродом.

Чтобы превратить один элемент в другой, нужно перестроить ядра его атомов. Нужно изменить заряд ядра.

Химики, проводя химические процессы, используют высокую температуру и большое давление, применяют катализаторы — небольшие добавки различных веществ, ускоряющих течение реакции.

Тысячами градусов и сотнями тысяч атмосфер атомное ядро перестроить не удается. Превратить один элемент в другой таким путем невозможно.

Это под силу новой науке — ядерной химии.

У ядерной химии — свои методы. Ее «температуры и давления» — это протоны и нейтроны, ядра тяжелого изотопа водорода (дейтроны) и ядра атомов гелия (альфа-частицы), наконец, ионы легких элементов таблицы Менделеева — бора и кислорода, неона и аргона. Ее химические аппараты — ядерные реакторы, где рождаются некоторые бомбардирующие частицы, и ускорители (сложные физические установки, где частицы разгоняются до больших скоростей). Ведь чтобы проникнуть в атомное ядро, частица-снаряд (особенно если она положительно заряжена) должна обладать большой энергией; тогда ей легче преодолеть отталкивающее действие заряда ядра. У ядерной химии своя символика, но уравнения ее реакций записываются и подобно «обычным» химическим уравнениям.

Эта новая наука позволила заселить пустовавшие клетки таблицы Менделеева.

Греческое слово «технетос», что значит «искусство», вошло в название первого элемента, искусственно приготовленного человеком. В конце 1936 года быстрый поток дейтронов, ускоренных в циклотроне, обрушился на пластинку из молибдена. Стремительные дейтроны, как нож сквозь масло, пробились через электронные оболочки и достигли ядра. Дейтрон, состоящий из протона и нейтрона, при столкновении с ядром распался, нейтрон отлетел в сторону, а протон застрял в ядре. Тем самым заряд ядра увеличился на единицу. Значит, молибден, обитающий в клетке номер 42, превратился в своего правого соседа — элемент номер 43.