Текст книги "Как там у вас, на Бета-Лире?"
Автор книги: Юрий Фиалков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 12 страниц)
Много ли на земле эрбия?
За примерами ходить недалеко. Ртуть, надеюсь, никак нельзя отнести к малознакомым или очень уж редким элементам? Однако ее в земной коре в 100 (сто!) раз меньше, чем экзотического эрбия. Но может быть, эрбий по каким-то причинам обойденный элемент? Может быть, химики почему-либо гнушаются эрбием и именно этим объясняется непопулярность этого металла?
Посмотрим… Кто из вас держал в руках элемент иттрий? Никто? А слыхал кто об этом металле? Да, немногие… А ведь иттрия в земной коре целых 0,001 %! Не торопитесь говорить, что немного. Потому что «обычного» и очень хорошо известного брома в земной коре вдесятеро меньше, сурьмы же меньше в 100 раз, а висмута (того самого, чьи окислы составляют основу пудры) меньше, чем иттрия, в 1000 раз.
И уж совсем выразительный пример – элемент гафний. О нем химики узнали, можно сказать, совсем недавно, потому что он был открыт в 1923 году. Естественно было бы предполагать, что гафний отыскали позже остальных химических элементов потому, что его в земной коре мало. Конечно, с одной стороны, 4∙10–5 число и впрямь небольшое, но ведь и йод не назовешь редким элементом! Йод помянут здесь не случайно. Об этом элементе уместно вспомнить, потому что его в земной коре втрое меньше, чем гафния. А известен йод химикам без малого 200 лет. Да и вряд ли стали бы в аптеках продавать за копейки йодную настойку, если бы йод был таким уж редким элементом. Но, может быть, гафний тоже стоит недорого? Как бы не так! Покупка десяти граммов гафния подрывает месячный бюджет даже солидной лаборатории.
Вот и выходит, что… ничего не понятно. А вместо ответа на вопросы выплыла очередная проблема: какой элемент следует считать редким?
Надо заметить, что распространенность элемента в земной коре и его доступность не всегда идут рука об руку. Тут можно вспомнить одесского коммерсанта смутного 1919 года, который невиданно дешево продавал вагон яблочного повидла и вагон секундных стрелок. Совершив сделку, он охотно пояснял довольным покупателям, что повидло и стрелки… как бы вам сказать… некоторым образом перемешаны друг с другом.
Германия в земной коре в 25 тысяч раз больше, чем золота. Но в то время как золото встречается в самородном состоянии и, следовательно, можно (при хорошем везении, конечно) набрести на золотой слиток, германиевый самородок до сих пор еще никто не находил и, можно не сомневаться, не отыщет. Потому что германий, как и многие другие рассеянные элементы, находится в земной коре в «размазанном» состоянии. Так сказать, всюду и нигде. Поэтому химик, которому предстоит добывать элемент из земных недр, предпочтет журавля (золото) в руках синице (германий) в небе.
Термин «рассеянный» тут употреблен отнюдь не в том смысле, в каком им описывают ротозейство известного обитателя улицы Бассейной, а в его изначальном значении, основывающемся на слове «сеять» – раздроблять.
Далеко не каждому элементу дано образовывать свои минералы. Лишь те счастливчики, которым природа предоставила пристанище в виде минерала, да еще достаточно распространенного, относятся к элементам более или менее доступным, а следовательно, нередким. Тем же бедолагам химическим элементам, которые не образуют сколько-нибудь распространенных минералов, суждено мыкаться по земной коре, «нигде гнезда не свивая». Будучи более или менее равномерно распределены в породах, они хотя и обладают большой суммарной массой, но масса эта как бы «размазана» по всему веществу земной коры.
От того, встречается ли тот или иной элемент в земной коре в компактном или рассеянном состоянии, в значительной степени зависит доступность этого элемента.
Поэтому не следует судить о редкостности элемента на основании количества строк, отведенных ему в учебнике химии, или даже по, казалось бы, более объективному критерию – стоимости. Нет, беспристрастным свидетелем здесь может быть только таблица распространенности элементов.
