Оповідання з хімії

Біскайська історія

Одного разу, ще в студентські роки, я наткнувся на цікаву книжку, написану німецькою мовою. Називалась вона «Про струмочки і ріки, які злились і дали славну науку — хімію». Це була історія хімії, написана більш як півтораста років тому.

На товстих і ломких від часу сторінках цієї книги я вичитав історію, яку мені хочеться переказати, бо вона має деяке відношення до теми цього нарису.

…Теплий вітер гнав рвані хмари до затоки. Тонкі і гострі цівочки піску, здіймаючись у повітря з прибережних дюн, виводили пронизливу пісню, що нагадувала стогони грішних душ у пеклі. Коли це порівняння спало на думку отцю-настоятелю бенедиктинського монастиря святого Назера, то він, незважаючи на трагічність становища, не міг втаїти посмішки. Монастир стояв за кілька льє від берега Біскайської затоки на високому березі Луари, і його було добре видно в промінні західного сонця. Від цього монастиря, супроводжувані тужливим співом двох захриплих хлопчиків-служок, в’язнучи в густому піску і важко дихаючи, повзли навколішках брати-бенедиктинці. Першим повз брат Лоренцо Піка, який, власне, і був винуватцем цієї незвичайної процесії.

Приватна записка папи Климента V наказувала монастирю св. Назера зайнятися «шуканням чудових речовин, які перетворюють неблагородні метали в золото, таке необхідне нам зараз в ці тяжкі часи, коли наші брати во Христі відмовились від нас настільки, що керівники богопротивного ордена тамплієрів, володіючи секретом філософського каменю, відмовляються нам його повідомити».

Отец-настоятель, читаючи цю записку, не сміявся, ні, а лише посміхався, що, правду кажучи, теж було порядною крамолою.

Настоятель знав, що папа не випадково вибрав його монастир серед багатьох, яким він вирішив зізнатися в своєму безсиллі. Монастир св. Назера ось уже 20 років славився своєю вченістю. В цьому була заслуга Лоренцо Піка, який зараз першим повз по піску, допомагаючи собі руками і дихаючи важче за інших.

Вільні звичаї в монастирі св. Назера були, можна сказати, освячені традицією десятиліть. Навіть невихід до ранньої обідні не вважався там за тяжку провину. Ось чому Лоренцо Піка, вступивши сюди в 1387 p., міг вільно займатися природничими дослідженнями і досяг у цій справі неабияких успіхів.

Автор книги повідомляє, хоч я ні трохи не ручаюсь за достовірність його повідомлення, що Лоренцо Піка навіть винайшов телескоп за двісті років до Галілея! і спостерігав Місяць. Він залишив твір про чудові властивості речовини, що тепер називається окисом ртуті, який без кінця можна перетворювати в блискучу ртуть і навпаки. Останнє відкриття, між іншим, задовго до Лоренцо зробили араби, але можливо, що він цього не знав.

Безтурботно йшло життя Лоренцо Піка в монастирі св. Назера серед братів-бенедиктинців на рідкість доброї і веселої вдачі. Та все це тривало доти, поки не прибув лист від Климента. Строк на відшукання рецепта одержання золота був дуже короткий, бо папа не сумнівався в існуванні такого рецепта. Хвастливі декларації ордена тамплієрів про можливість одержання будь-якої кількості золота тільки підігрівали нетерпіння Климента V.

Лоренцо Піка висловив здогад, що тамплієри добувають золото не стільки за допомогою філософського каменю, скільки за допомогою шахрайств і вбивств. Та коли папський посланець сказав, що він уперше зустрічається з таким нешанобливим ставленням до священного документа, яким є папір, підписаний самим папою, і при цьому так виразно подивився на отця-настоятеля, що той, простерши руки до зображення святого Назера, поспішно запевнив високого гостя, що зі здібностями Лоренцо скоро можна буде вивозити золото з монастиря возами. З цим посланець і поїхав, наказавши під кінець дати на допомогу Лоренцо стільки монахів, скільки він забажає, бо аліхімічні досліди суть багатотрудні і суєтні.

Після від’їзду папського посланця Лоренцо Піка почав навчати братів-бенедиктинців алхімічної майстерності. В монастирі настали гарячкові дні. Виноград осипався і гнив без догляду, а з вузеньких вікон трапезної, перетвореної в лабораторію, виривався їдкий дим, супроводжуваний словами, які ясно свідчили, що знайомство з алхімією відвертає думки і душі бенедиктинців від бога. Сам Лоренцо Піка не мав сумніву в тому, що всякі рецепти філософського каменю, які наводились у численних творах, суть шарлатанство. Ці твори являлись, здебільшого, набором слів, які були чи то шифрованим текстом, чи то просто нісенітницею.

Двох місяців виявилось досить, щоб зайвий раз переконатися: жодний з рецептів одержання золота не приводить ні до чого, крім марної витрати вихідних речовин, виготовлених з такими труднощами.

Раптом сталося щось дивовижне. Доливаючи до розчину ртуті, розбавленої в азотній кислоті, до якої було домішано трохи йоду, розчин срібла в тій же кислоті, Лоренцо одержав жовтий осад. Відокремивши осад від розчину, він почав його сушити. І порошок з жовтого почав перетворюватись в яскраво-червоний. Піка швидко зняв жаровню з вогню, і порошок знову перетворився в жовтий. Поставив жаровню на вогонь — порошок почервонів, погасив вогонь — колір порошку знову став жовтим.

Якби тепер хтось із хіміків зіткнувся з таким явищем, він ніскільки не здивувався б, знаючи, що має справу із звичайнісінькою термофарбою. Лоренцо Піка добув срібну сіль тетрайодортутної кислоти, яка є термофарбою. Та шістсот років тому це відкриття могло приголомшити будь-кого. Ченці, скупчившись за спиною Лоренцо, затаївши дух, дивились на чудові перетворення. І навіть сам настоятель, прибігши в трапезну, замість того щоб вознести молитву богсродиці за дароване диво, стояв як стовп і дивувався разом з іншими.

