Таблица Менделеева. Элементы уже близко

Да, офицерам позволяли брать часть списываемого имущества для личных нужд, но всё же это не был аттракцион неслыханной щедрости – при выходе с базы нам вежливо командовали приготовить карманы и личные вещи к осмотру. Эксцессов не было никогда за исключением одного случая, когда один из моих коллег набил полные карманы кусочками золотистого металла, запаянного внутрь стеклянных капсул. Обнаруживший это майор долго и неприлично смеялся, повторяя, что, если бы не было проверки, парные мужские органы несуна «сварились бы вкрутую», и даже не стал составлять рапорт. Незадачливый студент-курсант рассовал по карманам образцы радиоцезия – радиоактивного нуклида цезия, который применялся (а может, и применяется сейчас) для проверки и калибровки войскового малогабаритного рентгенометра-дозиметра ДП-5в.

История сохранила примеры, когда близкое знакомство с радиоцезием закончилось более плачевно. Печально известен произошедший в 1987 году Гоянский инцидент – радиоактивное загрязнение, произошедшее после кражи около 93 граммов радиоактивного 137CsCl из заброшенной больницы в Гоянии (Бразилия). Голубое свечение радиоактивного порошка (хлорид цезия был смешан с люминофором) привлекло внимание людей, к которым он попал в руки. Дело было накануне бразильского Дня мёртвых, и готовясь к карнавалу, жители Гоянии начали натирать им кожу, используя как грим для вечеринок, дарили его как подарки, в результате чего радиация унесла жизни четырех людей (в том числе и шестилетней девочки), а еще около двух сотен стали жертвами радиоактивного поражения разной степени тяжести.

Многие участники химических олимпиад знают, что существует два металла золотисто-жёлтого цвета – собственно золото и цезий. Теоретически различить их достаточно легко – цезий (теоретически) можно расплавить теплом руки, его температура плавления всего лишь 28,4 °C. Правда, если мы хотим выступать с трюком «рука, которая плавит металл», нужно запаять цезий в стекло или прозрачный полимер – прикосновение незащищённой рукой к металлическому цезию может вызывать интенсивную реакцию щелочного металла с влагой, неизбежно находящейся на наших руках, да и с кислородом воздуха цезий будет реагировать не менее охотно.

Название цезия происходит от древнегреческого слова, означающего «небесно-голубой» – именно в этот цвет окрашена характерная спектральная линии цезия. Этот элемент был открыт в 1860 году Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом, которые за год до этого собрали первый спектроскоп, ставший инструментом для проведения анализов нового типа. Упрощая, принцип спектроскопии можно объяснить следующим образом: энергетическое возбуждение атомов, которого можно достигнуть, например, помещая вещество в пламя, заставляет электроны временно заселять более высокие энергетические уровни. Затем они возвращаются на нижние уровни, высвобождая при этом энергию в форме электромагнитного излучения (света). Спектрометр (с помощью призм или дифракционных элементов) расщепляет этот свет на отдельные линии, в результате чего получается спектр – набор тонких цветных линий. Каждый элемент даёт свой уникальный набор таких цветных линий (можно представить этот набор как своеобразный штрих-код). При анализе вод Бад-Дюркхаймского минерального источника Бунзен и Кирхгоф обнаружили «радужный штрихкод», который не соответствовал ни одному из известных в те времена элементов и отличался интенсивной сине-голубой линией. Именно из-за цвета, который появляется в спектре благодаря одному из электронных переходов, цезий и получил своё название. Цезий стал первым химическим элементом, обнаруженным с помощью спектроскопии. В чистом виде цезий впервые в 1882 году выделил шведский химик Карл Сеттерберг. Для этого он использовал электролиз расплава смеси цианида цезия (CsCN) и бария.

Цезий используется в атомных часах – наиболее точных устройствах для определения времени, да и сама секунда с 1967 года определяется через свойства цезия: «Секунда – время, равное 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133» (Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений. Росстандарт). Точность атомных цезиевых часов – одна секунда за 300 000 лет. Атомные часы используются в системах спутниковой и наземной телекоммуникации, в базовых станциях мобильной связи, международных и национальных бюро стандартов и службах точного времени.

