Текст книги "Как там у вас, на Бета-Лире?"
Автор книги: Юрий Фиалков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 12 страниц)
Брать быка за рога…
Частицы, составляющие атомное ядро, стягивают в одно целое ядерные силы – физики это установили давно. Научились они и подсчитывать величину энергии связи. А узнав общую величину энергии связи, совсем просто подсчитать долю энергии, приходящуюся на одну частицу, – удельную энергию связи частиц в ядре.
В сущности, эта новая для нас характеристика атомного ядра описывает стабильность химического элемента: понятно, что чем удельная энергия связи больше, тем устойчивее этот химический элемент. Устойчивость… распространенность… Согласитесь, что между этими словами что-то общее есть, несомненно есть…
Впрочем, если бы мы захотели уловить какую-либо закономерность между удельной энергией связи и зарядом ядра химического элемента, то были бы столь же обескуражены, как и в случае распространенности. «Как и в случае распространенности»… Нет, не случайно мы соединили эти два слова – устойчивость и распространенность!
Но теперь, наученные горьким опытом, не будем преждевременно сокрушаться по поводу отсутствия строгих закономерностей. Потому что мы очень скоро установим, что, как и в случае распространенности, наибольшей энергией связи характеризуются кислород, кремний, кальций, железо… Все те же элементы-гиганты! Случайное совпадение? Но проблема случайного в природе уже обсуждалась, и вывод был как будто бы определенным. А раз так, то сопоставим распространенность и удельную энергию связи (устойчивость) повнимательнее.
Да, несомненно, самые устойчивые химические элементы наиболее распространены в земной коре. Правда, здесь не все понятно. И самое главное: почему наибольшей энергией связи характеризуется железо, а более всего в земной коре все же кислорода?
Что ж, запомним эту особенность железа. Запомним и в будущем постараемся в ней разобраться.
Приученный уже относиться к числу 4 с настороженностью, читатель несомненно заметит, что изотопы, находящиеся на зубцах графика, все, без исключения, принадлежат к типу 4p. В самом деле, каждый из изотопов типа 4p обладает удельной энергией связи заметно большей, чем его соседи. Взять хотя бы кислород, слева от которого в периодической системе стоит азот, а справа – фтор. Созерцая эту троицу, можно сказать лишь одно: Гулливер (кислород) среди лилипутов (его соседи). Эта литературная реминисценция вполне оправданна: удельная энергия связи частиц в ядрах азота и фтора впятеро меньше, чем у кислорода.
Можно было бы, конечно, позавидовать счастливцу кислороду: у него, дескать, и распространенность наибольшая, и удельная энергия связи гораздо внушительнее, чем у других изотопов с близкой атомной массой. Но, впадая в постыдный грех зависти, не совершаем ли мы при этом еще и логическую ошибку? Правильным ли будет замечание: «Везет же артисту Н. – и тенор у него прекрасный, и выигрышную во всех отношениях партию Ленского ему поручили…» Понятно, что именно потому тенор Н. будет петь «Куда, куда вы удалились…», что у него отменный голос, а вот гораздо менее счастливый в вокальном отношении М. поет лишь «Ви роза…».
Так, быть может, потому кислород относится к элементам-гиган-там, что удельная энергия связи у него выше, чем у других изотопов с близкими массовыми числами? «Может быть…» А если без предположений, наверняка?
Пытаясь получить ответ «наверняка», не следует брать быка за рога. А надо отметить одну любопытную особенность этих «делящихся на 4 без остатка» элементов. Во-первых, у подавляющего большинства из них число протонов равно числу нейтронов. А во-вторых, эти числа четные.
Комбинация 2 протона-|-2 нейтрона в силу законов микромира энергетически особенно выгодна. Этот квартет неразлучен не только в ядре. Даже при ядерных катаклизмах – при радиоактивном распаде элемента – эта компания старается не разлучаться: вспомним альфа-распад. Ведь альфа-частица, вылетающая из ядра, – это и есть содружество двух протонов и двух нейтронов.