Згодом Лоренцо сказав бенедиктинцям, що золото не можна добути штучним способом і що всі спроби зробити це приречені на невдачу. А ще через кілька днів ченці заявили папському посланцеві, який прибув до монастиря і з нетерпінням чекав результатів дослідів, що вони відмовляються шукати рецепт виготовлення золота, бо з цього нічого не вийде.

Високий гість скочив на коня і помчав геть з монастиря. А через деякий час прибуло повеління папи: замолити нечувану непокору особисто перед папою в Авіньйоні, причому від Сент-Назера до Авіньйона повзти на колінах. Виняток було зроблено лише для отця-настоятеля.

Ось чому від монастиря св. Назера, який стояв на високому березі Луари, по дюнах Біскайської затоки навколішках повзли сімнадцять ченців…

Загадкові клітинки

Чекаю запитання: чому це в книзі про найновіші проблеми сучасної хімії автор починає нарис з аліхімічної історії? Кого зараз може цікавити алхімія?

Шістсот-сімсот років тому люди почали мріяти про можливість перетворення одних металів на інші. У марних шуканнях таких рецептів постаріло або загинуло не одне покоління алхіміків. І тільки XX ст. перетворило мрію середньовічних алхіміків у реальну програму наукових досліджень.

Отже, про перетворення елементів…

Безсумнівно, цю розповідь треба починати з Д. І. Менделєєва.

…Це було дуже важко — привести в якусь систему хаос відомостей про властивості хімічних елементів та їх сполук. Адже більше третини хімічних елементів не було відомо зовсім і ніхто не міг сказати, скільки їх повинно бути. Але поки що ніякого закону нема, і Менделєєв терпляче перетасовує свої картки. Нічні вартові не дивуються, що ночами одне вікно в професорському корпусі технологічного інституту завжди освітлене.

Та ось перший варіант періодичної системи створений. Елементи розміщені по своїх клітинках. Вже можна впевнено сказати, які елементи і де саме треба ще відкрити. Більш того, можна з певністю визначити наперед властивості цих елементів. Описав Менделєєв невідкриті ще елементи: екабор, екаалюміній, екакремній. Минає кілька років і ці елементи відкривають дослідники, давши їм назви скандій, галлій, германій.

Відкриття нових елементів перестало бути випадковим, а стало справою науки. Тому не слід дивуватися, що за дві тисячі років існування хімії відкрито 63 елементи, а за якихось п’ятдесят років після створення періодичної системи елементів додали до цієї кількості ще близько тридцяти.

Давно минули часи, коли відкриття хімічного елемента було справою сліпого випадку або казкової удачі. Тепер шукання нових елементів проводиться впевнено, виходячи з положення їх у періодичній системі. У 1925 р. в молібденових рудах виявили елемент реній — аналог марганцю в VII групі періодичної системи. В таблиці лишилось ще чотири порожніх клітини з порядковими номерами 43, 61, 85, 87. Розшуки в різних рудах і хімічних сполуках не приводили поки що ні до яких результатів, а шукання ці велись дуже енергійно, бо відкриття нового хімічного елемента — це наукове досягнення.

Багато хто з хіміків усвідомлював, що лише чотирьом за всю майбутню історію хімії призначено буде зазнати вищої насолоди вченого — першому тримати в руках сполуки елемента, якого до тебе ще ніхто не бачив, і, як наслідок цього, право дати назву цьому елементу.

Проте у багатьох підхід до цієї проблеми був інший.

«Дозвольте, — говорили вони, — хто сказав, що періодична система елементів Менделєєва повинна кінчатися номером 92? Чому не можуть існувати елементи з порядковими номерами 93, 94 і т. д.?»

І цих, останніх, хіміків було немало. Ще більше було дослідників, які в лабораторіях мовчки шукали елементів з порядковими номерами вище 92.

Шукання трансуранових елементів — так назвали гіпотетичні метали, розташовані за ураном, — проводилось ще впертіше, ще наполегливіше, ніж тих невідомих чотирьох «серединних» елементів, які кінець кінцем будуть відкриті. Відкриття трансуранового елемента являло для науки принциповий інтерес.

У всій своїй гостроті проблема трансуранових стала перед дослідниками з кінця 20-х і на початку 30-х років. Можливо, це сталось тому, що надто тісно стало допитливим дослідникам у вузьких рамках незаповнених чотирьох клітин періодичної системи, і вони почали обережно, а далі наполегливіше рватися за її межі. У всякому разі саме в цей час на сторінках наукових і науково-популярних журналів починає з’являтися багато праць, присвячених проблемі зауранових елементів, припущення, де слід шукати, і повідомлення про відкриття елемента з порядковим номером 93.

У журналі «Наука и жизнь» за той період не менше трьох разів на рік друкувались сенсаційні замітки (взяті з хімічних журналів) про відкриття 93 елемента. І щоразу через два-три місяці неминуче публікувалося спростування.

Виходить те, що знаходиться за якоюсь граничною лінією, завжди вабить особливо гостро. Ось чому невідкритих ще серединних елементів шукали невідступно, але спокійно. Помилялись, ввічливо поправляли один одного, доброзичливо докоряли, поблажливо підхвалювали. Елементів за граничною лінією — трансуранових елементів — шукали гарячково. Сперечались і погоджувались, підносили і спростовували, вихваляли і лаяли. Щороку науковий світ буває вражений численними повідомленнями про елемент 93, яким навіть не дуже йняли віри.

Загадкові елементи 43, 61, 85 та 87 і вже зовсім таємничі зауранові елементи не давались у руки дослідникам, як не давався їх середньовічним попередникам секрет «філософського каменя». Дальші події показали, що остання фраза — це не просто красиве порівняння.