Как и все щелочные металлы, цезий легко окисляется – на его внешнем электронном уровне находится всего один электрон, который легко отрывается действием любого окислителя – кислорода, кислоты или воды. Внешний электрон щелочного металла удерживается у ядра за счет электростатических взаимодействий (ядро атома заряжено положительно, электрон – отрицательно), чем больше радиус атома, тем менее прочная сила связывает электрон с ядром. Электрон цезия держится у ядра слабее всего, и, таким образом, цезий является самым активным щелочным металлом. Конечно, в школах и даже институтах говорят, что у франция – щелочного металла, располагающегося в Периодической системе под цезием, расстояние между ядром и внешним электроном ещё больше, и самым активным щелочным металлом (да и металлом вообще) должен быть он. Но это не так, пальма первенства принадлежит всё же цезию.

Дело не в том, что, говоря об активности металлов, мы оцениваем свойства только тех элементов, которые встречаются в земной коре. Цезий действительно активнее франция. Чтобы понять этот феномен, нужно вспомнить о «Гнусной теории Эйнштейна»[2] – франций относится к тем химическим элементам, на свойства которых оказывают значительное влияние так называемые релятивистские эффекты – эффекты, являющиеся следствием специальной теории относительности. Причина появления этих эффектов в том, что обладающее большим положительным зарядом ядро тяжёлых атомов разгоняет электроны до скоростей, составляющих 1–5% скорости света. В результате этого релятивистская масса электронов увеличивается, и, если моделировать параметры атома франция с учетом эффектов теории относительности, получается, что атомный радиус франция меньше радиуса цезия, следовательно – отобрать электрон у цезия проще, чем у франция. Активность франция и цезия сравнивали не только с помощью теоретических расчетов, но и экспериментально. Потенциал ионизации (энергия, необходимая для отрыва электрона от внешнего уровня) у цезия, франция и рубидия составляют 3,89, 4,07 и 4,18 эВ соответственно. Может, это и к лучшему, что самым активным металлом является цезий, а не тот элемент, общее содержание которого в земной коре оценивается в 350 граммов.

56. Барий

Возможно, у кого-то барий может вызывать не самые приятные ассоциации – «бариевая кашка» или «бариевая клизма» представляют собой в равной степени неприятные процедуры для диагностики состояния желудочно-кишечного тракта. Компонентом обоих «коктейлей» является твердый нерастворимый сульфат бария (строго говоря, «кашка» отличается от «клизмы» только способом введения в организм).

Барий непрозрачен для рентгеновского излучения, поэтому его можно будет легко наблюдать при диагностике с помощью рентгеновского аппарата. Непрозрачность сульфата бария в рентгеновских лучах объясняет помимо прочего и то, что эту соль бария добавляют в АБС-пластик, из которого делают кирпичики для конструкторов LEGO – бывает, что у родителей появляется подозрение, что чадо заглотило какую-то детальку в процессе игры, и для опровержения или (увы) подтверждения этого подозрения необходимо, чтобы какие-то компоненты кирпичика отражали излучение рентгеновского аппарата. Сам АБС-пластик в рентгеновских лучах прозрачен.

К счастью для пациентов и производителей LEGO, сульфат бария не растворяется ни в воде, ни в кислотах умеренной концентрации (к последним можно отнести содержимое нашего желудочного сока). К счастью, потому что ион бария чрезвычайно токсичен – он нарушает согласованную работу нервной системы, в результате чего у человека развиваются аритмия, лихорадка и слабость, которая потенциально может привести даже к смерти от паралича органов дыхания или остановки сердца. Для смертельного отравления барием среднестатистическому человеку потребуется около грамма бария. Какое-то время назад карбонат бария был компонентом крысиной отравы – не растворяясь в воде, как и сульфат, карбонат мог длительное время лежать с приманками, однако в желудке крысы бариевая соль слабой угольной кислоты взаимодействовала с соляной кислотой желудочного сока, и ядовитый ион бария попадал в организм грызуна.

Оксид бария впервые получили в 1774 году Карл Шееле и Юхан Ган, а металлический барий в 1808-м с помощью электролиза выделил уже неоднократно упоминавшийся в этой книге английский химик Хэмфри Дэви. Барий – мягкий и тяжёлый металл, относящийся к щёлочноземельным металлам. Среди них он является наиболее активным, и поэтому с помощью металлического бария часто очищают от следов кислорода аргоновые или вакуумные линии.

