Текст книги "Как были открыты химические элементы"
Автор книги: Дмитрий Трифонов
Соавторы: Валерий Трифонов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 21 (всего у книги 22 страниц)
Великих успехов достигли ученые, добравшись до сотого элемента, в названии которого, наконец-то, было увековечено имя Энрико Ферми, предпринявшего некогда первый поход за трансуранами.
За фермием отчетливо вырисовывались контуры страшной опасности: во весь рост поднялся главный враг трансурановых элементов – спонтанное деление. По этому виду радиоактивных превращений изотопы с Z=100 должны были, согласно расчетам, оказаться весьма короткоживущими. Успешный синтез эйнштейния и фермия в мощных нейтронных потоках сначала вселял оптимизм. Но теоретики заявили, что за фермий продвинуться не удастся, ибо слишком мал его период полураспада по спонтанному делению. Ядро сотого элемента быстрее распадется на два осколка, нежели успеет испустить β-частицу.
И все же элемент № 101 оказался последним, который удалось синтезировать классическим методом, применяя в качестве бомбардирующего агента легкую α-частицу. К 1955 г. Г. Сиборгу и его коллегам удалось накопить количество эйнштейния, измеряемое миллиардом атомов. Со всей тщательностью столь мизерное количество нанесли на подложку из золотой фольги, где цена золота по сравнению с ценой эйнштейния была смехотворно низкой. Мишень обстреляли α-частицами. Ученые полагали, что произойдет ядерная реакция: 
. Образующиеся атомы элемента № 101 благодаря отдаче вылетали из эйнштейниевого слоя и застревали в золотой фольге. После опыта фольгу растворяли и полученный раствор подвергали разделению на хроматографической колонке. Самый ответственный момент – уловить, когда порция раствора, содержащая элемент № 101, выходит из колонки и зарегистрировать случаи спонтанного деления.
Всего пять (!) актов деления удалось зарегистрировать в первом эксперименте. Но и этого хватило, чтобы опознать изотоп элемента № 101. Потом выяснилось, что период его полураспада составляет 3 ч, а массовое число равно 256. Подобная долгоживучесть оказалась неожиданной, и эта неожиданность способствовала успешному синтезу нового элемента. Его назвали менделевием (символ Md), в честь признания заслуг великого русского химика Д. И. Менделеева, который первым использовал для предсказания свойств неоткрытых химических элементов периодическую систему. Так писали авторы открытия менделевия.
Позже, когда символ Md определился в 101-й клетке таблицы, они красочно описали, как все это происходило. Атмосфера уныния царила в лаборатории, рассказывали Г. Сиборг и его коллеги. При попытке синтезировать и идентифицировать элемент № 101 было выполнено несколько тщательных опытов. Увы, они оказались неудачными. Наконец, был поставлен последний, решающий опыт, когда можно было рассчитывать на удачу. В лучшем случае предполагалось получить один или два атома, упорно ускользавшего из рук элемента № 101. Затаив дыхание, ученые ожидали показаний прибора, который регистрировал спонтанное деление. Прошел час. Ночь была уже на исходе. Ожидание казалось бесконечным.
И вдруг, вспоминали авторы открытия, перо самописца стремительно двинулось на середину шкалы и вернулось обратно, прочертив тонкую красную линию. Такой скачок ионизации никогда не наблюдался ранее при исследовании радиоактивных материалов. Вероятно, этот скачок был сигналом ожидавшегося деления. Примерно через час удалось зарегистрировать второй скачок. Теперь появилась уверенность, что произошел распад двух атомов элемента № 101, и его можно вписать в существующий список химических элементов.
Любопытно, что регистрирующий деление прибор был присоединен к пожарному звонку. И элемент № 101 каждый раз объявлял о своем рождении оглушительным трезвоном.
Спустя 12 лет оказалось, что менделевий имеет еще более долгоживущий изотоп 258Md с T½=2 месяца. Именно он позволил ученым детально изучить химические свойства элемента № 101. С открытием менделевия возникла новая область радиохимического исследования – химия единичных атомов со своими специфическими методами. Она оказалась незаменимой помощницей при изучении химической природы последующих трансурановых элементов. Синтез менделевия и стал переломным событием в истории открытия элементов тяжелее урана. Все прежние способы синтеза утратили свое значение, ибо нельзя накоплять менделевий в количествах, достаточных для приготовления мишени. За сто первым элементом открывалась теоретическому взору неизведанная страна, населенная призраками. Уже не было сомнений в том, что следующие трансураны могут существовать лишь секунды и доли секунды.