…Тридцяті роки нашого століття. На таблиці елементів Д. І. Менделєєва, яка висить і в шкільному класі, і в лабораторії хіміка, яка вміщена і в науковому журналі, і в студентському підручнику — скрізь чотири знаки запитання на вільних клітинах — 43, 61, 85 і 87.

Снаряди, мішені і… алхімія

Коли у 1919 році Резерфорд проводив свій дослід, він і гадки не мав, що його експерименти викличуть до життя слово «алхімія», яке в той час пов’язувалось з таємничими кабалістичними знаками, з напівтемними лабораторіями, заклинаннями й іншими атрибутами середньовічної науки. Справді, що алхімічного в установці, зображеній на рисунку? (стор. 44).

На штативі встановлено джерело α-частинок (ізотоп радіоактивного елемента полонію), α-частинки потрапляють на екран, покритий сірчистим цинком. При співударі α-частинок з сірчистим цинком виникають дуже слабкі світлові спалахи, добре видимі в збільшувач. Якщо між полонієм і екраном вмістити дуже тонку металеву пластинку, то спалахи зразу ж припиняться, бо α-частинки затримуються цією перешкодою.

Та коли камеру, в якій містились всі ці частини приладу, заповнили воднем, то хоч між джерелом і екраном стояла металева пластинка, знову з’явилися спалахи. Причина цього ясна: α-частинки — ядра гелію, зштовхуючись з ядрами водню — протонами, передають їм свою енергію.

Оскільки протони мають удвічі менший заряд, ніж α-частинки, і вчетверо меншу масу, вони можуть проникати крізь металеву перешкоду, неприступну для ядер гелію. Отже, тут дивуватись нема чого.

Але тим більш разючим було те, що, коли водень в камері замінили азотом, на екрані почали спалахувати маленькі мерехтливі вогники, які свідчили, що на нього потрапляють якісь частинки.

У чому ж справа? Адже атоми азоту, ядра яких майже вчетверо важчі за α-частинки, не могли проникнути через перешкоду, доступну лише протонам — маленьким і в’юнким ядрам атомів водню. А звідки тут взятися водню? Можливо, прилад був недосить очищений від слідів цього газу? Дослід повторили ще, а потім ще раз — і все одно екран вперто спалахував, хоч для цього начебто не було ніяких причин.

І раптом, коли вже, здавалось, все безнадійно заплуталось, фотознімок, що реєструє сліди ядерних співударів частинок, усе пояснив: у камері утворився кисень. Кисень з гелію та азоту І Це вже не хімічна реакція, а щось інше. Подібні перетворення згодом дістали назву «ядерні реакції». В описаному приладі була здійснена перша з відомих науці ядерних реакцій. Ось як вона проходить:

Заряд ядра гелію дорівнює двом, азоту — семи. При співударі α-частинки, які вилітають з полонію, що розпадається, з ядром атома азоту, утворювався атом кисню, і при цьому вилітав один протон — ядро водню з атомною вагою 1.

Ось арифметика цього процесу: 2 + 7 = 8 + 1.

Два — це заряд гелію, сім — азоту, вісім — кисню, а один, як вже відомо, — водню.

Цю ядерну реакцію можна записати так:

N₇ + Не₂ = O₈ + Н₁.

Дослід Резерфорда показав, що, по-перше, один елемент можна перетворювати в інший, а по-друге, вказав на засоби, за допомогою яких можна досягти цих перетворень. Цими засобами є елементарні частинки, сумірні за розмірами з атомними ядрами. Так були знайдені «снаряди», якими можна обстрілювати атомні ядра.

Тепер треба було сконструювати «гармати» для «вистрілювання» цих снарядів. Природні радіоактивні елементи в даному випадку виявились малопридатними, бо вони випускають надто малу кількість елементарних частинок та ще порівняно невеликої енергії.

Ми б дуже відхилилися від основної теми, якби почали докладно розповідати історію створення «гармат», за допомогою яких можна «стріляти» елементарними частинками. Варто лише сказати, що більшість таких установок основана на здатності ядерних частинок прискорюватись у постійному електричному полі. Причому швидкість, до якої можна розігнати ядерну частинку, тим більша, чим більша напруга цього поля. Таким насамперед е циклотрон.

У циклотронах вдається одержувати протони з енергією до дев’яти мільйонів електрон-вольт (поле, в якому існує різниця потенціалів з такою енергією), дейтерони (ядра ізотопу водню з атомною вагою 2) з енергією до вісімнадцяти мільйонів електрон-вольт і α-частинки з енергією до 35 мільйонів електрон-вольт. В останньому випадку така енергія означає потік часток у кількості приблизно ста тисяч мільярдів на секунду. Щоб одержати таку кількість α-частинок від природних радіоактивних джерел, довелося б взяти з кілограм радію, тобто таку кількість елемента, яку навряд чи можна набрати в лабораторіях усього світу.

Отже, на озброєнні науки стало одне з чудових відкрить нашого століття — ядерна артилерія. Обстріл ядер дав можливість лише за кілька років зробити багато відкрить. Перше з них було зроблене в 1934 році знаменитим французьким вченим Фредеріком Жоліо-Кюрі спільно з Ірен Жоліо-Кюрі. При опроміненні α-частинками вони виявили в алюмінійовій фользі, яка зазнала обстрілу, утворення деякої кількості фосфору. Це явище супроводилось виділенням нейтронів. Цю ядерну реакцію можна записати так:

Цифри зверху означають атомну вагу елемента, знизу — заряд ядра; нейтрон не має ніякого заряду, тому знизу біля нього стоїть нуль. Однак не в цьому полягала, як кажуть, сіль відкриття подружжя Жоліо-Кюрі. Якщо подивитись на таблицю атомних ваг елементів, то побачимо, що фосфор має вагу 31. Ізотоп же фосфору, добутий в цій ядерній реакції, мав атомну вагу 30. Виявилось, що цей ізотоп фосфору радіоактивний. За порівняно короткий час він розпадається з виділенням позитрону (елементарна частинка з масою електрона, яка має заряд +1) і перетворюється в ізотоп кремнію з атомною вагою 30. Так було відкрито явище штучної радіоактивності і разом з тим одержано широку можливість перетворювати атоми одних елементів у інші.