Итак, природе выгодно создавать ядра, состоящие из четного числа протонов и четного числа нейтронов, то есть «делящиеся на 4 без остатка». Слово «выгодно» здесь и в одной из предыдущих фраз приведено без кавычек. Они, кавычки, здесь не нужны. Потому что природа всегда следует путем наибольшей энергетической выгоды. А поскольку этот путь предопределен основным законом природы – законом сохранения энергии, – то это та самая выгода, которая никак не служит синонимом слова «корысть». Выходит, нет у природы особенного стремления к четным числам, а есть четкий физический закон, согласно которому строят жизнь химические элементы.
Наконец, достаточно просто объясняются и числа, которые физики прозвали «магическими» (помните: 2, 8, 20…). Частицы, образующие атомное ядро, располагаются не произвольно, а в таком же строгом порядке, как электроны, вращающиеся вокруг ядра. И так же, как и в случае электронов, в атомном ядре существуют оболочки, наполнение каждой из которых отвечает определенному «магическому» числу. Поэтому и здесь, несмотря на столь интригующий эпитет, как видим, ничего таинственного нет.
Пока что получается, как в романе с замысловатой, но не очень профессионально построенной интригой: на протяжении всего романа автор накручивает самые невероятные события, а когда становится очевидным, что узлов завязано столько, что развязывать их – дело безнадежное, автор заталкивает всех героев в лифт, который, конечно же, обрывается, и автор с облегчением выводит слово «конец».
Но анализ закономерностей распространенности химических элементов, увы, не роман. Сюжеты здесь придумывает не автор, а природа, которая, к сожалению (а вернее всего, к счастью), не склонна к эффектам.
Из всех определений понятия «наука» (а имя им – легион) мне больше всего по душе такое: настоящей наукой следует считать такую область знаний, где ответ на один вопрос рождает по крайней мере два других вопроса.
И один из таких вопросов возникает немедленно. Утверждалось, что чем прочнее связаны частицы в ядре атома, тем этого элемента в природе больше. Но ведь чемпион по величине удельной энергии связи – железо. А этот элемент в иерархии распространенности только четвертый. Как можно это объяснить?
Честно говоря, вопросов здесь гораздо больше. Но и этот один показывает, что наука о распространенности химических элементов – настоящая наука, и, более того, наука интересная.
Последний комплимент геохимии не освобождает нас от поисков ответа на поставленный вопрос. Итак, будем решать, кто все же настоящий чемпион: кислород или железо?
«Лучший портной»
Хочется вспомнить старую и, в общем-то, хорошо известную историю, не потерявшую от этого, впрочем, аромата поучительности. На одной из окраинных улочек дореволюционного провинциального местечка жили трое портных, конечно же конкурировавших друг с другом. Желая подчеркнуть свое превосходство, первый портной намалевал вывеску: «Лучший портной в городе». Второй не остался в долгу, и его хибара украсилась вывеской: «Лучший портной в Расеи». Что оставалось третьему? Претендовать на мировое господство? И над домиком укрепилось гордое: «Лучший портной на ефтой улице».
До сих пор речь шла о распространенности химических элементов в земной коре, которая и по объему и по массе составляет лишь очень малую часть земного шара. Можно ли считать, что картина относительной распространенности химических элементов в земной коре, установленная для земной коры, будет справедлива для планеты в целом? Не приходится сомневаться в том, что это было бы слишком смелое и неоправданное обобщение. Как неправомерно было бы судить о знаниях учащихся всего класса, вызвав наудачу одного лишь Тяпкина, так же нельзя считать, что химический состав тоненького поверхностного слоя позволяет судить о распространенности химических элементов на всей планете в целом. Может быть, кислород и впрямь чемпион лишь «на ефтой улице»?
Да, так оно и получается. Если рассмотреть таблицу, в которой сведены данные о распространенности химических элементов во всем нашем земном шаре, а не только в поверхностном слое, мы увидим, что железо занимает там уверенно и бесспорно первое место. Оказывается, что Земля более чем на 1/3 состоит из 26-го элемента: на его долю приходится почти 37 % массы планеты. Кислород же вынужден потесниться на вторую ступеньку пьедестала почета – его вклад в массу планеты около 30 %. Третье место уверенно занимает кремний (14,9 %). Далее, солидно поотстав от золотого и серебряного призеров, но с хорошим отрывом от преследователей идет магний (6,7 %), за ним устремляется алюминий (3,0 %) и, наконец, на последней ступеньке олимпийского зачета стоят, обнявшись, два элемента – никель и кальций (по 2,9 %).