Даже если и удастся их получить, то изучение их свойств представлялось чрезвычайно трудным делом. Или вообще невозможным.
Но как получить? Какие ядерные реакции пригодны? К счастью, к концу 50-х годов на этот вопрос уже существовал определенный ответ: нужно использовать в качестве бомбардирующих агентов многозарядные ионы легких элементов периодической системы (углерода, кислорода, неона, аргона). Тогда можно изготовлять мишени из обычных трансурановых элементов: плутония, америция, кюрия, т. е. проблема мишени отпадала. Конечно, лучше бы иметь «голые» бомбардирующие ядра (подобно α-частице – ядру атома гелия), но ободрать всю электронную «кожуру» с атомов едва ли возможно. Эти многозарядные ионы предварительно необходимо разогнать до больших скоростей, чтобы их энергия оказалась достаточной для вступления в ядерные реакции. Поэтому нужны новые мощные ускорители. Когда они были созданы, наступил новый взлет в истории открытия трансурановых элементов. Оговоримся, однако, что слово «открытие» здесь имеет несколько иной смысл, чем во всех предшествующих случаях знакомства с новыми элементами.
ЭЛЕМЕНТ № 102Да, именно элемент № 102 без какого бы то ни было названия. В большинстве современных таблиц элементов в 102-й клетке часто стоит прочерк, хотя сам-то элемент давно считается открытым и хорошо изученным.
Иногда (особенно в зарубежной литературе) можно встретить название «нобелий» и символ No, но они лишь свидетельство ошибки эксперимента, имевшей место в 1957 г. Тогда интернациональная группа ученых, работавших в Нобелевском физическом институте в Стокгольме, впервые применила многозарядные ионы для синтеза нового трансурана. Мишень из кюрия-244 была обстреляна ионами углерода-13. В продуктах реакции якобы были зарегистрированы изотопы 253102 и 251102 с T½~10 мин. Удачный пример менделевия побудил авторов применить ионообменную хроматографию, и это как будто бы то же свидетельствовало о синтезе элемента № 102.
Все заявления оказались ошибочными – опыты никем не были подтверждены. И некоторое время на страницах популярных журналов странствовала шутка: от нобелия осталось одно No (по-английски – нет).
Осенью 1957 г. за дело синтеза новых трансурановых элементов взялись советские ученые во главе с Г. Н. Флеровым. Сейчас лаборатория ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в г. Дубне лидирует в области синтеза элементов тяжелее урана. Г. Н. Флеров и его сотрудники обстреляли плутониевую мишень ионами кислорода: 
. Но в итоге было получено совсем не то, что объявлялось годом раньше в Стокгольме. Тем временем и в Беркли, где эксперименты возглавлял теперь ученик Г. Сиборга – А. Гиорсо, проводилась атака на элемент № 102. Здесь были получены свои результаты, они опровергали результаты Нобелевского института, но и не совпадали с данными советских физиков.
Г. Н. Флеров
Так постепенно от нобелия осталось одно No. И действительно, дата открытия этого элемента трудносвязуема с каким-либо определенным временем. Группа Г. Н. Флерова предприняла наступление на элемент № 102 в 1963–1966 гг. Удалось синтезировать несколько его изотопов, оценить величины их массовых чисел и периодов полураспада. И это было подлинным знакомством с новым трансурановым элементом, для которого дубненские исследователи на правах действительных первооткрывателей предложили название «жолиотий» (в честь Ф. Жолио-Кюри). Однако американцы это название не приняли, хотя и подтвердили результаты, полученные в работах Г. Н. Флерова и сотрудников.
Перипетии, связанные со 102-м элементом, положили начало приоритетным спорам, которые особенно обострились, когда дело дошло до синтеза следующих трансуранов. Ныне сто второй элемент представлен девятью изотопами, самый долгоживущий 259102 имеет T½ около 1 ч.
ЭЛЕМЕНТ № 103Как и в предыдущем случае, мы пока не приводим названия очередного трансуранового элемента. И та дата его рождения, которая приводится в хронологической таблице открытий химических элементов (см. с. 214), отнюдь не является надежным свидетельством.