Ось коли здійснилась мрія середньовічних алхіміків, яка, здавалось, була навіки похована разом з хибами їхніх алхімічних методів.

Після цього відкриття дуже скоро були добуті штучні радіоактивні ізотопи багатьох хімічних елементів. І зразу ж перед фізиками і хіміками постало питання: чи не простіше добути штучно загадкові елементи з порядковими номерами 43, 61, 85 і 87, ніж безуспішно шукати їх у гірських породах? Чи не можна перейти межу «92», спробувавши добути зауранов і елементи за допомогою ядерних реакцій? Що й казати: завдання незвичне, але тим воно цікавіше!

Хіміки знімають знаки запитання

Першим штучним судилося бути елементу 43. У 1937 році італійці Сегре і Пелье піддали бомбардуванню дейтеронами ядра молібдену. При цьому молібденова мішень почала випромінювати потік нейтронів. Вивчення матеріалу мішені показало, що там відбулась ядерна реакція:

Елемент номер 43 назвали технецієм, на знак того, що це перший елемент, добутий штучним, технічним, способом. У наступні роки було добуто ще кілька ізотопів технеція за допомогою різних ядерних реакцій. Всі ці ізотопи виявились радіоактивними. Навіть найтривкіший з них має час піврозпаду (тобто час, за який розпадається половина атомів даного радіоактивного елемента) близько двохсот тисяч років. Звідси зрозуміло, що за час існування нашої планети, визначений вченими в 5–6 мільярдів років, весь первісний елемент 43 встиг розпастись. Ось чому спроби відшукати цей елемент у земній корі виявились безуспішними.

Технецій відповідно до його положення в періодичній системі елементів Д. І. Менделєєва є аналогом елементів марганцю і ренію. Властивості його закономірно вкладаються в цей ряд.

Після того як була пробита бреш у так званій «загадці чотирьох», дальші досліди пішли упевненіше. Через рік добули елемент з порядковим номером 61. Його синтезували, бомбардуючи елемент неодим дейтеронами. Та тільки через дев’ять років — у 1947 році — цей елемент виділили з опромінених мішеней у вагомих кількостях. Так само, як і в попередньому випадку, всі ізотопи 61-го елемента виявились радіоактивними — ось чому марно було шукати цей елемент у природі.

Так ще в одній клітинці періодичної системи елементів замість знака запитання з’явився хімічний символ. Елемент дістав назву прометій, на честь міфологічного бога Прометея, який украв з неба вогонь і передав його людям.

Як відомо, за це Зевс звелів прикувати Прометея до скелі, на якій

Назва цього елемента не тільки символізує драматичний шлях його одержання в помітних кількостях в результаті опанування людьми енергії ядерного поділу, але й застерігає людей від загрози покарання стервятником війни.

Своїми хімічними властивостями прометій дуже подібний до інших елементів сімейства лантаноїдів, як це й повинно бути за його положенням у періодичній системі елементів.

Минуло лише кілька років після виділення прометія в помітних кількостях, і цьому елементу знайшли цікаве застосування. Він став основою мініатюрних атомних батарейок, в яких енергія його радіоактивного розпаду перетворюється в електричний струм. Хоч кожна така батарейка розміром не більша за копійчану монету, вона має достатню силу, щоб забезпечити хід годинника без заводу протягом п’яти років. Неважко собі уявити ефект, коли кількість батарей набагато збільшити. І це не так вже й важко зробити, враховуючи їх розмір і кількість потрібного прометію. А ще якісь два десятки років тому в періодичній системі елементів на місці прометію сумно стояв знак запитання!

Наступного, 1939 року, був відкритий 87-й елемент, історія якого трохи відрізняється від історії його трьох «невідомих братів». Його виявила француженка Пер’є в продуктах розпаду елемента актинію і назвала францієм. Цей ізотоп має період піврозпаду всього 21 хв. З міліграма щойно добутого елемента через якісь півгодини залишається щось близько трьох десятитисячних грама, а через три години — менше однієї мільйонної грама. Ось чому так важко було виявити цей елемент. І якщо францій досі не зник на Землі, то тільки завдяки тому, що він безперервно утворюється в продуктах розпаду актинію. Згодом штучним способом добули ще ряд ізотопів францію. Всі ізотопи його радіоактивні, бо елементи періодичної системи з порядковим номером більше 83 — нестабільні.

Властивості францію становили для хіміків великий інтерес, бо лужні метали, до яких належить францій, за своїм положенням у періодичній системі елементів набагато активніші від металів інших груп. Хімічна активність металів у групах, як відомо, зростає в міру збільшення атомного номера. До цього часу найактивнішим з усіх відомих металів був елемент цезій. Францій же повинен був мати ще більшу здатність вступати в хімічні реакції. Експерименти підтвердили це припущення, що закономірно випливає з геніального закону Д. І. Менделєєва.

Останнім і, треба сказати, не дуже охоче зняв з себе маску елемент 85. У 1940 р. в цій клітині замість знака запитання з’явився символ At, що означає астатин. Цей елемент так само, як і три попередні, добуто штучним шляхом в результаті бомбардування вісмута α-частинками, причому атомна вага ізотопа становить 211 і період піврозпаду — лише 7,5 год.

Астатин — останній елемент галогенів. «Старі» члени цього сімейства — фтор, хлор, бром і йод — вивчені дуже добре. Тим цікавіше було дізнатися про властивості «новонародженого».

Як відомо, галогени належать до типових неметалів. Тільки йод злегка виявляє металічні властивості: характерний блиск, здатність проводити електричний струм, стійкість у позитивних ступенях окислення. Зате астатин — типовий метал; він добре проводить електричний струм, у водних розчинах утворює солі з стійким катіоном At⁺. Цей катіон можна осадити сірководнем у вигляді сульфіду складу At₂S. Разом з тим астатин — типовий галоген. Як і всі галогени, він екстрагується хлороформом та іншими органічними розчинниками з водних розчинів, тобто добре розчиняється в них.