Отличительная черта соединений бария – высокая плотность. Так, самый известный и распространённый минерал бария – барит (он же сульфат бария BaSO₄) иначе называют «тяжёлым шпатом» (его плотность 4,5 г/см3). Название бария происходит от греческого barys – тяжёлый. Благодаря высокой плотности барит применяют в бурении нефти.

Карбонат бария годится не только на то, чтобы травить грызунов – его используют в производстве стекла, барий может усилить его блеск. Сульфат бария добавляют не только в буровые растворы, кашки, клизмы и LEGO – из него делают пигменты, керамические изделия и стройматериалы, немалое количество сульфата бария идёт на производство резины. Нитрат и перхлорат бария являются основой пиротехнических составов, дающих зелёный цвет огням фейерверка или сигнальным ракетам; титанат бария с 2007 года применяется в источниках энергии для электромобилей. Несмотря на то, что барий является четырнадцатым по распространённости в земной коре элементом, многочисленные области применения обеспечивают высокий спрос на этот металл и относительно высокую цену.

Удивительно, но этот токсичный металл, точнее его соединения, может многое рассказать об истории жизни на Земле. Осадочные отложения барита на дне океана образуются пропорционально активности океанического фитопланктона, представляющего собой подножие пищевых пирамид в море и океане. Характер осаждения сульфата бария в осадочных породах позволяет говорить о производительности океанической экосистемы в любой момент геологической истории Земли, а то, что сульфат бария в отличие от других осадочных пород нерастворим, позволяет добывать из него информацию о миллионах лет жизни океана.

57. Лантан

Если внимательно посмотреть на Периодическую систему, можно увидеть, что атомные номера химических элементов в ней идут не непрерывно. В некоторых таблицах после бария с его атомным номером 56 стоит пустая клетка, а после неё идет элемент №72 – гафний (если таблица отпечатана с учетом требований ИЮПАК от ноября 2016 года), в других (более старых) гафний будет идти не после пустой клетки, а после элемента №57 – лантана.

В любом случае – две группы по 15 (современная версия Периодической системы) или 14 химических элементов вынесены в отдельные семейства вне рядов и периодов. Первая такая группа, которую «отпочковал» от Периодической системы в 1921 году Нильс Бор, – лантаноиды, а элемент, начинающий группу лантаноидов, – лантан. В конце 1980-х годов, когда я постигал неорганическую и прочие химии в стенах Казанского университета, о лантане и лантаноидах нам рассказывали в стилистике рассказа об истории мидян – поскольку непонятно, зачем можно использовать лантаноиды, оставим информацию о них полной тёмных пятен. Прошло три десятка лет, и ситуация изменилась – не знаю, конечно, что рассказывают про лантаноиды первокурсникам на лекциях, но эти элементы и их соединения стали весьма востребованными в современных технологиях – от камер смартфонов до плавательных бассейнов.

Но обо всём по порядку – начнём с лантана. Этот элемент был не первый, хотя и один из первых открытых лантаноидов. Первое соединение лантана было открыто шведским химиком Карлом Густавом Мозандером в 1839 году, а первый образец металлического лантана удалось получить только в 1923 году. Лантан неожиданно оказался в минерале церия, с которым работал Мозандер. Появление соединения нового элемента в образце было столь неожиданно для исследователя, что он решил назвать новый элемент лантаном (от греческого «лантано» – скрываюсь от взора). Лантан – один из наиболее активных лантаноидов, он активно реагирует с горячей водой. Лантан вместе с церием и неодимом относится к наиболее распространенным редкоземельным элементам.

В тех областях, в которых применяется лантан, он больше всего напоминает артиста, постоянно исполняющего роли героев второго плана – такие появляются в различных фильмах, постоянно играя разных персонажей и не имея строгого амплуа. В настоящее время производство металлического лантана достаточно дёшево, и он часто используется как вспомогательный материал. Небольшие количества лантана добавляют в железо или сталь, при этом понижается их хрупкость, введение лантана в вольфрам позволяет повысить долговечность электродов для дуговой сварки. Кремень зажигалок делают из смеси редкоземельных металлов (мишметалла), и примерно четверть в этой смеси приходится на лантан.