В начале 1961 г. охоту за новым трансураном начал А. Гиорсо со своими коллегами. Мишень из калифорния бомбардировалась ионами бора. Как будто бы получился 257103 с T½=8 с. Конечно, не замедлило появиться и название «лоуренсий» (символ Lw), в честь изобретателя циклотрона Э. Лоуренса. Этот символ часто помещают в 103-ю клетку периодической системы.
Тот же изотоп 257103 был получен в Дубне, и свойства его оказались совсем другими, чем заявляли физики из Беркли. Поэтому они вынуждены были изменить свою точку зрения и считать, что весной 1961 г. в действительности им удалось синтезировать не 257103, а какой-то другой изотоп, например 258103 или 259103.
Ясность наступила в 1965 г., когда дубненские физики по ядерной реакции 243Am(18О, 5n)256103 осуществили синтез изотопа с массовым числом 256 и определили его характеристики. Они совпали с теми, которые тремя годами позже получила берклиевская группа, согласно ядерной реакции 249Cf(11В, 4n)256103. Вот почему правомерно ставить под сомнение дату 1961 г. Но дискуссия о приоритете синтеза элемента № 103 пока ничем определенным не завершилась. В случае элемента № 103, так же как и его предшественника, ученые имели дело со считанными атомами. Сначала были определены массовые числа и радиоактивные характеристики изотопов. Оценивать же их химическую природу ученые научились не сразу.
КУРЧАТОВИЙОткрытие этого элемента, пожалуй, самое выдающееся достижение советских исследователей, работающих в области ядерного синтеза. Он получил свое название в честь выдающегося советского физика И. В. Курчатова – организатора атомной промышленности в нашей стране.
Еще в 1967 г. в дубненской лаборатории ядерных реакций был предпринят первый штурм элемента № 104. На мишень из плутония-242 обрушился поток ускоренных ионов неона-22:
244Pu(22Ne, 4n)260104
Так должна была протекать ядерная реакция. Но в итоге удалось лишь наблюдать спонтанное деление с исключительно малым периодом полураспада (четырнадцать миллисекунд). Вскоре выяснилось, что элемент № 104 здесь ни при чем. Это делился давно известный 242Am, хотя деление его протекало аномально стремительно; на этом примере ученые открыли новое физическое явление.
Основная трудность состояла в следующем: каким способом регистрировать единичные процессы образования ядер курчатовия? Ученые решили проводить регистрацию по осколкам их спонтанного деления, ибо этот вид радиоактивных превращений у элемента № 104 должен быть преобладающим. Для регистрации осколков деления применили специальный сорт стекла, который, по удивительному стечению обстоятельств, обозначался в каталогах как уран-104. Осколки оставляли на стеклянных пластинках чуть заметные следы (лунки). После специальной химической обработки стекла лунки рассматривали под микроскопом. Следы других радиоактивных излучений в этих условиях не просматривались.
В 1964 г. опыты по синтезу элемента № 104 были возобновлены. Сорок часов осуществлялась бомбардировка ядрами неона плутониевой мишени. Специальная лента переносила синтезированные ядра к стеклянным пластинкам. После выключения циклотрона стеклянные пластинки обрабатывались в лаборатории. Спустя несколько часов под микроскопом было обнаружено шесть треков и по их положению на пластинках вычисляли период полураспада. Он оказался в интервале времени от 0,1 до 0,5 с, т. е. в среднем 0,3 с. Лишь спустя несколько лет удалось получить более долгоживущие (хотя вряд ли уместно здесь это слово) изотопы курчатовия, из которых «самым-самым» оказался 261104 (T½=1 мин).
Но в Дубне химические свойства курчатовия изучались на его изотопе с массовым числом 260 и периодом полураспада 0,3 с. Кажется невероятным, как за столь ничтожное время можно получить хотя бы какие-нибудь сведения о природе нового элемента. Однако это так.
Схема исследования химических свойств элемента № 104 заключалась в следующем. Атомы отдачи после выхода из мишени попадали в струю азота, тормозились в ней, а затем подвергались действию хлора. Соединения элемента № 104 с хлором легко проникали через специальный фильтр, тогда как хлориды актиноидов через фильтр не проходили. Если бы 104-й принадлежал к актиноидам, то и он бы поглотился фильтром. Однако исследования показали, что элемент № 104 является химическим аналогом гафния.