Спробуйте у всій періодичній системі елементів знайти ще один такий метал, який добре розчинявся б у чотирихлористому вуглеці або навіть у воді!

Цікаво відмітити, що перші досліди хімічних властивостей астатину проводилися з розчинами, в яких концентрація його дорівнювала 10“¹³ моля, тобто в 1 л розчину було 10^–13 грам-атомів астатину.

Так закінчилась історія знімання знаків запитань із «законних» клітин таблиці Менделєєва. Ця історія викладена тут дуже коротко, схематично. Насправді ж це була сповнена драматизму боротьба, боротьба за опанування того, що раніше вважалось проявом вищих сил природи, боротьба, яка дозволила людині добути нові елементи.

Тепер, здавалося б, у межах періодичної системи елементів загадок нема, і хіміки можуть спокійно зітхнути. Та хіба може залишатись спокійною справжня наука? Так, у межах періодичної системи загадок нема, але вони можуть бути і поза її межами! І шукання тривають.

Елементи створюються в лабораторіях

Наприкінці 30-х років з’ясувалось, що найбільш перспективними для добування атомної енергії е важкі елементи періодичної системи. Стало очевидним, що виділення енергії атомного ядра повинно супроводитись його розщепленням. Тому почались активні досліди по опроміненню різними елементарними частинками атомів важких елементів і серед них, насамперед, найважчого відомого на той час елемента урану.

Улюблений снаряд атомних «артилеристів» — елементарна частинка нейтрон, бо нейтрон не має ніякого заряду. Заряджені частинки виконують ці функції набагато гірше: якщо частинка заряджена негативно, то при підході до атома вона зазнає сильної відштовхувальної дії електронної оболонки атома, а якщо заряд частинки позитивний, то її намагається відштовхнути позитивно заряджене ядро атома.

Так ось, при опромінюванні урану нейтронами було виявлено, що його атоми розпадаються на два осколки. Які ж це осколки? Уран має атомну вагу 238. Якщо це число поділити навпіл, то буде 119. Ядро урану під впливом нейтронів ділиться по-різному: іноді осколки однакові — тоді це елемент з атомною вагою 119, тобто олово, а часто-густо осколки бувають різні. В останньому випадку переважають елементи з атомними вагами 138–139, тобто барій і лантан. Дійсно, при опромінюванні урану нейтронами в продуктах ділення можна виявити ці елементи.

Елементи середини періодичної системи, які утворюються при діленні урану, мають штучну радіоактивність, і характер опромінювання кожного осколка добре вивчено, бо кожний радіоактивний елемент випускає притаманні тільки йому віпромінювання. Власне природа радіоактивних променів однакова: це — α-, β- і γ-частинки, але енергія випромінювання кожного ізотопу різна.

У 1939 р. американський вчений Макміллан відкрив у продуктах поділу урану якийсь радіоактивний ізотоп з періодом піврозпаду 2–3 дні. Серед осколків урану такий ізотоп раніше не був відомий. Уважне вивчення його показало, що випромінювання належить елементу, який своїми властивостями не схожий на жодний елемент, що міг би утворитися при розпаді ядер урану під впливом бомбардування нейтронами. Цей елемент виділили і… через кілька тижнів вся фізична і хімічна преса повідомляла: знайдено елемент 93!

Вийшло, що при обстрілі урану нейтронами, крім розпаду урану, відбувається ще один процес: деяка частина урану замість того, щоб розлетітися при зіткненні з нейтроном, захоплює його. При цьому утворюється ізотоп урану з атомною вагою на одиницю більше.

Ось вона, ця реакція:

Однак ізотоп урану з атомною вагою 239 нестійкий і за дуже короткий час зазнає радіоактивного розпаду: атом цього ізотопу випускає одну (3-частинку. Що ж при цьому відбувається? Як відомо, β-частинка — ніщо інше, як електрон, який має заряд –1. Заряд ядра атома урану дорівнює 92. Якщо від 92 відняти (-1), то неважко підрахувати, що матимемо 93. Отже, утворився ізотоп елемента з порядковим номером 93 і атомною вагою 239, оскільки втрата одного електрона не позначається на масі атома.

Новий елемент дістав назву нептуній, бо в сонячній системі за планетою Уран іде планета Нептун.

Тепер читач скаже, що він догадався, як має називатись наступний заурановий елемент — плутоній, бо за планетою Нептун іде планета Плутон. Правильної Наступний, 94-й, елемент був названий саме так. Відкриття, або, вірніше, одержання його, не примусило себе довго чекати. Нептуній виявився недовговічним елементом. Період його піврозпаду — приблизно дві з половиною доби. Він теж розпадається з виділенням однієї β-частинки. При цьому утворюється елемент з порядковим номером 94.

Навряд чи яке-небудь наукове відкриття 30–40-х років так вплинуло на долю людства, як одержання елемента плутонію. Це відкриття — десятки тисяч жертв Хіросіми і Нагасакі, це відкриття — могутній рух народів нашої планети за заборону атомної зброї, це відкриття — перша в світі атомна електростанція і атомний криголам «Ленін».

Справа в тому, що плутоній виявився найбільш придатною речовиною для одержання атомної енергії. Саме цей елемент був у тій атомній бомбі, яка ясного серпневого ранку 1945 р. розгорнула свій зловісний гриб над японським містом Нагасакі. Це плутонієм заряджені атомні бомби, вибухи яких потрясли землю атомних полігонів у Неваді і води атола Бікіні. Це продукти його розпаду заражають зараз атмосферу Америки і води японських морів.

Але це також той елемент, який у недалекому майбутньому — і ти, читачу, будеш творцем цього майбутнього! — стане однією з основ енергетики народного господарства нашої Батьківщини.