Рассматривая этот строй элементов-победителей, мы уже не станем дивиться, не станем недоумевать по поводу несправедливостей природы. Теперь уже многое понятно. Конечно же, первое место, которое заняло железо, полностью отвечает устойчивости его атомного ядра. Все закономерно и справедливо: первый по величине удельной энергии связи – первый и по распространенности на нашей планете.
Следующих три призера тоже занимают свои места по праву – это все наши старые знакомые элементы-гиганты, относящиеся к привилегированному клану элементов типа 4p.
Нельзя пояснить причину различия химических составов земной коры и планеты в целом, не коснувшись, хотя бы мимоходом, проблемы строения Земли. Специалисты-геологи различают в нашей планете столько слоев, из которых, по их мнению, весьма убедительному и справедливому, состоит Земля, что, подбирая сравнение, иллюстрирующее современную модель Земли, ничего лучше капусты не придумаешь. Но вряд ли нам нужна такая детализация. Достаточно запомнить, что Земля состоит из коры, мантии, которая простирается на глубину приблизительно до 3000 километров, и ядра, название которого достаточно красноречиво говорит о его положении.
Мантия состоит в основном из окислов. Так что кислорода там, разумеется, хватает. Что же касается тех элементов, с которыми соединен кислород, то гадать о них после всего сказанного об элементах-гигантах не приходится. Это железо, магний, кальций и, конечно же, кремний. Нигде торжество типа 4p не проявляется так ярко и празднично, как в химическом составе мантии!
Ядро же нашей планеты – это железо с довольно значительной примесью никеля и, возможно, некоторой примесью кремния и серы. Если учесть, что ядро по объему составляет немногим меньше 20 %, а по массе немногим больше 30 % земного шара, то не приходится удивляться, что железо с таким преимуществом выходит на первое место в табеле распространенности химических элементов на нашей планете.
Поскольку в определенные периоды существования Земля (или, по крайней мере, отдельные ее зоны) была расплавлена, легкие химические элементы и их соединения, так сказать, всплывали наверх, а тяжелые опускались вниз. Именно поэтому в земной коре и верхних слоях мантии так много легкого металла алюминия. И поэтому так мало алюминия в нижних слоях мантии и, уж конечно, совсем нет его в земном ядре. И потому никеля и других «тяжелых» элементов в мантии и в ядре гораздо больше, чем в коре.
«Всю-тo я Вселенную…»
Сегодня мы позволяем себе удивляться лишь самому необычному: рекордному запуску космического корабля, открытию неизвестного дотоле крупного млекопитающего, проигрышу хоккейной команды ЦСКА. Хорошо ли это или плохо? Смотря для кого. Дело в том, что ученым положено удивляться, так сказать, но штату, потому что без удивления невозможно сделать, пожалуй, самого пустячного открытия.
Вот почему я приглашаю вас вместе со мной остановить свое внимание на одном факте, известном, впрочем, достаточно давно, но тем не менее удивительном и удивляющем.
Скажите, разве не достойно изумления то обстоятельство, что химический состав Солнца, да что там Солнца – химический состав звезд, даже тех, что отстоят от нас на расстоянии многих и многих тысяч световых лет[2]2
Световой год – расстояние, которое пробегает за год луч света; иными словами – скорость света (300 000 км/сек), помноженная на число секунд в году. Если вы проделаете эту операцию умножения, то не приходите в ужас от громадности полученного числа, а просто войдите в положение астрономов, которым приходится оперировать такими величинами.
[Закрыть], известен нам с гораздо большей доскональностью, чем состав глубинных областей нашей планеты.
…Поначалу человеку, не осведомленному в астрономических делах и заботах, разглядывание звезд в телескоп представляется зряшным делом: наводишь на звезду трубу телескопа, такого громадного, что ожидаешь: сейчас во-о-он та далекая мерцающая горошина превратится в яблоко, на худой конец в крупную вишню. Но вы с разочарованием видите маленькую точку, размеры которой, пожалуй, по сравнению с оригиналом даже уменьшились, по-видимому, за счет того, что пропадает окружающий «оригинал» ореол. Да, умом вы воспринимаете объяснение, согласно которому звезды находятся так чудовищно далеко, что самые мощные телескопы оказываются бессильными перед такими расстояниями. Да, умом можно понять многое, но сердцем…
Впрочем, астрономы наводят телескопы на звезды вовсе не ради подобных сомнительных, а для них, профессионалов, и вовсе смешных сентенций. Астрономы приспосабливают к телескопу спектрограф и добывают с помощью этого тендема много поучительнейших сведений.
