Сбылась мечта алхимиков

Один известный американский ученый как‑то заметил, что, вероятно, самым изученным элементом на земле сейчас является плутоний, первые атомы которого были созданы в лаборатории в 1940 году и о самой возможности существования которого до этого ничего не было известно.

Да, вероятно, многие из читателей этой книги, изучавшие химию в довоенные годы, помнят периодическую систему элементов, обрывающуюся ураном. И, наверное, не мало кому мечталось найти ее продолжение.

Об этом мечтали не только школьники, но и убеленные сединами ученые. Не зря в научной печати на протяжении ряда десятилетий то тут, то там появлялись сообщения об открытии девяносто третьего элемента. Надо ли добавлять, что все эти находки тут же опровергались нередко самими «открывателями», впавшими в ошибку честными учеными.

Трансурановых элементов так и не нашли. Только следы первых двух – нептуния и плутония – удалось открыть в урановых рудах. Возможно в принципе существование где‑то в рудах редкоземельных элементов кюрия – четвертого зауранового элемента. Его период полураспада достаточно велик, чтобы можно было не считать навсегда потерянной возможность обнаружить его редкие атомы современными методами сверхточного анализа. Но вряд ли это понадобится. Ведь и нептуний и плутоний искали тогда, когда еще не умели изготовлять эти элементы. А теперь плутоний изготовляют на специальных заводах килограммами. Изготовляют точно так же, как изготовляют на молокозаводах сыр, на химических – пластмассу, на текстильных – ткани. Ученые нашли способы осуществить мечту древних алхимиков о превращении элементов. Но на соответствующих заводах люди в белых, как у хирургов, халатах изготовляют не бесполезное и дешевое золото, а необычайно важный и несравненно более драгоценный металл плутоний.

В 1934 году известный итальянский физик Энрико Ферми подверг бомбардировке нейтронами уран. Проведя затем его тщательный анализ, он обнаружил новый элемент, по своим свойствам не похожий ни на один из известных. Ферми тогда же высказал предположение, что получен заурановый элемент. Однако уточнить положение этого элемента в периодической системе не удалось.

В 1939 году в продуктах деления взорвавшихся ядер урана обнаружили изотоп с продолжительностью жизни всего 2,3 дня. Дополнительные исследования этого изотопа позволили установить, что он принадлежит следующему за ураном элементу. Этот металл назвали нептунием – в соответствии с названием планеты, следующей за Ураном.

В 1940 году группа химиков Калифорнийского университета обнаружила следующий трансурановый элемент. По той же традиции он был назван плутонием.

В 1944 году были приготовлены искусственным путем еще два следующих за плутонием элемента. Поскольку возможности найти астрономические имена среди крупных планет солнечной системы были исчерпаны, ученые назвали их америцием и кюрием – в честь материка, на котором они были открыты, и ученых Пьера и Марии Кюри, открывших радиоактивные элементы.

Эти четыре элемента получены к настоящему времени в значительных количествах, выделены в виде чистых соединений. Особенно много получено плутония, который оказался ценным ядерным топливом и получение которого является наиболее легким.

Все последующие заурановые элементы были получены в очень небольших количествах, иногда измеряемых считанными атомами.

В 1949 году в Калифорнийском университете был создан пятый трансурановый элемент – берклий, а в 1950 году – шестой, калифорний. И тот и другой получили названия по территориальному признаку– городу и штату, в котором работали изготовившие его ученые.

В конце 1952 года во время испытания термоядерного оружия воздействию мгновенного, но чрезвычайно мощного потока нейтронов был подвергнут уран. В полученных продуктах ученые нашли два новых элемента – седьмой и восьмой. Их назвали эйнштейнием и фермием – в честь двух выдающихся ученых. Позже эти элементы были получены и другими путями.

В мае 1955 года американские физики А. Джиорсо, Б. Харвей, Г. Чоппин, С. Томпсон и Г. Сиборг изготовили еще один элемент. Это был уже сто первый элемент периодической системы элементов, совсем недавно обрывавшейся девяносто вторым знаком. Ученые назвали этот элемент менделевием – «в признание ведущей роли великого русского химика Дмитрия Менделеева, который первым использовал периодическую систему элементов для предсказания химических свойств еще не открытых элементов», – писали они.

И, наконец, в июле 1957 года было сообщено о создании сто второго элемента периодической таблицы. На этот раз весть о новом металле пришла из Стокгольма. Изготовили новый элемент ученые объединенной группы исследователей, в числе которых были американцы, англичане и шведы. Они назвали его нобелием – в честь Нобелевского института, в котором работали ученые.