Численні атомні реактори збудовані в різних країнах. Вони служать для перетворення урану в плутоній. Тепер цей елемент можна добувати кілограмами.

Одержання нептунію і плутонію стало торжеством фізики та хімії, так би мовити, вершиною нинішньої алхімії, та, як показало найближче майбутнє, не найвищою. Не минуло й трьох років з того славного 1941 p., як були виділені перші мікрограми плутонію, а хімікам довелося докреслювати нові клітини в періодичній системі елементів. Винуватцями торжества були елементи з порядковими номерами 95 і 96.

При бомбардуванні урану α-частинками утворюється; як виявилось, ізотоп плутонію з атомною вагою 241. Цей ізотоп, як і всі трансуранові елементи, радіоактивний і при своєму розпаді він виділяє одну β-частинку. Ми вже знаємо, до чого це призводить: утворюється елемент з порядковим номером на одиницю більше, ніж у «батька». Так був вперше добутий елемент 95. Сталась ця подія в 1944 р. Назвали елемент америцієм.

Майже одночасно з америцієм виділили його сусіда — елемент номер 96, добутий при β-розпаді америцію. Цей елемент назвали кюрієм на честь знаменитих дослідників радіоактивності Марії та П’єра Кюрі. Згодом кюрій добули кількома способами, бо ядерна фізика мала вже в своєму розпорядженні досить методів «виготовлення» нових елементів.

Після одержання цих елементів настала деяка пауза. Декілька років кюрій замикав шеренгу відомих нам хімічних елементів. Тільки в 1949 р. з’явились повідомлення про одержання елементів — 97 і 98. Обидва ці елементи добув відомий хімік Г. Сіборг в американському місті Берклі в штаті Каліфорнія. Звідси й назва елементів: 97-го — берклій, а 98-го — каліфорній. Перший з цих двох елементів добуто опромінюванням америцію α-частинками, другий — тим же способом, тільки за мішень був взятий кюрій.

Відомо, що під час вибуху атомної бомби утворюється надзвичайно сильний потік нейтронів. Цю обставину вчені використали для одержання наступних зауранових елементів. У безпосередній близькості від епіцентра вибуху атомної бомби поставили уранову мішень і в ній після опромінювання виявили два елементи, кожний з яких випускав α-промені з різною енергією. Одному з цих елементів був приписаний номер 99, другому — 100. Сталося це в 1952 p., хоч повідомлення про відкриття з’явились значно пізніше — у 1955 p., коли елементи 99 і 100 добули вже й іншими методами.

Роком раніше елемент 99 синтезували при бомбардуванні урану ядрами атомів азоту (уран має порядковий номер 92, азот — 7; 92 + 7 = 99). Цей елемент назвали ейнштейнієм на честь видатного вченого XX ст. Альберта Ейнштейна.

Наступний елемент, який стоїть в періодичній системі під номером 100, синтезований одночасно в США і Швеції. Американці добули цей елемент в ядерному реакторі, опромінюючи плутоній, шведи — в циклотроні, бомбардуючи уран ядрами атомів кисню (92 + 8 = 100). Він був названий фермієм на честь відомого італійського фізика-атомщика Фермі.

Всі елементи, що йдуть за кюрієм, ще не виділені в індивідуальному стані з мішеней, з яких їх одержали. Причин цього багато, а головна та, що їх одержано в надто малих кількостях.

У 1954 р. група дослідників під керівництвом Сіборга одержала елемент з порядковим номером 101. Цей елемент вони назвали менделевієм «на знак визнання провідної ролі великого російського хіміка Дмитра Менделєєва, який першим створив періодичну систему елементів для завбачення хімічних властивостей ще невідкритих елементів — принцип, який був ключем до відкриття останніх семи трансуранових елементів». Вивчення властивостей менделевію стало вершиною сучасної вимірювальної хімічної техніки.

Нарешті в 1957 р. було повідомлено, що добуто останній з відомих хімічних елементів — елемент 102. Синтезували цей елемент у Швеції на циклотроні Нобелівського інституту, чому і запропонували назвати його нобелієм. Нобелій утворився при обстрілі кюрію ядрами атомів вуглецю (96 + 6 = 102).

Експерименти проводились і в Радянському Союзі. Того ж 1957 р. група працівників Інституту атомної енергії Академії Наук СРСР при опромінюванні плутонію ядрами кисню (94 + 8 = 102) виявила утворення якогось α-активного елемента. Характер випромінювання його слід приписати елементу 102.

Нобелій може бути добрим прикладом того, що науці не властиво тупцювати на місці. З цієї причини нам довелося тричі переробляти виклад матеріалу про нобелій.

Спочатку досліди шведів були спростовані американськими дослідниками. З’явились праці радянських вчених. Але й вони були взяті під сумнів! Та як не сумніватися, коли ідентифіковано лише два-три атоми елемента! Потім результати експериментів радянських вчених підтвердили ще американці. Виявилось, що елемент 102 дійсно утворюється. Піврозпад його триває лише три секунди. Через кілька місяців вчені добули ще з десяток атомів цього елемента. У порівнянні з первісним це вже «кількість»! Тепер перестали сумніватися в існуванні 102 елемента. Не знаю, чи залишиться за ним назва нобелій, бо це ім’я дали йому шведи, які, по суті, його не відкрили.

Як бачимо, за якихось 20 років періодична система збагатилась цілим сімейством нових елементів, які не тільки не були відомі, але й не існували в природі. Ось який вигляд має періодична система елементів Д. І. Менделєєва зараз: жодної порожньої клітини в середині її і довгий ряд елементів за ураном.

Добування елементів — не самоціль, хоч, зрозуміло, кожний факт такого відкриття вже сам по собі значно збагачує науку. Нарешті, кожний елемент досліджують або добувають (як зауранові елементи) для того, щоб можна було поставити його на службу людині.