В некоторых – но только некоторых – случаях можно установить довольно тесную зависимость распространенности элемента от его химических свойств. Пожалуй, наиболее выразительная иллюстрация этой зависимости – инертные газы.
Сейчас так много и так усердно пишут о сравнительно недавно открытых химических соединениях инертных газов с некоторыми элементами, например фтором, что может создаться впечатление: у этих газов только и забот, что соединиться с каким-либо элементом. В действительности атому фтора позаимствовать электрон (непременное условие образования химической связи) у ксенона не легче, чем Ходже Насреддину было отбирать сумку с долговыми расписками у ростовщика Джафара. В обычных условиях (а элементарный фтор в природе не встречается) инертные газы продолжают оставаться теми химическими гордецами, какими их знает химия вот уже лет восемьдесят – со времени открытия.
Вот почему инертные газы встречаются в природе только в элементарном состоянии. Но в отличие от золота, которое тоже практически не образует минералов, инертные газы – это все-таки газы, и поэтому им уготовано место только и только в атмосфере.
А газы эти медленно, но неотвратимо уходят в мировое пространство. Это обстоятельство не должно внушать тревогу относительно грядущей нехватки кислорода. Скорее нужно опасаться не утечки воздуха, а тревожного загрязнения атмосферы двигателями всяких сгораний. Кислород пока еще исправно поставляет земная флора. Азот же непрерывно поставляется многочисленными земными вулканами. Но инертным газам подкрепления ждать неоткуда (об одном исключении из этого бесспорного утверждения будет рассказано в следующей главе). Поэтому не надо удивляться такой мизерной распространенности инертных газов. Скорее следует радоваться, что они еще сохранились на планете.
Впрочем, случай с инертными газами единичен. Общим считать его никак нельзя. Иначе следовало бы предположить, что элементы с близкими химическими свойствами должны характеризоваться и близкими величинами распространенности. А знаете ли вы, что по химическим свойствам радий достаточно сильно смахивает на кальций? Но самый разнесчастный перуанский индеец не во столько раз беднее мультимиллиардера, во сколько раз радия в земной коре меньше, чем кальция! Нет, в проблеме распространенности элементов на одних химических свойствах не сыграешь…
Чем больше, тем меньше
Хочу предложить читателям вместе со мной заняться поисками закономерностей, определяющих распространенность элементов в земной коре. Не может быть, чтобы мы в конце концов не выяснили, почему же на Земле кремния много, а золота мало. Случайно ли это или закономерно? Итак, ищем закон.
От чего отталкиваться, когда речь идет о химических элементах, известно: от периодической системы Менделеева. Вот и вывесим ее на стену так, чтобы она все время была перед глазами.
Начнем с первой группы менделеевской таблицы. Итак, щелочные металлы. Заглядывая в таблицу распространенности химических элементов, выпишем против названия каждого из щелочных металлов величины их содержания в земной коре (проценты, конечно, атомные).
Первого из щелочных металлов, лития, в земной коре маловато – 0,02 %. Да, по сравнению со следующими щелочными металлами, элементами-гигантами натрием (1,82 %) и калием (1,05 %), литий совсем бедный родственник. Впрочем, в семье щелочных металлов не один литий – голытьба: рубидия в земной коре еще меньше, чем лития (0,007 %), а цезия и вовсе самая малость (9∙105 %). Что же касается последнего из щелочных металлов, франция, то о его распространенности, которую и термином-то этим совестно назвать, уже говорилось. Закономерности как будто бы никакой нет. Сначала мало, затем много, а потом снова мало. Напоминает эрудицию школьника или студента до, во время и после экзамена. Позвольте, а если отбросить литий, то… То начинает проглядываться довольно определенная закономерность: содержание щелочного металла в земной коре убывает по мере повышения порядкового номера в периодической системе, или, что одно и то же, атомной массы.