Вот в чем и состояла суть метода изучения химических свойств единичных атомов. С его помощью была установлена химическая природа элементов № 102 и № 103. Только здесь пришлось доказывать их принадлежность к актиноидам. Метод получил название «фронтальная термохроматография летучих металлических хлоридов на пучке циклотрона». Его разработка проводилась под руководством сотрудника Г. Н. Флерова, чехословацкого ученого И. Звары.
Элемент № 104 тоже является предметом дискуссии. Американские физики выдвигают свои претензии на приоритет открытия, хотя их обоснованность оставляет желать лучшего.
НИЛЬСБОРИЙОб элементе 105 пока можно сказать сравнительно немного. Родина его – Дубна, время рождения – февраль 1970 г., реакция синтеза 243Am(22Ne, 4n)261Ns. Период полураспада по спонтанному делению около 2 с. Название дано в честь великого датского физика Нильса Бора. Химическая природа определялась так же, как и для Ku. Нильсборий оказался аналогом тантала.
А в чем заключаются претензии американских физиков? Время – апрель 1970 г. Ядерная реакция 249Cf(15N, 4n)260Ha. Предложенное название «ганий» (в честь автора открытия деления О. Гана).
По всей вероятности, дискуссия по поводу синтезов трансурановых элементов с Z>102 – явление довольно закономерное. Каждый такой синтез равнозначен научно-техническому подвигу. Это очень сложный процесс, в котором неизбежны и неточности, и ошибки. Ученые уже давно считают, что должны быть выработаны строгие критерии достоверности синтеза новых элементов. Для синтезированных элементов второй сотни само понятие «открытие» приобретает принципиально иное звучание. Прежде всего потому, что продолжительность жизни этих элементов очень коротка. И символы их в периодической системе, образно говоря, не имеют материального обеспечения. Эти элементы никогда не удастся накопить в весовых количествах. Считанные атомы – вот их удел. Всякий раз, когда ставится цель исследования свойств этих элементов, процессы синтеза приходится осуществлять заново. Мы видим здесь не столько открытие нового элемента, сколько наблюдение образования (в соответствующих условиях) ядер с определенным значением Z.
ЭЛЕМЕНТЫ № 106 И № 107Название этим элементам пока и не пытались давать, как и не определяли их химическую природу. Периоды полураспада здесь измеряются сотыми и тысячными долями секунд. Правда, есть надежда получить более долгоживущие изотопы. Метод синтеза этих элементов имеет новые черты. Во всех предыдущих случаях получения трансуранов мишень была в той или иной степени радиоактивной, и, конечно же, это было осложняющим обстоятельством. Для синтеза элементов № 106 и № 107 физики из Дубны впервые применили мишени из стабильных элементов (свинца и висмута) и обстреляли их ускоренными ионами хрома:
Первая реакция была осуществлена в 1974 г., вторая – в 1976 г.
А ЧТО ЖЕ ДАЛЬШЕ?В ту уже сравнительно далекую пору, когда удался синтез первого трансуранового элемента, – нептуния, ученые оставались в полном неведении, сколько же еще шагов за уран сумеют они сделать. И в наши дни, ученые уже другого поколения, также затрудняются дать ответ на вопрос: где же предел синтеза новых элементов?
Но есть принципиальная разница между исследователями – современниками Е. Макмиллана и П. Абельсона и учеными конца 70-х годов. Первые знали слишком мало, вторые (как ни парадоксально это звучит) знают слишком много, чтобы судить о проблеме с какой-либо определенностью. За сорокалетнюю историю синтеза трансуранов были времена, когда казалось, что конец близок. По мере того как синтез продвигался в область все бóльших значений Z, четко вырисовывалась закономерность: постоянное уменьшение периодов полураспада, в особенности по спонтанному делению, от миллиардов лет к часам, минутам, секундам и долям секунды. Простая экстраполяция показывала, что при значении Z, равном 108–110, ядра станут настолько короткоживущими, что будут разваливаться в момент образования.