Дослідження фізичних і хімічних властивостей зауранових елементів несподівано стало новим і дуже великим розділом сучасної хімії. Виявилось, що ці елементи розташовуються в клітинах періодичної системи не довільно, що вони тісно пов’язані між собою. На цьому варто спинитися докладніше.

Нове сімейство

У ряді авторитетних посібників з хімії можна зустріти вказівки, що найбільш вивченим елементом тепер є… плутоній.

— Як? — спитає читач. — Елемент, відомий лише років з двадцять, вивчений краще, ніж, скажімо, залізо, з яким люди ознайомились ще на зорі свого розвитку? Плутоній, якого після його відкриття навряд чи добули більше однієї тонни, вивчений краще, ніж, скажімо, кремній, запаси якого на поверхні Землі обчислюються астрономічним числом тонн?

Справді так. Що й казати: факт надто цікавий. Цікавий, але не такий вже дивний. Я вже згадував, що плутоній є основним вихідним матеріалом для виготовлення термоядерної зброї. Проблема одержання плутонію в свій час була така гостра, що нею займались сотні лабораторій в різних країнах, займались гарячково.

Щоб виділити плутоній з матеріалів атомних котлів, треба всебічно вивчити його властивості, а також властивості численних його сполук. Над одними і тими ж проблемами працювали різні лабораторії. Після розсекречення цих робіт виявилось, що багато вчених приходили до однакових результатів, ідучи до них різними шляхами. Через це не лишилось буквально жодної ділянки хімії плутонію, куди не заглянуло б допитливе око вченого-дослідника.

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.

Нові проблеми — нові труднощі

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 організм. Сильне опромінювання радіоактивними променями може призвести до смерті — в цьому одна з особливостей смертоносної дії атомної бомби. Навіть незначне, але систематичне опромінювання радіоактивними препаратами призводить до дуже тяжкого і часто невиліковного захворювання. Невипадково перші дослідники радіоактивних явищ, які ще не знали цих неприємних властивостей радіоактивних променів, захворіли на рак.

Все це примушує з сполуками трансуранових елементів працювати дуже обережно. Зокрема користуються так званими маніпуляторами — інструментами, які дозволяють провадити всі хімічні операції, не наближаючись до посуду, де знаходяться трансуранові елементи. З речовинами, від яких сильно розходяться радіоактивні промені, всі маніпуляції проводять у спеціальних шафах. Такий маніпулятор для роботи з дуже радіоактивними елементами можна побачити на рисунку (стор. 60).

Велика радіоактивність зауранових елементів викликає ще одне утруднення при роботі з ними. Плутоній, наприклад, випускає таку кількість α-частинок, що коли у воді розчинити яку-небудь його сіль, то в розчині зразу ж утворюється перекис водню, який відновлює сполуку плутонію. Ось чому, якої б валентності не взяли плутоній, коли розчини стоять, плутоній обов’язково переходить у сполуки нижчої валентності.

Розчини сполук кюрію у воді відсильного випромінювання закипають. Уявіть собі таку картину: розчиняють у воді яку-небудь сіль цього елемента і розчин сам по собі спочатку слабо, а потім дуже бурхливо кипить, розбризкуючи краплі рідини!

Більшість трансуранових елементів добувають у мізерних кількостях. В цьому відношенні хіміки роблять чудеса. Останній з трансуранових елементів — менделевій спочатку добули в кількості 17 атомів! І цього виявилось достатньо, щоб ізолювати елемент і визначити всі особливості його випромінювання. Подумайте тільки: 17 атомів! Тоді ви зрозумієте, чого коштує хімікам кожний рядок у повідомленнях про властивості елементів, які на відміну від всіх інших доводилося одержувати штучно.

Чи є трансурани в природі?

Тепер вже зрозуміло, чому шукання трансуранових елементів у природі не увінчались успіхом. Періоди піврозпаду, навіть найдовговічніших з них, такі невеликі порівняно з часом існування нашої планети, що ці елементи встигли повністю розпастись. А втім, багатьом з них вчені відводять істотну роль у природі. Вважають, що в свій час плутоній зробив великий вплив на тепловий баланс нашої планети, й що тепер внутрішнє тепло Землі зумовлене процесами радіоактивного розпаду в її надрах.

Сучасні спектроскопічні методи дослідження дають можливість встановити, з яких елементів складаються Сонце і зорі. Але й за допомогою цих методів не виявлено ще де-небудь у Всесвіті слідів плутонію або інших зауранових елементів, за винятком одного — каліфорнію. Про це треба розповісти докладніше…

Понад 900 років тому в ніч на 4 липня 1054 р. астроном китайської обсерваторії Великого Дракона Ма Туан-лін, як і завжди вийшов спостерігати небо. Майже над головою він помітив дуже яскраву зірку, якої вчора в цьому місці неба не було. Не писалось про неї нічого і в тих старовинних книгах, зміст яких астроном знав досконало. Наступного дня зірка з’явилась на небі ще до заходу сонця. На вулицях товпились сотні людей і дивувалися з цього дива. Завдяки Ма Туан-ліну ми знаємо всі подробиці цього чудового явища. Зірка сяяла на небосхилі майже два місяці, а потім почала швидко гаснути. Незабаром її зовсім не стало.

Записи китайського астронома дійшли до наших днів. Вважають, що він спостерігав явище, яке тепер називається «новою зіркою». Утворення таких нових зірок порівняно часто можна спостерігати на небосхилі. Правда, «нова зірка», описана Ма Туан-ліном, була надзвичайно яскравою. Але при вивченні неба в телескоп такі явища — не рідкість.

Для нас тут цікаве одне — всі «нові зірки» подібно до зірки, описаної Ма Туан-ліном, сяють завжди однаковий час — 55 днів. Зовсім недавно звернули увагу на те, що 55 днів — це точний час піврозпаду одного з ізотопів зауранового елемента — каліфорнію (254). Очевидно, ядерні процеси, які приводять до спалаху речовини «нових зірок», е процесами утворення каліфорнію.