Эту пока что еще довольно смутную догадку о связи распространенности элемента с его порядковым номером следует тут же проверить. Обратимся к соседней группе менделеевской системы. Металлы этой группы «сверху вниз» идут в таком порядке: магний, кальций, стронций, барий, радий. Выпишем в том же порядке колонку величин распространенности: 1,72 – 1,41 – 0,01 – 0,006 – 2∙10–12. Комментарии? Вот их-то как раз и не нужно! И так ясно: распространенность химического элемента падает по мере увеличения порядкового номера. Позвольте, но ведь это почти закон. Нет, почему «почти»? Это самый настоящий закон! И к тому же (отбросим ненужную скромность!) – фундаментальный закон.
Похоже, что мы с вами молодцы: найти новый закон природы, да еще фундаментальный, – достижение, что ни говорите, не будничное.
Теперь остается одно – поверить эту пока что не очень четко просматривающуюся гармонию геометрией: составим график зависимости распространенности от порядкового номера элемента, и тогда можно отдыхать с приятным сознанием выполненного долга и ожиданием грядущих почестей.
Но отдыха не предвидится. Почестей тем более. То, что получается на графике, можно определить кратким, но зато предельно для данного случая выразительным словом – хаос.
О какой закономерности можно здесь говорить?! Точки скачут, как шарики в машине для игры в спортлото, и похоже, что закономерностей на графике не больше, чем в этой же почтенной игре.
Тут можно привести весь классический комплект горестных поговорок («Торговали – веселились…», «Не кричи «гоп», пока…»), можно пройтись по полной гамме приличествующих случаю печальных вздохов, а можно и просто сокрушенно махнуть рукой и согласиться с тем, что наука – удел немногих гениев, да и то озаренных свыше. Но не стоит всего этого делать. Право, не стоит. Мы и так впали в один из самых больших грехов, какие могут быть присущи научному работнику. Сначала, натолкнувшись на два пусть любопытных, но частных факта, мы решили, что открыли общий закон. И естественно, возликовали. А потом, обнаружив, что действительность не желает подчиняться этому походя придуманному нами закону, пришли в уныние и решили, что ни о каких закономерностях вообще говорить не приходится.
Скажу сразу: подобные эмоционально-психологические амплитуды в какой-то мере извинительны влюбленному, но совершенно противопоказаны научной работе.
Поэтому на какое-то время загоним эмоции в дальний угол души и с максимальной деловитостью рассмотрим диаграммы распространенности элементов в земной коре.
Да, воистину «вначале был хаос»! Соединяя в различных сочетаниях точки на диаграмме, можно, как на средневековых картах неба, получить любые фигуры. Но до обобщений, да еще научных, здесь далеко. Поэтому не будем прибегать к такому малопочтенному занятию, напоминающему предновогоднее гадание засидевшихся девиц, а отметим факты бесспорные.
Прежде всего мы замечаем, что из двух соседних, то есть различающихся порядковым номером 1, элементов один обязательно содержится в земной коре в количестве, во много раз большем, чем другой. Отметив это, мы сразу обращаем внимание на то, что из двух элементов-соседей почти всегда более распространен элемент с четным порядковым номером.
Различие в распространенности четных и нечетных элементов особенно четко проявляется в начале периодической системы. Первые 14 четных элементов распространены в земной коре втрое больше, чем первые 14 нечетных. Да и то репутацию нечетных значительно поддерживает алюминий. Не будь содержание этого металла в земной коре так велико, дела нечетных были бы вовсе никудышными.
В проблеме четных и нечетных самое впечатляющее, пожалуй, – это распространенность так называемых редкоземельных элементов: пятнадцати близнецов с порядковыми номерами от 57-го до 71-го, которые тем не менее занимают и таблице Менделеева… одну клетку[1]1
Подробнее о редкоземельных элементах я писал в книгах «Девятый знак» (1963, 1965) и «В клетке № …» (1969), выпущенных издательством «Детская литература».
[Закрыть]. Эти редкоземельные элементы, почти неразличимые по всем химическим и очень многим физическим свойствам, практически всегда присутствующие в месторождениях и минералах вместе, «всей компанией», эти неразлучные элементы-близнецы, оказывается, не равны перед природой по величинам их распространенности в земной коре. Правило, которое здесь соблюдается так строго, что его впору возвести в ранг закона, гласит: любой из четных редкоземельных элементов встречается в земной коре в количествах, значительно превосходящих своих нечетных соседей. Исключений не наблюдается ни в одном – ни в одном! – случае. Этот пример достаточно ясно показывает, что не химические свойства, вернее, не только они определяют распространенность элементов.
