Оповідання з хімії - Юрій Якович Фіалков

Для більшості зауранових елементів одержано по декілька ізотопів. Для нептунію їх відомо 11, для плутонію — 14. Дуже старанно вивчені властивості кожного з ізотопів зауранових елементів у відношенні здатності випускати радіоактивні промені, бо у переважній більшості випадків, за винятком плутонію, всі ці елементи добувають у дуже малих кількостях. Тому їх виявляють не хімічним аналізом, як це роблять із звичайними елементами, а способом визначення типу й енергії випромінювання. Сучасні методи дослідження дозволяють виявити розпад навіть одного окремого атома.

Вивчення хімічних властивостей зауранових елементів дало, на перший погляд, дуже дивні результати. Виявилось, що всі ці елементи за своїми хімічними властивостями схожі один на одного. Так, всі вони у водних розчинах можуть давати солі з валентністю металу +3. В свою чергу трансуранові елементи дуже нагадують уран. Властивості аналогічних сполук цих елементів виявились навдивовижу подібними.

Що ж у цій подібності могло здивувати хіміків? Спробуємо відповісти. Закрийте рукою чи аркушем паперу групу елементів на таблиці періодичної системи, позначену як сімейство актиноїдів, і уявіть собі хіміка сорокових років, який розглядає цю таблицю. Тоді вона мала саме такий вигляд. Що міг сказати цей вчений про властивості не вивченого, але відкритого вже елемента 93? Насамперед те, що цей елемент за своїми властивостями подібний до елемента ренію, бо клітина 93 припадає на сьому групу періодичної системи і елемент, який стоїть у цій клітині, мусить знаходитись під ренієм. З такою ж упевненістю він міг сказати, що 94 елемент буде подібний до осмію, бо мусить знаходитись саме під ним.

Але насправді все було не так. Зауранові елементи зовсім не були схожі на своїх імовірних аналогів, зате були схожі один на одного, як рідні брати. Ці елементи справді є рідними братами, але не з народження, а з глибших причин.

Читач, певно, вже звернув увагу на те, що в періодичній системі після елемента з порядковим номером 56 іде клітина, в якій стоять номери 57–71. 15 елементів у одній клітині! Або, правильніше, 15 клітин в одній! У чому ж річ?

Відомо, що зовнішня електронна оболонка атома кожного елемента періодичної системи Менделєєва відрізняється від зовнішньої оболонки атомів сусідніх елементів. Так, наприклад, літій має на зовнішній оболонці 1 електрон, берилій — 2, бор — 3 і т. д. Саме це число електронів на зовнішній електронній оболонці визначає хімічні властивості елементів.

Ось елемент лантан — перший член сімейства під назвою лантаноїдів, тобто лантаноподібних. У нього на зовнішній електронній оболонці три електрони, тому він тривалентний. Ми повинні були б припустити, що наступний за лантаном елемент — церій — матиме на зовнішній електронній оболонці чотири електрони. Однак на зовнішній електронній оболонці церію, як і в лантана, три електрони. Куди дівся ще один електрон? Виявляється, він заповнює одну з внутрішніх електронних оболонок.

Те ж саме спостерігається і в інших лантаноїдів. Всі вони — і празеодим, і прометій, і неодим аж по елемент 71 — мають на зовнішньому електронному шарі три електрони, зате заповнюються в них внутрішні електронні рівні. Ось чому всі ці 15 елементів своїми хімічними та фізичними властивостями надзвичайно подібні один до одного. Недаром проблема відокремлення одного від одного лантаноїдів, або, як ще їх називають, рідкісноземельних елементів, була до останніх років одним з найважчих завдань хімії.

Така сама картина і з елементами, які в періодичній системі йдуть за актинієм. У торію — сусіда актинію — також заповнюється не зовнішня електронна оболонка, а одна з внутрішніх. Те саме слід сказати про протактиній, уран і всі добуті досі зауранові елементи. Через це зауранові елементи разом з ураном, протактинієм і актинієм подібно до лантаноїдів виділяються в окреме сімейство актиноїдів. Таким чином у періодичній системі з’явилась ще одна «багатокімнатна» клітина.

Майже ніде в сучасній хімії так не даються взнаки труднощі експерименту, як у проблемі трансуранових елементів. Що було раніше основним у проблемі вивчення властивостей нового елемента? Виділити більш-менш значні кількості сполук цього елемента, з тим щоб провести експеримент. З викладеного ми вже знаємо, як мало тепер потрібно хімікам, щоб визначати абсолютну величину цих «більш-менш» значних кількостей.

Для трансуранових елементів проблема виділення стоїть на другому плані. Перш ніж виділити, треба ці елементи добути. Якщо перші зауранові елементи — нептуній, плутоній і почасти америцій і кюрій — вдалося добути порівняно (але тільки порівняно!) легко, то наступні за ними елементи дались в руки дослідникам значно важче. Справа тут насамперед у тому, що із збільшенням порядкового номера зауранових елементів швидко зменшується період їх піврозпаду. Якщо у елементів від нептунію до кюрію період піврозпаду досягає порядку мільйона років (а в найдовговічнішого ізотопа плутонію досягає навіть 80 млн. років), то у берклію він становить вже кілька тисяч років, у каліфорнію — 400 років, у ейнштейнію — 272 дні, а у 101 і 102 елементів — лише кілька секунд. Спробуйте за кілька секунд виділити елемент і вивчити його властивості!

Для виділення 102 елемента вдались до дуже складних засобів. Опромінювана мішень містилась на рухомій стрічці. Утворені атоми 102 елемента внаслідок енергії, одержаної при співударі з «снарядом», вилітали з мішені і притягувались негативно зарядженою фольгою. Ця фольга зразу ж подавалась на лічильник радіоактивних частинок.

Читач вже, мабуть, звернув увагу на те, що багато зауранових елементів добувають бомбардуванням не елементарними частинками, а ядрами атомів азоту і навіть кисню. Мішені повинні бути дуже тонкими, бо інакше ці «великокаліброві снаряди» не зможуть проникати в опромінюваний матеріал. Мішень готують розпиленням опромінюваного металу на яку-небудь пластинку. Звичайно товщина цього шару становить п’ять десятитисячних грама на 1 кв. см. Часто при опромінюванні змінюється структура металу і він осипається.

Є ще одна причина, яка утруднює роботу з радіоактивними речовинами — це їх сильна радіоактивність. Відомо, що радіоактивні промені дуже шкідливо впливають на людський