Какое-то время в ученом мире царило мнение о скором окончательном завершении периодической системы элементов. Но появлялись сигналы о синтезе все новых и новых изотопов элементов второй сотни, и экспериментаторы убеждались, что выводы теоретиков не столь уж безупречны. Все эти изотопы жили, конечно, очень мало, но не настолько мало, как это предсказывалось теорией. Вот хотя бы один пример. Изотоп элемента № 107 с массовым числом 261 спонтанно делится с периодом полураспада 0,002 с. Очень небольшая величина, но она в десять миллиардов раз больше той, которая бы наблюдалась, если бы происходило нарастание неустойчивости ядер по мере роста Z, в согласии с расчетами теории. На деле же рост нестабильности ядер начинает словно бы тормозиться.
Почему? Здесь-то стоит вспомнить работы немецкого физика Р. Свинне (см. с. 191). Если перевести его идеи на язык современной физики, то их суть можно изложить следующим образом: среди элементов с большими порядковыми номерами, в сильной степени радиоактивных, возможно существование своеобразных островков стабильности. Расположенные на них элементы будут в гораздо меньшей степени неустойчивы, чем соседние с ними.
Об удивительном, на долгие годы забытом предвосхищении Р. Свинне вспомнили в середине 60-х годов, когда идея об островках стабильности (или, точнее говоря, островках относительной стабильности) повисла на кончике пера теоретиков. Расчеты показывали, что первый такой островок должен быть приурочен к Z=114. Но взор теоретиков проникал в еще более далекие, гипотетические области периодической системы. Контуры новых островков обозначались около Z=126, 164 и даже у Z=184.
Наша книга посвящена истории открытия элементов, и поэтому не будем обсуждать, насколько правомерны все эти прогнозы. В соответствии с ними ядра, лежащие на островках, должны быть очень долгоживущими по отношению к спонтанному делению, а, следовательно, сама возможность их синтеза перестает быть фантастической. Эту смелую и красивую гипотезу может подтвердить только факт синтеза того или иного элемента – «островитянина». Попытки таких синтезов предпринимались начиная с 1967 г. Все они пока оказались безрезультатными.
И все же следует верить, что написание историй открытия элементов будет продолжено.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вот и близится к концу повествование, героями которого стали сто семь химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Различными были их судьбы, много сил и труда пришлось затратить ученым разных стран, чтобы обнаружить их в природе или получить искусственно. Теперь, когда в нашем распоряжении все факты, данные, события, относящиеся к историям открытия всех элементов, можно сделать некоторые выводы.
Предметом для анализа нам послужит сводная хронологическая таблица (табл. 4), в которой приведены даты и авторы открытий химических элементов, за исключением тех элементов, которые стали известны в древности и в средние века. Открытия почти девяти десятков элементов связаны с именами реальных исследователей. Можно подсчитать, что в открытиях стабильных элементов в природных объектах непосредственно участвовало всего 50 человек; 9 человек являются авторами открытий естественных радиоактивных элементов (однако в обнаружении радиоэлементов – членов радиоактивных семейств – приняло участие примерно 25 человек).
Более многочисленной выглядит группа авторов открытий синтезированных элементов, которая насчитывает более 30 человек. Это и неудивительно: ведь в синтезах трансурановых элементов, особенно с большими значениями Z, принимает участие большое число специалистов – теоретиков и экспериментаторов, физиков, химиков, инженеров. Например, над статьей о синтезе элемента № 106, осуществленном в Дубне, стоят фамилии одиннадцати авторов, и каждый внес заметный вклад в общее дело.