Итак, четным элементам, и это мы установили бесспорно, живется куда вольготнее, чем их нечетным собратьям. Но даже среди «зажиточных» четных элементов выделяются по своей распространенности элементы-гиганты: кислород, кремний, кальций, железо.
Не может быть, чтобы этих великанов не объединяло что-нибудь общее! У нас с вами достанет юмора, чтобы не сопоставлять цвет, запах или вкус этих элементов. Да и то сказать – медные дверные ручки, на вкус которых часто ссылаются герои юмористических рассказов, в действительности никаким вкусом, как и подавляющее большинство металлов, не обладают…
Но что же тогда сопоставлять? Атомный номер? Но с ним мы уже имели дело. Другую основную характеристику элемента – атомную массу? Попробуем… Выписываем атомные массы элементов-гигантов: 16, 28, 40, 56. Что общего у этих чисел? Разве только то, что все они без остатка делятся на 4.
Случайность? Но случайно можно разве только с приятелем в кино встретиться. Да и то, если разобраться, случайности в этой встрече не так уж много, потому что оба прогуливали один и тот же урок… Нет, делимость на 4 выплыла здесь не случайно! Впрочем, сейчас на этом обстоятельстве, которое для читателя носит пока что чисто арифметический оттенок, останавливаться не будем, но запомнить его прошу.
Хотя желаемая четкая закономерность распространенности химического элемента в зависимости от порядкового номера отсутствует, но четкая тенденция несомненна: с повышением порядкового номера распространенность химических элементов все же уменьшается. Выходит, были мы правы тогда, когда утверждали, что повышение порядкового номера должно вести к уменьшению содержания элемента в земной коре. Но только тогда мы хотели вывести это правило методом кавалерийского наскока, который хорош в маневренной войне, но почти всегда бесплоден в науке – она, наука, чаще и успешнее пользуется методом планомерной осады. Как видим, разобравшись в исключениях из этого правила и уяснив некоторые важные обстоятельства, мы пришли к правильной картине, которая оказалась не такой простой, как нам хотелось бы, но, в общем, достаточно выразительной.
Итак, чем сложнее ядро атома химического элемента, тем этого элемента в земной коре меньше. Как утверждают врачи, у худых больше шансов стать долгожителями, чем у тучных. Не случайно расчетливые американские страховые компании берут с толстяков гораздо большую сумму страховки, чем с их поджарых однолетков.
Сформулировав хотя и приблизительное, но для первой прикидки удовлетворительное правило распространенности химических элементов, можем с известным удовлетворением подвести итоги нашей работы. Мы установили, какие элементы распространены в земной коре более других. Определили, какие признаки присущи этим наиболее распространенным элементам. Нашли, что между распространенностью элемента, его порядковым номером и массовым числом существует несомненная связь.
Замечу сразу, что это не так уж мало. Найти бесспорный факт для ученого значит не меньше, чем для домашней хозяйки купить доброкачественные продукты, ибо без доброкачественных овощей не сварить хорошего супа, а без достоверных фактов не создать хорошей теории. Поэтому имеются все основания для хорошего настроения.
Однако того удовлетворения, на которое можно было рассчитывать, согласитесь, мы не ощущаем. Потому что мы нашли ответ лишь на вопросы «как», «каким образом». Но вот почему четные элементы природе более любы, чем нечетные? Почему распространенность элемента уменьшается с увеличением его атомного номера? Почему элементы-гиганты имеют атомную массу, кратную четырем?
Но – и от этого никуда не деться – ответы на вопросы, начинающиеся с «почему», в науке ценятся гораздо выше, чем ответы на вопросы, начинающиеся с «как». Именно поэтому я не могу сказать, что в проблеме распространенности химических элементов мы проделали хотя бы половину работы. Если не все, то, во всяком случае, очень многое еще впереди.
Делись на 4 без остатка…
Об избытке производимой в наше время научной информации говорят нынче все. Действительно, информации становится многовато. И, несомненно, часть ее избыточна, а стало быть, вредна.