Нелегко получить и обнаружить атомы элемента, который распадается за несколько минут. И все же физики, пятьдесят раз повторив опыт, обнаружили 17 атомов нового вещества. Советские ученые, поставив контрольные эксперименты, за месяц непрерывного облучения обнаружили 18 подобных ядер. Еще нет полной уверенности в их тождественности, но, по всей вероятности, этими 35 атомами и исчерпывается все количество нобелия на Земле за последние несколько миллиардов лет ее развития.

Изучение свойств трансурановых элементов привело к неожиданному выводу: все они похожи целым рядом черт друг на друга, а не на те элементы, которые стоят над ними, если разместить их просто по свободным клеткам. И ученые высказали предположение, что все они – обитатели одной клетки периодической системы. Кстати, аналогичное явление уже известно: в пятьдесят седьмой клетке, которую занимает элемент лантан, живут еще целых четырнадцать элементов. Их называют редкоземельными или лантаноидами. Вот такое же семейство элементов представляют собой и все искусственно полученные трансурановые элементы да, кроме них, еще сам уран и предшествующие ему протактиний и торий. А клетка, в которой прописаны все эти элементы, принадлежит по закону актинию. Таким образом, и знаменитый старый уран, и не менее знаменитый юный плутоний становятся просто рядовыми членами большого семейства актинидов. Из всех возможных членов этого семейства, а их должно быть, как и лантаноидов, пятнадцать, пока не обнаружен только один, последний. Сообщения об открытии этого 103‑го элемента периодической системы, полученные летом 1961 года, еще не достоверны.

Все трансурановые элементы – типичные металлы. Самый тяжелый из них нептуний. Его удельный вес – свыше 19 г на куб. см. Он плавится при температуре около 640 градусов. Самый долгоживущий изотоп нептуния имеет период полураспада 2200 тысячи лет.

В настоящее время нептуний получают в количествах нескольких граммов в год. Это больше, чем добыча радия всего двадцать пять лет назад.

Половина ядер самого долгоживущего изотопа плутония распадается за 76 млн. лет. Это тоже металл с голубоватым блеском, быстро окисляющийся на воздухе. Он плавится при той же температуре, что и нептуний, но имеет целый ряд абсолютно уникальных качеств.

Прежде всего, он – единственный из металлов, имеющий шесть различных модификаций при атмосферном давлении и интервале температур от комнатной до температуры плавления. Это значит, что при нагревании или охлаждении у него шесть раз изменяется структура кристаллической решетки.

При перекристаллизации плутоний меняет свой объем и плотность. Поэтому удельный вес у него не постоянный, а зависит от того, при какой температуре его определили. Он изменяется в пределах примерно от 16 до 20 г на куб. см.

Плутоний при комнатной температуре имеет самое большое среди всех металлов электрическое сопротивление.

Все металлы при нагревании расширяются. Плутоний при нагревании сжимается.

Если бы плутоний не был сильно радиоактивным элементом, столь любопытные физические свойства его, вероятно, нашли бы разнообразнейшие применения.

Получение плутония в промышленных количествах считается несложным делом. Для этой цели используют крупные промышленные ядерные реакторы. На каждый килограмм использованного в них урана‑235 образуется 800 граммов плутония. Плутоний производится в настоящее время килограммами и десятками килограммов.

Наиболее долгоживущий изотоп америция имеет период полураспада 8800 лет, кюрия – 470 тысяч лет, берклия – 7 тысяч лет, калифорния – 400 лет и эйнштейния – 2 года. Фермий живет всего несколько дней, менделевий – около получаса, нобелий – несколько минут.

Трансурановые элементы – не единственные в периодической системе, полученные искусственным путем. Кроме франция, о котором мы уже говорили, в лабораториях физиков были изготовлены и другие недостающие элементы периодической системы. Они заполнили остававшиеся в течение долгих лет пустыми сорок третью, шестьдесят первую и восемьдесят пятую клетки. Это технеций, прометий и астатин.

Технеций (его существование и основные химические свойства предсказал еще Менделеев) был получен в 1937 году итальянскими учеными Э. Сегре и К. Перрье. Они и дали ему название, в котором было запечатлено его искусственное происхождение. В настоящее время этот металл получают в довольно значительных количествах. В «ядерных осколках», образующихся из 1 кг плутония, содержится около 10 г долгоживущих изотопов технеция.

Из свойств технеция наиболее интересным является то, что он становится сверхпроводимым при самой высокой температуре из всех других элементов. Уже при охлаждении до 11,2 градуса абсолютной шкалы возникает у технеция это свойство.

Прометий и астатин были получены позже технеция.

Можно ли что‑нибудь сказать о перспективах широкого применения заурановых и искусственно изготовленных элементов периодической системы?