Таблица 4
Общепринятые даты и авторы открытий химических элементов
| Водород | 1766 | Г. Кавендиш |
| Гелий | 1868 | Н. Локьер, Ж. Жансен |
| Литий | 1817 | И. Арфведсон |
| Бериллий | 1798 | Л. Воклен |
| Бор | 1808 | Ж. Гей-Люссак, Л. Тенар |
| Углерод | Известен в древности | |
| Азот | 1772 | Д. Резерфорд |
| Кислород | 1774 | Д. Пристли, К. Шееле |
| Фтор | 1771 | К. Шееле |
| Неон | 1898 | В. Рамзай, М. Траверс |
| Натрий | 1807 | Г. Дэви |
| Магний | 1808 | Г. Дэви |
| Алюминий | 1825 | X. Эрстед |
| Кремний | 1823 | И. Берцелиус |
| Фосфор | 1669 | Г. Брандт |
| Сера | Известна в древности | |
| Хлор | 1774 | К. Шееле |
| Аргон | 1894 | В. Рамзай, В. Рэлей |
| Калий | 1807 | Г. Дэви |
| Кальций | 1808 | Г. Дэви |
| Скандий | 1879 | Л. Нильсон |
| Титан | 1795 | М. Клапрот |
| Ванадий | 1830 | А. Сефстрем |
| Хром | 1797 | Л. Воклен |
| Марганец | 1774 | К. Шееле |
| Железо | Известно в древности | |
| Кобальт | 1735 | В. Брандт |
| Никель | 1751 | А. Кронштедт |
| Медь | Известна в древности | |
| Цинк | Получен в средние века | |
| Галлий | 1875 | П. Лекок де Буабодран |
| Германий | 1886 | К. Винклер |
| Мышьяк | Получен в средние века | |
| Селен | 1817 | И. Берцелиус |
| Бром | 1826 | А. Баляр |
| Криптон | 1898 | В. Рамзай, М. Траверс |
| Рубидий | 1861 | Р. Бунзен, Г. Кирхгоф |
| Стронций | 1790 | А. Крауфорд |
| Иттрий | 1794 | Ю. Гадолин |
| Цирконий | 1789 | М. Клапрот |
| Ниобий | 1801 | Ч. Хэтчет |
| Молибден | 1778 | К. Шееле |
| Технеций | 1937 | К. Перье, Э. Сегре |
| Рутений | 1844 | К. К. Клаус |
| Родий | 1804 | В. Волластон |
| Палладий | 1803 | В. Волластон |
| Серебро | Известно в древности | |
| Кадмий | 1817 | I К. Штромейер |
| Индий | 1863 | Ф. Рейх |
| Олово | Известно в древности | |
| Сурьма | Получена в средние века | |
| Теллур | 1782 | Ф. Мюллер фон Рейхенштейн |
| Иод | 1811 | Б. Куртуа |
| Ксенон | 1898 | В. Рамзай, М. Траверс |
| Цезий | 1861 | Р. Бунзен, Г. Кирхгоф |
| Барий | 1774 | К. Шееле, Г. Ган |
| Лантан | 1839 | К. Мосандер |
| Церий | 1803 | И. Берцелиус, В. Хизингер, М. Клапрот |
| Празеодим | 1885 | К. Ауэр фон Вельсбах |
| Неодим | 1885 | К. Ауэр фон Вельсбах |
| Прометий | 1945 | Д. Маринский, Л. Гленденин, Ч. Кориэлл |
| Самарий | 1879 | П. Лекок де Буабодран |
| Европий | 1901 | Э. Демарсе |
| Гадолиний | 1886 | П. Лекок де Буабодран |
| Тербий | 1843 | К. Мосандер |
| Диспрозий | 1886 | П. Лекок де Буабодран |
| Гольмий | 1879 | П. Клеве |
| Эрбий | 1843 | К. Мосандер |
| Тулий | 1879 | П. Клеве |
| Иттербий | 1878 | Ш. Мариньяк |
| Лютеций | 1907 | Ж. Урбэн |
| Гафний | 1923 | Д. Хевеши, Д. Костер |
| Тантал | 1802 | А. Экеберг |
| Вольфрам | 1781 | К. Шееле |
| Рений | 1925 | В. Ноддак, И. Такке, О. Берг |
| Осмий | 1804 | С. Теннант |
| Иридий | 1804 | С. Теннант |
| Платина | 1748 | |
| Золото | Известно в древности | |
| Ртуть | Известна в древности | |
| Таллий | 1861 | В. Крукс |
| Свинец | Известен в древности | |
| Висмут | Получен в средние века | |
| Полоний | 1898 | П. и М. Кюри |
| Астат | 1940 | Дж. Корсон, К. Маккензи, Э. Сегре |
| Радон | 1899 | Э. Резерфорд, Р. Оуэнс |
| Франций | 1939 | М. Перей |
| Радий | 1898 | П. и М. Кюри |
| Актиний | 1899 | А. Дебьерн |
| Торий | 1828 | И. Берцелиус |
| Протактиний | 1918 | О. Ган, Л. Мейтнер, Ф. Содди, А. Крэнстон |
| Уран | 1789 | М. Клапрот |
| Нептуний | 1940 | Е. Макмиллан, П. Абельсон |
| Плутоний | 1940 | Г. Сиборг с сотр. |
| Америций | 1945 | Г. Сиборг с сотр. |
| Кюрий | 1944 | Г. Сиборг и др. |