Проблема избыточной информации уже успела выплеснуться на страницы научно-популярной, научно-художественной, а подчас и просто художественной периодики. А недавно в одной из статей некий журналист-максималист с категоричностью, выдающей его молодость, предложил упразднить… названия химических элементов:
«Разве, говоря о химических элементах и их соединениях, не достаточно ограничиться указанием на порядковый номер химического элемента? Разве, отметив, что речь идет, например, об элементе № 8, мы тем самым однозначно не определили, что это кислород? Зачем же эта возня с названиями? Тем более, что вредный обычай присваивать химическим элементам названия подчас приводит к размолвкам в среде ученых. Вот я и предлагаю: давайте оставим за химическими элементами только номера, упразднив названия. Право, информации в выражении «соединение элемента № 11 с элементом № 17» ничуть не меньше, чем в выражении «хлористый натрий».
Наш журналист, в общем, не очень оригинален. Пишут, что в Нью-Йорке подавляющее большинство улиц обозначается номерами. Что ж, давайте перенесем этот обычай к нам, и тогда в погожий весенний вечер юноша, стоя с любимой на улице 13 угол 26-й, будет ей жарко нашептывать:
«Моя дорогая, любимая! Люблю тебя безумно!»
И услышит в ответ:
«Зачем столько лишних слов? Сказав «люблю», зачем еще говорить «любимая»? И потом, если «любимая», то, следовательно, и «дорогая» – к чему же повторения?! А «безумно» – тут не только избыточная, но и вовсе неверная информация, ведь ты в здравом уме. Если же считать, что… Но куда же ты, Миша?»
Да, не всегда избыточная информация – лишняя…
И тем не менее здравый смысл в заключениях автора есть.
Порядковый номер действительно полностью определяет, о каком химическом элементе идет речь. Уточним: важно здесь то, что, как известно всем, порядковый номер соответствует числу протонов в ядре атома химического элемента. Сказав: «атомное ядро этого элемента содержит 17 протонов», мы тем самым дали понять, что речь идет о хлоре, потому что у хлора, и только у него, в ядре атома насчитывается 17 протонов; ибо 16 протонов – это ядро атома серы, а 18 – аргона.
Сведения о числе протонов в атомном ядре не представляют сколько-нибудь явной информации о массовом числе элемента. В ядре, в состав которого входит 17 протонов, может содержаться еще, например, 18 нейтронов, а может быть, и все 20. Разница большая!
В первом случае элемент будет иметь атомную массу 35, а во втором – 37. Кстати, а какую атомную массу имеет хлор, ведь речь идет именно о нем? Таблица свидетельствует, что атомная масса этого элемента равная 35,46.
Эта обескураживающая дробность могла бы навести на мысль, что в ядре атома хлора содержится 18,46 нейтрона. Но, во-первых, мы знаем, что нейтрон и пополам-то разделить нельзя, не то что на сотые доли. А во-вторых, к чему притворное удивление – и так всем известно, в чем дело. Природный хлор состоит из двух изотопов: хлор-35 (тот, у которого в ядре атома 18 нейтронов) и хлор-37 (тот, у которого в ядре атома 20 нейтронов). Соотношение же между хлором-35 и хлором-37 таково, что приводит к средней атомной массе 35,5. Кстати, каждый пятиклассник, знакомый с правилом пропорций, может подсчитать, исходя из средней атомной массы хлора, что в природных соединениях этого элемента содержится 75,5 % хлора-35 и, стало быть, 24,5 % хлора-37.
Вряд ли стоит напоминать, что количество протонов в атомном ядре полностью определяет строение электронной оболочки и, следовательно, химические свойства элемента. Таким образом, в химическом отношении разные изотопы одного элемента неразличимы.
Да, конечно, весь этот разговор был затеян для того, чтобы читатель вспомнил, что такое изотопы. Потому что наш рассказ о распространенности химических элементов должен свестись к распространенности изотопов. Это будет более правильный подход, который сулит больше шансов на успех, чем «глобальное» рассмотрение.