Можно ли предсказать будущую профессию новорожденного? Так же нелегко предсказать судьбы новорожденных элементов. Но не исключено, что они будут применяться так же широко, как сегодня, положим, ванадий или сурьма.

В настоящее время в периодической системе элементов уже нет пустых, незаполненных клеток. И нет, значит, в природе элементов, еще не открытых человеком, кроме…

Да, кроме тех, которые лежат с обоих концов периодической системы. Там, за водородом, который мы считаем началом этой таблицы, член‑корреспондент Академии наук СССР С. З. Рогинский поставил нулевой элемент – нейтрон. Может быть, еще дальше, за нулем – продолжение периодической системы в область антивещества, вещества навыворот?

А с другой стороны, за нобелием, если перешагнуть область неустойчивых ядер, распадающихся за секунды, может быть, снова начнутся ядра устойчивые, нераспадающиеся?

Недолго существовать этим вопросам. Стремительное развитие сегодняшней физики скоро найдет исчерпывающие ответы.

Но это не значит, что не встанут новые вопросы.

X. ВЕЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

«Когда мы победим в мировом масштабе, мы, думается мне, сделаем из золота общественные отхожие места на улицах нескольких самых больших городов мира… – писал Владимир Ильич Ленин в 1921 году. – Пока же: беречь надо в РСФСР золото, продавать его подороже, покупать на него товары подешевле».

В течение многих веков и тысячелетий золото было драгоценным металлом. Из него делали ювелиры украшения и чеканили монеты. На золото переводилась стоимость всего созданного человеческим трудом. Золото было всеобщим эквивалентом, в котором все товары выражали свою стоимость. Так было еще в Древнем Китае, Индии, Египте, Греции. Так было в Европе и Америке в эпоху капитализма.

Но так не будет в коммунистическом обществе. Настанет время – «наступит изобилие материальных и культурных благ и труд превратится для всех членов общества в первую жизненную потребность», – записано в Программе КПСС. Отпадет необходимость в наличии переводной универсальной единицы затраченного труда. На что же тогда будет использоваться золото?

Увы, этот металл за многие века отвык трудиться сам, поэтому ограниченны и сегодня его применения. Мастера золотых покрытий, ювелиры, зубные техники – вот, пожалуй, и весь список людей, заставляющих золото работать. Но найдутся еще разнообразнейшие применения и золоту.

Золотые статуи и обелиски поставят, возможно, на площадях коммунистических городов. Золото не ржавеет. Это великое достоинство. Чтобы передать вечности то, что вечности достойно, может быть, будет использоваться этот вечный металл.

К группе благородных относят и несколько других неокисляющихся металлов, соседей золота в периодической системе элементов, – серебро, платину и металлы платиновой группы – палладий, иридий, родий, рутений и осмий.

Целый ряд важнейших применений имеют эти металлы: и серебро, издавна бывшее наряду с золотом всеобщим эквивалентом, в древности ценившееся дороже золота; и платина, сегодня более дорогая, чем золото; и редкие металлы платиновой группы, хотя их несравненно меньше, чем золота, хотя они совсем недавно по сравнению с золотом стали служить человеку.

Кровь и пот

Скупой рыцарь из одноименной маленькой трагедии А. С. Пушкина, стоя над раскрытыми сундуками с собранным им золотом, восклицает:

Да! Если бы все слезы, кровь и пот,

Пролитые за все, что здесь хранится,

Из недр земных все выступили вдруг,

То был бы вновь потоп. – Я захлебнулся б

В моих подвалах верных…

Сверкающий вечный металл на протяжении тысячелетий, переходя из рук в руки, влек за собой преступления и войны, нищету большинства и бессмысленную роскошь немногих. Уже в древних сказаниях и легендах золото – тот узел, вокруг которого бушуют самые черные страсти.

В египетских папирусах, написанных тысячелетия тому назад, рассказывается о борьбе и походах за золотом.

Гибель прекрасных и своеобразных культур ацтеков и майя, уничтоженных европейскими завоевателями, в значительной степени произошла потому, что новый материк Америка на несчастье оказался богат золотом. Целые народы были стерты с лица земли, чтобы испанские, португальские и английские разбойники могли привести в свои страны суда, нагруженные желтым металлом.

История открытия каждого нового золотоносного района – это история массовой психической болезни, «золотой лихорадки», история бесчисленных трагедий, бессмысленных смертей, отвратительнейших преступлений. Так было, когда золото открыли в песках Бразилии. То же повторилось, когда толпы золотоискателей ринулись в раскаленную Калифорнию. Вакханалию «золотой горячки» в ледяном Клондайке изумительно описал в своих рассказах Джек Лондон.