| Берклий | 1950 | Г. Сиборг и др. |
| Калифорний | 1950 | Г. Сиборг и др. |
| Эйнштейний | 1952 | А. Гиорсо, Г. Сиборг и др. |
| Фермий | 1952 | А. Гиорсо, Г. Сиборг и др. |
| Менделевий | 1955 | Г. Сиборг и др. |
| 102 | 1963–1966 | Г. Н. Флеров и др. |
| Лоуренсий | 1961 | А. Гиорсо и др. |
| Курчатовий | 1964 | Г. Н. Флеров и др. |
| Нильсборий | 1970 | Г. Н. Флеров и др. |
| 106 | 1974 | Ю. Ц. Оганесян и др. |
| 107 | 1976 | Ю. Ц. Оганесян и др. |
А в итоге получается, что клетки современной периодической системы были заполнены усилиями примерно 100 человек.
Среди них есть и свои рекордсмены. Опять же если говорить сначала об элементах, обнаруженных в природе, то первенство здесь принадлежит шведскому химику К. Шееле. На его счету шесть элементов: фтор, хлор, марганец, молибден, барий и вольфрам, и сюда же можно добавить седьмой – кислород, честь открытия которого К. Шееле делит с Дж. Пристли.
Серебряная медаль в деле открытия новых элементов принадлежит В. Рамзаю, открывшему аргон, гелий, криптон, неон и ксенон; правда, во всех случаях у него были соавторы: В. Крукс (гелий), В. Рэлей (аргон), М. Траверс (криптон, неон и ксенон). По четыре элемента обнаружили в природе И. Берцелиус (церий, селен, кремний и торий), Г. Дэви (калий, кальций, натрий и магний), П. Лекок де Буабодран (галлий, самарий, гадолиний и диспрозий). По три элемента открыли М. Клапрот (титан, цирконий и уран) и К. Мосандер (лантан, тербий и эрбий). Наконец, несколько исследователей подарили знанию по два новых элемента: Л. Воклен (бериллий и хром), У. Волластон (родий и палладий), Р. Бунзен и Г. Кирхгоф (рубидий и цезий), К. Ауэр фон Вельсбах (празеодим и неодим), П. Клеве (гольмий и тулий) и С. Теннант (осмий и иридий). Это несколько идеализированная картина. Читая в книге рассказы об открытиях тех или иных элементов, вы не раз сталкивались с такой ситуацией, когда не так-то просто с определенностью назвать автора открытия.
Что касается природных радиоактивных элементов, то здесь первенство остается за М. и П. Кюри, выделившими из урановых минералов полоний и радий. В открытии восьми трансурановых элементов принимал участие Г. Сиборг (с плутония по менделевий); для достоверного синтеза элементов с Z, равным 102–107, решающую роль сыграли работы Г. Н. Флерова, возглавляющего большую группу исследователей в Дубне.
А вот как распределились открытия химических элементов по странам.
Максимум приходится на Швецию: 23 химических элемента было обнаружено учеными этого государства. Сюда относятся (в хронологическом порядке): кобальт (1735), никель (1751), фтор (1771), хлор (1774), марганец (1774), барий (1774), молибден (1778), вольфрам (1781), иттрий (1794), тантал (1802), церий (1803), литий (1817), селен (1817), кремний (1823), торий (1828), ванадий (1830), лантан (1839), тербий (1843), эрбий (1843), скандий (1879), гольмий (1879) и тулий (1879). В данном перечне много редких и редкоземельных элементов, и это не случайно. В Швеции в XVIII в. была сильно развита металлургическая промышленность, а это требовало поисков новых месторождений железных руд. Попутно, а часто и независимо, обнаруживались новые минералы, содержащие, как оказывалось, неизвестные ранее элементы. Кроме того, химико-аналитический метод исследования стоял в Швеции на высоком уровне. Это опять было связано с необходимостью анализа большого количества минералов и руд. Не случайность, а практические потребности сделали Швецию первой страной по числу открытых ее учеными химических элементов.
