Аркадий Курамшин – Таблица Менделеева. Элементы уже близко (страница 54)

По правде говоря, про химический элемент, названный в честь Эйнштейна, нельзя сказать, что он так же знаменит, как и его «крёстный» – это один из актиноидов, как и все актиноиды, не имеющий стабильных изотопов, самый стабильный из которых, ²⁵²Es, характеризуется периодом полураспада в 472 дня, а наиболее просто получающийся, ²⁵³Es, – периодом полураспада в 20 дней. Тех небольших количеств эйнштейния, которые удалось получить, хватило, чтобы понять, что эйнштейний, как и другие актиноиды, представляет собой серебристо-белый металл.

Можно сказать, что обстоятельства открытия эйнштейния необычны даже по сравнению с другими трансурановыми элементами: рождение эйнштейния подстегнула гонка вооружений. После того как 29 августа 1949 года на полигоне в Семипалатинске была испытана первая советская атомная бомба, в США поняли, что они лишились своего козыря в противостоянии с СССР, и решили разработать еще более мощное оружие. Новая, как тогда это называлось в официальных документах, «супербомба» имела следующую принципиальную схему: запал в виде атомной бомбы должен был создать температуру и давление, достаточные, чтобы инициировать протекающее с выделением колоссальной энергии слияние атомов дейтерия (тяжелого водорода), такое же слияние дейтерия с образованием гелия происходит в звездах, в том числе и звезде по имени Солнце. «Супербомба» или, как потом её стали называть, водородная бомба, уже относится не к ядерному, а к термоядерному оружию. Испытание первого образца этого оружия США провели на атолле Эниветок в южной части Тихого океана. Сомнительная эстетика награждать бомбы именами собственными – Троица, Малыш, Толстяк – была выдержана и здесь. Благодаря вытянутой цилиндрической форме устройство получило название «Сосиска».

США испытали «Сосиску» 1 ноября 1952 года, мощность взрыва составила 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте – в пятьсот раз больше мощности бомбы, сброшенной на Нагасаки. Островок атолла, на котором проводились испытания, был полностью уничтожен. Следует отметить, что на Эниветоке США испытало не водородную бомбу, а термоядерное устройство, показав принципиальную возможность создания оружия такого типа – «Сосиска» весила 74 тонны, её высота была чуть больше шести метров, то есть на роль бомбы устройство никак не тянуло. Первая же в мире водородная бомба, компактная и легкая настолько, что её можно было бы доставить к цели с помощью ракеты или стратегического бомбардировщика, была испытана менее чем через год после взрыва «Сосиски» – 12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне в СССР.

Взрыв на Эниветоке был такой мощности, что породил новый элемент. Как это стало известно? Дело в том, что испытания не ограничивались интересом «взорвется или нет» – тонны материалов, отобранных с места выпадения радиоактивных осадков во время испытания, были отправлены в радиационную лабораторию Беркли. Там среди сгоревших кораллов и пепла Альберт Гиорсо обнаружил атомы элемента с номером 99, который в апреле 1955 года получил название «эйнштейний» (первоначально для обозначения эйнштейния использовался символ «Е», к привычному сейчас символу «Es» перешли в 1960-е годы). Создание и испытания «Сосиски» были засекречены, и об открытии нового элемента сообщили только спустя три года. В августе 1955 года в журнале Physical Review была опубликована статья об открытии элемента №99, в которой его предлагали назвать эйнштейнием (Phys. Rev. 1955. 99 (3): 1048–1049).

Как же образовался эйнштейний? Во время взрыва некоторые атомы урана из атомной бомбы-запала смогли поглотить колоссальное количество нейтронов, превратившись на долю мгновения в сверхтяжёлые изотопы урана, которые претерпевали β-распад, в результате чего (если упрощать) «лишние» нейтроны превращались в пары протон—электрон, и порядковый номер элемента увеличивался. Энергия и плотность потока нейтронов во время испытания были столь значительны, что некоторые атомы урана с номером 92 превратились в атомы с номерами 99 и 100. При испытаниях образовался эйнштейний ²⁵³Es.

К счастью, сейчас, если есть необходимость в эйнштейнии (а такая необходимость может возникнуть, так как этот элемент – хорошая мишень для получения ещё более тяжёлых атомных ядер), нет необходимости взрывать термоядерные боеприпасы. Современный способ получения эйнштейния заключается либо в длительной (продолжающейся несколько лет) бомбардировке плутония нейтронами, либо в бомбардировке урана ядрами азота или кислорода. Сам по себе эйнштейний представляет собой серебристо-белый металл, достаточно летучий и с умеренной для столь тяжёлого элемента температурой плавления – 860 °C. В своих соединениях эйнштейний проявляет степень окисления +2 и +3, известны и изучены такие соединения элемента №99, как Es₂O₃, EsCl₃, EsOCl и EsBr₂.