Сколько войн в человеческой истории непосредственно было вызвано золотом! И не только войны Англии с Испанией за право грабить вновь открытую Америку или войны Англии с Трансваалем за драгоценные золотые и алмазные прииски. Нет, в конечном итоге все феодальные и капиталистические войны велись из‑за золота, какими бы причинами – религиозными ли, национальными ли – это ни прикрывалось.

Более 50 тысяч тонн этого металла добыто на земном шаре. Большая половина его и сейчас, видимо, находится в сейфах и хранилищах банков разных стран мира.

А ведь золото может быть и прекрасным, стоит ему попасть в хорошие руки. Сколько вдохновенных шедевров создали из золота искусные руки ювелиров! И как часто эти шедевры превращались в лом только потому, что это было золото!

Золото начали добывать одновременно с медью, а может быть, и раньше меди. «Золото было в сущности первым металлом, который открыл человек», – заметил Карл Маркс. Ведь самородное золото не надо было ни выплавлять, ни очищать хитроумными способами. И поэтому уже в позднем неолите встречается обработанное человеком золото. Платон упоминает золото среди тех металлов, которыми была богата Атлантида.

Однако золота было не так уж много в странах древнего обитания человечества – Европе, Северной Африке, Южной Азии. И количество этого металла, находящегося в руках людей, поэтому долгое время оставалось стабильным. Открытие Америки и ее стремительное ограбление впервые резко нарушили установившееся равновесие: золото подешевело.

Рост добычи золота начался с конца XVII века, когда началась интенсивная разработка бразильских месторождений. В течение XVIII века в среднем в год добывалось около 19 тонн желтого металла. Начало XIX века заняла война американских колоний с Испанией, и добыча золота резко сократилась. Так, за период с 1801 по 1820 год его в среднем добывалось всего около 14,6 тонны. В середине этого века добыча золота резко выросла. Уже в 1851–1860 годах ежегодно добывали в среднем 201,3 тонны золота. К началу XX века эта цифра поднялась до 485,4 тонны.

В результате первой мировой войны добыча золота начала падать. Однако уже в 1938 году она достигла в капиталистических странах 1163 тонн, а в 1940 году– 1268 тонн.

Вторая мировая война снова вызвала снижение добычи золота. В 1945 году было добыто всего 812 тонн этого металла. Однако уже в 1950 году восемь главных поставщиков золота капиталистической половины мира довели его добычу до 1011 тонн. В 1960 году в капиталистических странах было добыто 1067 тонн золота.

Основная часть этого золота была добыта в Трансваале. Трехкилометровой глубины шахты пробиты там в недра Земли к жилам, содержащим драгоценный металл. Температура воздуха в забоях не спускается ниже 35–40 градусов. Мучительным трудом рабочих, в подавляющем большинстве кафров добывается здесь желтый металл, приносящий невиданные богатства владельцам копий.

Богаты золотом недра нашей Родины. Умелые золотых дел мастера издавна жили в русских городах.

Есть невдалеке от индустриального Свердловска, за студенческим городком, озеро с древним названием Шарташ. На берегу его и ныне стоят крестьянские избы деревни – однофамилицы озера. В 1745 году житель этой деревни Ерофей Марков открыл первое на Урале коренное месторождение золота – Березовское. Это и положило начало в нашей стране золотодобывающей промышленности.

Но это было только самым началом открытия золотой кладовой Сибири. С 1820 годов начала быстро расти добыча золота в нашей стране. Этому способствовали открытия золотых россыпей в бассейне Енисея и в Забайкалье. А в 1846 году были открыты знаменитые Ленские россыпи.

Но и это еще было не все. В середине 50‑х годов прошлого века дали золото россыпи в бассейне Амура, в 1871 году – россыпи Приморского края. Невиданно вырос удельный вес русского золота в мировой добыче.

До 1923 года включительно в нашей стране было добыто 2879 тонн золота. Наибольшее количество–63,7 тонны – дал 1910 год.

Тяжело было работать на приисках царской России. Нелегок был и труд наемных рабочих и «вольных» старателей. Официально рабочий день был установлен в 11,5 часа, однако в летнее время он нередко продолжался и 16 часов. Отсюда частые забастовки. Наиболее известная из них – на Ленских приисках 4 апреля 1912 года. Она вошла в историю революционного движения нашей страны.

Советское правительство сразу же после Великой Октябрьской революции обратило особое внимание на развитие золотой промышленности. Новая техника, новые порядки пришли на золотые прииски. И уже в 1933 году добыча золота в нашей стране значительно превысила продукцию царской России.

Из полукустарного промысла золотая промышленность стала одной из самых современных, самых технически оснащенных.