Большинство химических элементов в природе представляет собой смесь нескольких изотопов: двух (например, уже упоминавшийся хлор, который состоит из изотопов с массовыми числами 35 и 37), трех (например, кислород, который образован изотопами 16, 17, 18), а нередко и больше. Например, то, что мы называем одним словом «кальций», в действительности представляет целый выводок изотопов с массовыми числами 40, 42, 43, 44, 46 и 48. Рекорд многочисленности принадлежит олову – под этим названием объединяется целый десяток изотопов с массовыми числами от 112 по 124.
А теперь можно набросать канву – в подражание Феликсу Кривину – басни в прозе. Кислород, подбоченясь, презрительно бросает трудяге-алюминию:
– Ты, братец, посторонись, много тут вас, мелкопоместных!
– А кто же вы будете, ваше высокоблагородие? – робея, спрашивает алюминий.
– Я кислород! Кислород-17! – высокомерно и напыщенно заявляет гордец.
И алюминий, которого подводит его необразованность, униженно отступает на обочину, не ведая, что содержание этого кислорода-17 в земной коре по сравнению с алюминием не просто незначительно, а и вовсе ничтожно.
Мораль басни ясна: неверно говорить о распространенности химического элемента вообще – надо учитывать содержание в земной коре каждого из изотопов в отдельности.
Для того чтобы установить закономерности распространения в земной коре изотопов, займемся поначалу игрой «чет-нечет». Учтем, что число протонов в ядре атома может быть либо четным, либо нечетным. То же можно сказать и о числе нейтронов. Отсюда следует, что по классификации «чет-нечет» возможны четыре типа ядер, которые для наглядности сведем в табличку:
Разложим все известные нам изотопы по полочкам. И сразу выяснится прелюбопытное обстоятельство. Полка I («чет-чет») забита, что называется, доверху, изотопа лишнего приткнуть некуда. Полки III и IV заставлены совсем свободно, а вот полка II, считайте, совсем пуста: какие-то жалкие 4 изотопа, которые не сразу-то и заметишь.
Итак, природе особенно любы атомы, ядра которых содержат четные числа протонов и нейтронов. К противоположной комбинации («нечет-нечет») природа относится с нескрываемым отвращением. Но природа, как верховный судья, обязана быть беспристрастной. И если она отошла от этого принципа, открыто отдав симпатии типу ядер «чет-чет», надо полагать, у нее на это имеются серьезные основания.
Попробуем ввести классификацию изотопов по другому признаку. Признак этот на первый взгляд может показаться несколько искусственным. Но раньше я предупреждал, что нам придется еще говорить о делимости массовых чисел на 4,– речь сейчас идет именно об этом признаке.
Не надо вспоминать очень несложное правило делимости на 4, чтобы догадаться: в этой системе классификации может быть четыре типа изотопов. К первому из них относятся изотопы, чьи массовые числа делятся на 4 без остатка. Примерами могут служить кислород-16 или кремний-28. Назовем этот тип «4p». Изотопы, массовые числа которых при делении на 4 будут давать в остатке 1, обозначим 4p+1 (пример: хлор-37). Очевидно, что, помимо этих типов, возможны еще два: 4p+2 (например, азот-14) и, наконец, 4p+3 (алюминий-27).
Справедливости ради отмечу, что существует несколько изотопов, которые не подпадают под эту систему классификации. Это те, массовое число которых меньше четырех, то есть в данном случае они вообще состоят лишь из одного «остатка». Изотопов этих очень немного, и можно было бы вообще о них не вспоминать, если бы в их число не попадал такой важный, как можно об этом догадаться, водород-1 («обычный» водород в отличие от тяжелого водорода с массовым числом 2 – дейтерия).
Прежде всего бросается в глаза, что в тех случаях, когда какой-либо химический элемент состоит из смеси нескольких изотопов, то всегда (за очень редкими исключениями, которые только подчеркивают справедливость общего правила) абсолютно преобладающим будет изотоп типа 4p.