100. Фермий

Круглые даты и числа всегда привлекали внимание людей, возможно, из-за того, что благодаря нашим пятипалым рукам наши далекие предки выбрали десятеричную систему счисления. Заметим, что круглых дат опасались не только в Средние века, ожидая конца времен от каждого года, кончавшегося двумя нулями, – если кто ещё помнит, в 1998–1999 годах ходили слухи о так называемой «проблеме-2000», которая идеологически была близка средневековым страданиям в ожидании скорого конца. Тем не менее заселение электронов по уровням и, следовательно, Периодический закон и Периодическая система индифферентны к числам, кратным десяти, благодаря чему элемент с номером 100 нельзя назвать каким-то особенным.

Фермий, как и стоящий на одну клеточку раньше эйнштейний, был впервые обнаружен в радиоактивных осадках, образовавшихся в результате испытания первого термоядерного устройства. Собственно, в статье, вышедшей спустя три года после испытания, на двух страницах сообщалось о двух элементах (Phys. Rev. 1955. 99 (3): 1048–1049). Причина образования фермия была такая же, как и эйнштейния, – уран, входивший в состав атомной бомбы-запала, поглощал большое количество нейтронов, и образующиеся при этом ядра за счет β-распада увеличивали число протонов, а значит – порядковый номер.

Исследователи, обнаружившие элемент №100, предложили назвать его фермием в честь Энрико Ферми, итальянского физика, получившего в 1938 году Нобелевскую премию по физике «…за доказательство существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами…» и почти что сразу же после церемонии отправившегося со всей семьей из Стокгольма в эмиграцию в США (в Италию Ферми не стал возвращаться из-за несогласия с политикой Муссолини), где построил первый ядерный реактор, в котором протекала самоподдерживаемая ядерная реакция (все работы Ферми в Штатах с 1939 по 1945 год прямо или косвенно были посвящены созданию ядерного оружия).

Благодаря магии чисел фермий чуть было не назвали «центурием» – сотым. В 1953 году исследователи из Нобелевского института в Стокгольме получили фермий ²⁵⁰Fm, бомбардируя уран ядрами кислорода. Поскольку открытие элемента №100 американскими учеными было сделано в рамках работы над созданием нового оружия, то информация о нём была засекречена, но как только шведские физики выступили с заявлением об открытии элемента с номером сто, информацию о термоядерном устройстве (точнее, о последствиях испытания этого устройства) быстро рассекретили. Чуть позже команда Беркли не возражала против того, чтобы по инициативе шведских физиков назвать элемент №102 «нобелием», даже после того как их заявление о синтезе элемента 102 не воспроизвелось и было признано ошибочным. Возможно, такой ход должен был слегка подсластить пилюлю шведам, у которых элемент №100 увели из-под носа.

Фермий – очередной актиноид, самое главное значение которого, пожалуй, в том, что после него начинается настоящая кунсткамера искусственно синтезированных элементов – элементы с порядковым номером 101 и выше называют «трансфермиевыми». Кроме этого, фермий можно считать последним химическим элементом, для которого (хотя бы теоретически) можно предложить практическое применение.

Речь пока идет еще только о потенциальном применении – ²⁵⁰Fm интенсивно испускает α-лучи, а период его полураспада – около 20 часов. Такое сочетание очень привлекательно для радиотерапии – источник радиации подвергает интенсивному облучению опухоль, после чего быстро распадается, однако препятствием на пути применения сотого элемента в медицине лежит, как это бывает и с другими металлами, отсутствие быстрых методов «прививки» радиоактивного металла к органическому фрагменту, который поможет распознать опухолевые клетки и доставит средство борьбы с ними по адресу.

101. Менделевий

В 1932 году Альберт Эйнштейн посетил Калифорнийский университет в Лос-Анжелесе, где прочёл речь перед студентами, в которой, в частности, было сказано: «Наука как нечто существующее и полное является наиболее объективным и внеличным из всего, что известно человеку». Одним из его слушателей был выполнявший свою дипломную работу ещё в области «чистой химии» Глен Сиборг. Эйнштейн, будучи знакомым с одним из профессоров, обучавших Сиборга, нашел время встретиться и переговорить с подающим надежды молодым человеком, и Сиборг, позднее ставший, как и Эйнштейн, лауреатом Нобелевской премии, позднее писал, что был приятно поражен добротой и скромностью великого учёного по отношению к никому пока еще не известному студенту. Отношение Эйнштейна к вопросам войны и мира также позволило Сиборгу сформулировать собственное отношение к этим вопросам. Хотя десять лет спустя после встречи Глен Сиборг со своей группой играл одну из ключевых ролей в Манхэттенском проекте, помогая разделять уран и плутоний, он неоднократно заявлял о своём пацифизме и утверждал, что ядерная энергия должна применяться только в мирных целях.