Второй стала Англия. Английские ученые в обшей сложности обнаружили 20 элементов: водород (1766), азот (1772), кислород (1774), стронций (1787), ниобий (1801), палладий (1803), родий (1804), осмий (1804), иридий (1804), натрий, калий (1807), магний, кальций (1808), таллий (1861), аргон (1894), гелий (1895), неон (1898), криптон, ксенон (1898), радон (1900). На примере Англии отчетливо видна связь между открытиями элементов и общей направленностью научных исследований. В Англии, на родине пневматической химии, были обнаружены разновидности воздуха, оказавшиеся впоследствии элементарными газами атмосферы – водородом, азотом и кислородом. Спустя сто с лишним лет в Англии же сложилась благоприятная ситуация для открытия благородных газов (в данном случае выдающуюся роль сыграла личность конкретного ученого – В. Рамзая). В начале XIX в. больших успехов достигла в стране электрохимия, и это способствовало удачной работе Г. Дэви. Он получил в свободном виде натрий, калий, магний и кальций. Открытие четырех платиновых металлов связано с прогрессом исследований сырой платины в Англии.
Третье место занимает Франция. Ученые этой страны открыли 15 элементов: хром (1797), бериллий (1798), бор (1808), иод (1811), бром (1826), галлий (1875), самарий (1879), гадолиний (1886), диспрозий (1886), радий (1898), актиний (1899), европий (1901), лютеций (1907), франций (1939). Неудивительно, что радиоактивные элементы Ро, Ra, Ас были открыты французскими учеными. Это произошло в русле пионерских работ по изучению явления радиоактивности. Великолепный мастер спектрального анализа П. Лекок де Буабодран с помощью этого метода констатировал существование четырех новых элементов: галлия и трех редких земель – самария, гадолиния и диспрозия. Обнаружение хрома и бериллия было делом рук Л. Воклена – настолько искусного химика-аналитика, что было бы несправедливо, если бы он не подарил миру ни одного нового химического элемента.
Статистика открытий элементов на четвертое место ставит Германию (10 элементов): цирконий (1789), уран (1789), титан (1795), кадмий (1817), цезий (1860), рубидий (1861), индий (1863), германий (1886), протактиний (1918), рений (1925). Три фактора сыграли роль в этих открытиях: блестящее мастерство химика-аналитика М. Клапрота (Ti, Zr и U); разработка метода спектрального анализа (Cs, Rb и In); широкое развитие рентгеноспектральных исследований (Re).
Три элемента – теллур (1782), празеодим (1885), неодим (1885) – были открыты в Австрии, два – в Дании: алюминий (1825) и гафний (1923). Один элемент – рутений – был открыт в России в 1844 г. Однако нужно сказать, что русские химики, получив известия об открытии многих новых элементов, выделяли их из природного сырья и изучали их свойства (платиновые металлы, хром, стронций). Отечественные химики по разным причинам не внесли большого вклада в открытие химических элементов, существующих в природе. При этом нельзя забывать, что естественная классификация элементов, их периодическая система была разработана нашим соотечественником Д. И. Менделеевым, а это было делом гораздо более сложным, чем открытие нескольких новых элементов.
Нет ничего удивительного в том, что подавляющее большинство элементов, существующих в природе, было обнаружено учеными четырех стран: Англии, Германии, Франции и Швеции, где химические исследования находились на очень высоком уровне. Там были получены многие важные научные результаты, способствовавшие открытию новых химических элементов.
О том, как распределяются открытия в области синтезированных элементов, мы уже говорили (на с. 215). Здесь отметим, что наиболее сложные синтезы трансурановых элементов с Z, равным 102–107, впервые достоверно осуществлены в Советском Союзе.
Интересен и такой вопрос: какими темпами шло обнаружение новых химических элементов в разные периоды времени? Для удобства возьмем временной интервал с 1750 (примерная дата начала химико-аналитических исследований) по 1925 г. (открытие последнего стабильного элемента – рения) и разобьем его на периоды по 25 лет каждый. Пользуясь данными из сводной хронологической таблицы, составим таблицу (табл. 5), отражающую темпы обнаружения новых элементов.