Примеры, подтверждающие это правило, можно отыскать, ткнув наугад в таблицу Менделеева. Куда попали мы пальцем? Клетка № 8, кислород. Уже упоминалось, что этот элемент состоит из трех изотопов: 16, 17 и 18. Так вот, кислорода-16 (тип 4p) в природном кислороде и всех его соединениях содержится 99,76 %. Стоит ли теперь приводить жалкие величины содержания остальных изотопов кислорода?
У кальция шесть изотопов, которые перечислялись раньше. На долю кальция-40 (4p!) приходится 96,9 %. Как видим, остальные пять изотопов должны довольствоваться малым, очень малым…
Конечно, очень хотелось бы вести повествование таким образом, чтобы каждый раз подводить читателя к каким-то неожиданным выводам, непрерывно читателя удивляя, а то и поражая. Удивление, конечно, хорошо, но на нем одном в науке не выедешь. Надобно еще и размышление. Все приведенные факты предназначались обосновать вывод: большинство атомов, из которых состоит земная кора, относится к типу 4p.
Да, 75 % земной коры «делится без остатка на 4». Вывод после всего сказанного о преобладании изотопов типа 4p не неожиданный, а все-таки удивительный. Чем объяснить пока что совершенно непонятную склонность природы к числу 4? Влечение тем более загадочное, что эти 75 % выглядят совсем уж внушительно на фоне жалких 0,01 % и 0,05 % (содержание в земной коре типов 4p+1 и 4p+2). Несколько более благополучен тип 4p+3 – его в земной коре 8 %. Этой своей, впрочем, относительной зажиточности тип 4p+3 целиком обязан алюминию, который (атомная масса единственного изотопа алюминия составляет 27) относится к числу наиболее мощных элементов-гигантов. И наконец, 17 % атомов земной коры приходится на долю внеклассификационного водорода.
А ответа на вопрос «почему» все нет. И тянет попытать счастья с другими числами. Скажем, попробовать классифицировать изотопы по признаку делимости на 8. Или на 16. А может быть, что-нибудь интересное получится, если в качестве делителя взять «счастливое» число 7? Или «несчастливое» 13? Если продолжать игру, то можно докатиться до подмены объективных законов естествознания игрой в магические числа.
«Магические числа»? Слова эти у меня вырвались нечаянно, но как нельзя более чем кстати. Ведь именно этот термин можно встретить на страницах учебников ядерной физики в разделе, посвященном устойчивости атомных ядер. Там же и приводятся эти «магические числа»: 2, 8, 20, 28, 50, 82 и 126.
«Магия» в данном случае относится к количеству протонов или нейтронов в ядре атома. Но неужели физика да еще такой современный ее раздел, как учение об атомном ядре, имеет что-либо общее с магией, хиромантией и прочей ложнотаинственной заумью?
«Магическими» физики назвали эти числа потому, что атомные ядра, содержащие названные числа протонов и нейтронов, наиболее устойчивы.
Но, как мы сейчас убедимся, эти числа волшебны и для геохимии. Впрочем, читатель, наверное, уже сам заметил, что наиболее распространенные в земной коре изотопы так или иначе связаны с «магическими числами».
Чемпион чемпионов по распространенности – кислород. Весь встречающийся в земной коре кислород, можно сказать, состоит из изотопа с массовым числом 16.
Но ведь ядро этого изотопа содержит 8 протонов («магическое число») и 8 нейтронов (еще «магическое число»). Серебряный призер распространенности – кремний, атомная масса которого равна 28 – «магическое число»! Достаточно распространенный элемент кальций наиболее богат изотопом 40 – снова дважды «магическое число» (2x20).
На этот раз мы окончательно прекращаем манипулировать с числами, не то у читателя и впрямь может возникнуть представление, что все учение о законах распространенности химических элементов в земной коре сводится к числовым комбинациям.
А ведь с помощью манипуляций с числами, как известно, можно предсказать (и предсказывали!) что угодно: начало мировой войны, землетрясение в Исламбаде, пришествие антихриста и рождение очередного Наполеона.
Но как бы то ни было, из всего сказанного с очевидностью вытекает, что распространенность химического элемента связана со свойствами атомного ядра. И поэтому геохимик, пытаясь получить ответ на вопрос «почему», без услуг физики, ядерной физики, обойтись никак не может.