Після того як зауранові елементи були добуті в лабораторіях, шукання їх на поверхні Землі в гірських породах все-таки не припинились. Це диктувалось такими міркуваннями: по-перше, шукання можна було вже проводити не наосліп, бо властивості, наприклад, плутонію, нептунію, були вивчені добре; по-друге, цікаво знати, чи можуть на Землі скластися умови, за яких з урану утворювався б нептуній або плутоній?

Останнє припущення здається абсурдом, а тимчасом воно скоро підтвердилось. Вже за кілька років до відкриття плутонію стало відомо, що деяка частина урану замість того, щоб піддатися звичайному радіоактивному розпаду (випускання α-, β- або γ-частинок), розпадається в повному розумінні цього слова на дві частини, при цьому утворюються осколки у вигляді нейтронів. Правда, на один такий розпад припадає кілька мільйонів розпадів звичайного радіоактивного типу, але разом з тим він завжди має місце. Отже, нейтрони, необхідні для перетворення урану в нептуній, а потім у плутоній, беруться з … самого урану.

Ця обставина і стала приводом до шукання природного плутонію в уранових рудах. Коли для переробки взяли кілограми і навіть тонни уранової руди, дістали цілком точну відповідь: так, у природному урані плутоній є, але в дуже мізерній кількості. Відношення ваги плутонію до ваги уранової руди становить 10^–14. Відношення кількості учнів у будь-якому класі до кількості людей на земній кулі має порядок — 10^–8 у мільйон разів більший, ніж співвідношення плутонію і урану в урановій руді.

У 1952 р. уранову смоляну руду з Бельгійського Конго піддали дослідженню на вміст у ній нептунію. І нептуній був, звичайно, виявлений. «Звичайно», бо проміжною ланкою при утворенні плутонію з урану є нептуній. Нептунію виявилось в урані навіть більше, ніж плутонію: одна частина на 2000 мільярдів частин урану. Отже, нептуній і плутоній знаходяться в уранових рудах у таких кількостях, що не доводиться говорити про можливості одержання їх природним шляхом. Можливо, що інші зауранові елементи теж є в зникаюче малих кількостях у гірських породах. Наприклад, припускають, що кюрій-247 завдяки своєму порівняно великому періоду піврозпаду (приблизно сто мільйонів років) у мізерних кількостях може ще існувати на Землі. При цьому дуже ймовірно, що він знаходиться разом з рідкісноземельними елементами — лантаноїдами, бо властивості актиноїдів, до яких належить кюрій, дуже подібні до рідкісноземельних елементів. Однак, оскільки кюрій супроводжує рідкісноземельні елементи, один атом його може припадати не менш як на 10¹⁵ атомів лантаноїдів. Це таке співвідношення, що ніякого порівняння вже не підбереш.

Чи є межа числу елементів?

Глянемо ще раз на періодичну систему елементів Д. І. Менделєєва (стор. 56–57). Ми бачимо, що система тепер складається з семи періодів. До першого періоду входять лише два елементи, до другого й третього по вісім, потім ідуть два періоди по 18 елементів. У шостому періоді налічується вже 32 елементи, і стільки ж може бути в сьомому, незакінченому періоді системи, куди входять зауранові елементи. Отже, цей період повинен закінчуватися 118-м елементом. Актиноїдів, до речі, так само, як і лантаноїдів, повинно бути 15, тому елемент 103 повинен належати ще до актиноїдів, а 104 — вже буде аналогом гафнію — елемента IV групи періодичної системи. Отже, може бути ще один актиноїд і ще 16 елементів VII періоду. Однак «може» ще не означає «повинно».

Ми вже доводили, що із збільшенням атомних номерів у елементів, які йдуть за ураном, швидко зменшується період піврозпаду. Елементи з порядковими номерами 102 і 103 мають періоди піврозпаду, вимірювані секундами. Та, крім радіоактивного розпаду, в зауранових елементів у міру віддалення від урану все чіткіше проявляється ефект так званого спонтанного ділення ядер. Ми вже спинялись на суті цього ефекту: ядро замість того, щоб випустити α- або β-частинки, розпадається на дві частини. Якщо для торію (порядковий номер 90) період піврозпаду спонтанного типу дорівнює 10²¹ рокам, то для фермію (порядковий номер 100) він дорівнює 12 годинам. Однак розрахунки показують, що для деяких елементів після елемента 102 період піврозпаду спонтанного типу буде не більший від періоду звичайного радіоактивного типу. Тому, якщо можливі роботи з 101 і 102 елементами, то чому ж не можна працювати над одержанням сусідніх з ними елементів? Можна!

Як побудовані атоми всіх елементів, про які ми весь час вели мову і з якими весь час маємо справу в навколишній природі?

— Смішне запитання, — відповість дехто з читачів. — Кожний знає, що всі атоми побудовані з позитивно зарядженого ядра, яке складається з протонів і нейтронів і негативних електронів, що обертаються навколо цього ядра.

Так, але хіба ця комбінація є єдиною? Уявімо собі такий атом, в ядрі якого позитивно заряджені протони замінено на негативні антипротони, а електрони на позитивні частинки з такою ж, як у електронів, масою — позитрони. Такі частинки вже відомі. Перед нами — атом антиелемента. Хто може сказати, які властивості матиме такий елемент? А втім, теоретично створити такий елемент можливо.

А що буде, коли в «звичайних» елементах з позитивно зарядженим ядром замінити один або кілька електронів на інші, негативно заряджені частинки, важчі, ніж електрони? Такі елементарні частинки теж відомі. А які властивості матиме елемент, в ядрі якого один або кілька протонів замінено на інші позитивно заряджені більш-менш важкі елементарні частинки?

За останні роки ці проблеми стали предметом теоретичних і навіть експериментальних досліджень, однак до цього часу зроблено занадто мало, щоб можна було говорити про результати.

Перед кожним, хто побажає присвятити себе проблемі добуття нових елементів, — буквально неосяжне поле діяльності.