Тут уместно было бы поговорить о спектроскопии – замечательном методе физики и химии, который позволяет определять, из каких элементов состоит нагретое до высокой температуры тело. При этом совершенно безразлично, находится ли исследуемый объект здесь, на лабораторном столе, или в созвездии Водопаса, за много-много световых лет от Земли. Световое излучение, попадая в спектроскоп, независимо от расстояния, которое оно проходит, несет точную, я бы сказал – даже исчерпывающую информацию о составе исследуемого тела. Да, разговор о спектроскопии был бы весьма поучительным, но о спектральном анализе, его зарождении, развитии и успехах уже рассказал точно, ясно и интересно М. Бронштейн в книге «Солнечное вещество», которую с полным основанием можно считать классикой научно-художественного жанра[3]3
Книгу эту я от души советую прочесть. Вышла она последним изданием в издательстве Детгиз («Детская литература») в 1959 году, причем предисловие к этому изданию написал академик Л. Д. Ландау, что само по себе характеризует качество книги.
[Закрыть].
Астрономы утверждают, что большая часть материи Вселенной сосредоточена в звездах. Хотя в последнее время появились гипотезы, которые утверждают, что «холодной» материи во Вселенной гораздо больше, чем считали прежде и считают нынче, можно полагать, что звездного, «горячего» вещества все же больше. Поэтому, изучая химический состав звезд, можно составить достаточно полное представление о распространенности элементов во Вселенной.
Все закономерности распространенности, отмеченные ранее, здесь также соблюдаются в полной мере: вот два наших старых знакомых кислород и железо и здесь возвышаются над прочими «неудачниками». И конечно же, наблюдается закономерное уменьшение распространенности с увеличением порядкового номера.
Такая наглядная «плакатность» закономерностей, отражающих зависимость космической распространенности химических элементов от свойств атомного ядра, связана с тем, что в звездах отсутствуют многие из тех факторов, которые «путают карты» и искажают картину распространенности элементов на планетах. Так, например, здесь, в космосе, содержание инертных газов закономерно укладывается на кривую, в то время как для земной коры этим элементам отвечали глубокие провалы на графике.
Но вот что действительно необычно в космической распространенности химических элементов – это громадные всплески, отвечающие двум самым легким элементам: водороду и гелию. Если высокая распространенность гелия еще соответствует правилу «4p», то столь высокое содержание водорода – а его во Вселенной во много раз больше, чем всех остальных элементов, вместе взятых, – не согласуется со всеми теми закономерностями, о которых шла речь. Причина такого возвышения водорода над прочими химическими элементами известна досконально и в четвертой главе о ней будет рассказано достаточно много.
Хочу думать, что мы потрудились не зря и что закономерности распространенности химических элементов и в земной коре, и в планете в целом, и во Вселенной нам понятны больше, чем вначале. А это именно то, что требуется от науки. Значит, пока все обстоит хорошо…
Окончание
…потому что вас сразу отвезут в ту же тюрьму, где содержится ваш приятель с этим изящным прозвищем. И там вы будете иметь предостаточно времени, чтобы ликвидировать свое невежество, удивительное даже для капитана захудалой транспортной колымаги. Уж я позабочусь, чтобы вам в камеру доставили не только Библию, но и две-три популярные книжонки, из которых вы дознаетесь, что золота мало не только на Земле. А кроме того, может быть, вы научитесь, как с помощью элементарных химических реакций отличить золото, настоящее золото, от соединения сурьмы с серой, которое и впрямь походит на самородное золото, хотя этим сходством можно было затуманивать головы обывателей разве что в дремучем XX веке.
ГЛАВА II
В которой читатель познакомится с весьма интересной кривой, помогающей, в частности, предсказывать завтрашнюю погоду и объясняющей причину радиоактивности; узнает, что все в этом мире относительно, даже понятия «устойчивый» и «неустойчивый»; увидит, что из воздуха можно строить не только замки; научится определять время по часам с заводом на миллиард-другой лет; совершит путешествие на своеобразные острова.
Инспектор Варнике возвращается к Баху
Ну конечно, стоит взять в руки виолончель, как телефон считает своим долгом выступить в роли аккомпаниатора! – Инспектор Варнике недовольно морщится и пытается сонатой Баха для виолончели соло заглушить телефонный звонок.
Но куда старику Иоганну Себастьяну состязаться с пронзительным изделием фирмы Руммер! Впрочем, Варнике не спешит. Он открывает стоящий на отдельном столике сундучок, со вкусом перебирает коллекцию трубок, наконец останавливается на трубке, подаренной герцогом Мальборо (да, да, именно после ТОГО дела!), медленно раскуривает. Бессознательно оттягивая неприятный разговор – а разве станут беспокоить инспектора полиции по приятному делу? – Варнике тешит себя мыслью: а вдруг это звонит старина Пуаро, чтобы сообщить, что он решил скоротать конец недели со своим давнишним другом, или, быть может, живчику Мегрэ не терпится сообщить, что он выслал сюда, в Гамбург, бочонок вермута. И инспектор снимает трубку.
– Слава богу, Варнике! – шумно выдыхает в трубку полицей-комиссар Шуббарт (нет, чудес на свете не бывает…). – А я уж решил, что вы изменили своим привычкам и, вместо того чтобы по средам играть Баха, засели у Глобке и смакуете свежую партию кальвадоса.
– У Глобке я бываю по пятницам, – сухо уточняет Варнике, – и пью в этом заведении не кальвадос, а перно.
– Простите, инспектор, – почти подхалимски поет комиссар, – я…
– Кальвадос я пью по субботам у Кранка, – перебивает его Варнике, любящий точность во всем и, уж конечно, в том, что касается его.
– Да, да, разумеется, – поспешно соглашается полицей-комиссар. – Варнике, снова требуется ваша помощь. У меня сидит, – голос комиссара приобретает оттенок трепетной почтительности, – господин Карлшреттер… Да, да, тот самый: господин старший финансовый советник Карл Карлшреттер.
– Убийство? – холодно осведомляется инспектор, все еще не простивший комиссару, что его оторвали от Баха.
– Хуже! – восклицает комиссар.
– У господина банкира украли сеттера?
Но ирония и полицей-комиссар Шуббарт – две вещи несовместимые.
– Вскрыт и ограблен сейф Б-12!
– Ого! Я всегда говорил, что нельзя взломать только совесть, да и то лишь у некоторых…
– И, как всегда, оказались правы, – елейно вставляет комиссар.
– И что же унесли?
– М-м-м…
– Говорите, Шуббарт. – Я же вижу, что банкир Карлшреттер кивает вам, разрешая доверить тайну телефону.
– Унесли два с половиною фунта ацидофилиния!
– Чего?
– А-цидо-фили-ния…
– Первый раз слышу.
– Это такой металл, химический элемент.
– Элемент? Гм!.. До сих пор мне казалось, что химию я, в общем, знаю неплохо. Такого элемента нет, Шуббарт.
– Есть. Варнике! Это… как его… Сто одиннадцатый элемент. Нашел этот элемент один тронутый химик. Его финансировал господин Карлшреттер. Первую партию металла он и спрятал в Б-12.
– Комиссар, вы не ошиблись? Переспросите еще раз вашего визитера.
– Одну минуту… Да, все верно. Элемент сто одиннадцатый, ацидо-филиний. Так прозвал его этот… ну, в общем, химик… Варнике, надо отыскать взломщика – дело очень серьезное!
– Взломщика, говорите? Что ж, попробую… Гм, ацидофилиний… Очень интересно… Очень… Вот что, Шуббарт, задайте герру старшему финансовому советнику два вопроса: как он успевал по химии в школе и на какую сумму он застраховал этот металл в агенстве Элефантера.
– Сию секунду!.. Господин Карлшреттер говорит, что с химией его отношения сложились неважно. А металл он действительно застраховал у Элефантера на… ого, на семьдесят пять миллионов!
– Да, Шуббарт, вы зря оторвали меня от Баха. Посоветуйте банкиру немедленно забрать заявление о хищении. А если он откажется, арестуйте его… Да, я сказал именно это: арестуйте его за мошенничество, потому что…