Немалая доля соединений лантана применяется для изготовления стёкол. В течение долгого времени для увеличения коэффициента преломления стекла использовали оксид свинца. Увеличение коэффициента преломления означает, что свет медленнее распространяется в прозрачной среде и меняет направление распространения, попадая из воздуха в стекло, однако в свинецсодержащих стёклах увеличению преломления сопутствует рассеяние света – оптика из свинцовых стекол может быть мутной, что, очевидно, нехорошо. Лантановые стёкла отличаются столь же высоким показателем преломления, как и свинцовые, но меньшим светорассеянием (не говоря уже про то, что замена токсичного свинца на лантан делает процесс стекловарения менее опасным для тех, кто занят при производстве стекла). Стёкла повышенной прозрачности, которые производят, используя оксид лантана, применяются в камерах, смартфонах и профессиональных телескопах. Карбонат лантана может применяться и как лекарство при гиперфосфатемии для поглощения избытка фосфатов в организме, и для борьбы с фосфатами в водах бассейнов – фосфаты представляют собой хорошие удобрения для сине-зелёных водорослей, и, если не удалить эти анионы из бассейна, он «зацветёт». Ещё одно интересное свойство солей лантана, связанное с изменением цветов, – цветная реакция ацетата лантана с йодом, при которой обработанный йодом гель ацетата лантана приобретает тёмно-синий цвет, характерный для йодкрахмальной пробы.

Лантан может быть полезен не только для того, чтобы расширить наши представления о пространстве, глядя в телескоп, но и для расширений наших представлений о времени – он используется в радиоизотопной датировке. Самый известный способ радиодатировки – радиоуглеродный анализ, который проводят с помощью измерения содержания в материале радиоактивного 14С по отношению к стабильным изотопам углерода. Этот метод был предложен лауреатом Нобелевской премии по химии 1960 года Уиллардом Либби в 1946 году. Период полураспада углерода-14 составляет примерно 5700 лет, и где-то через 60 000 лет после прекращения в образце углеродного обмена количество радиоактивного углерода в нём становится столь мало, что заглянуть в прошлое глубже, чем на шестьдесят тысяч лет, с помощью радиоуглеродного анализа невозможно. Тем более невозможно применять радиоуглеродную датировку для образцов неорганического происхождения, например, керамики или скальных пород.

В геологии применяется лантан-бариевая датировка. Она основана на том, что радиоактивный нуклид 138La отличается огромным периодом полураспада – 1,02·1010 лет, образуя при распаде нуклид 138Вa, таким образом, измерение соотношений лантана и бария позволяет определить возраст гранита или базальта. Правда, при таком периоде полураспада лантана точность датировки весьма специфична – в одной из статей, посвящённой применению лантан-бариевой датировки, написано, что возраст горной породы был определён с высокой точностью, составлявшей плюс-минус 3,7 миллиона лет.

58. Церий

Первым открытым лантаноидом был церий, и, как это часто бывало до появления Периодического закона, его открытие было случайным.

Где-то в начале 1800-х годов молодой шведский геолог Вильгельм Хизингер, пополняя коллекцию минералов в поместье своего отца, обнаружил камень, который поразил его неожиданно высокой плотностью. Надеясь, что он обнаружил руду недавно открытого вольфрама, Хизингер направил образец породы Карлу Вильгельму Шееле, который проделал анализы и разочаровал молодого ученого, сказав, что вольфрама в камне нет. Хизингера ответ не устроил, и он продолжил изучать руду совместно с Йёнсом Якобом Берцелиусом. В 1803 году шведские исследователи выделили из образца нерастворимый оксид нового элемента, обладающего металлическими свойствами. Примерно в то же время немецкий аналитик Мартин Клапрот выделил этот же оксид из другого скандинавского минерала. Сообщения Берцелиуса—Хизингера и Клапрота об открытии нового элемента были опубликованы в одном и том же журнале с интервалом в месяц, что, естественно, породило споры о том, кто же на самом деле был первооткрывателем. Элемент решили назвать в честь самой крупной из малых планет – Цереры, в свою очередь получившей имя в честь римской богини плодородия. Клапрот настаивал на названии «церерий», но Берцелиус и ряд примкнувших к нему коллег справедливо заметили, что кому-то, кроме немцев, такое название будет даваться не без труда, и металл стал церием. Металлический церий удалось получить только в 1870-е годы электролизом его расплавленного хлорида.

Сам по себе металлический церий, как и много других металлов, совершенно невзрачен на вид – обычный серебристо-серый металл, который тускнеет на воздухе из-за окисления и образования оксидной плёнки. Более интересен этот металл, измельчённый в порошок, – в особенности порошкообразный сплав церия с железом. Этот материал при ударе или трении разбрасывает во все стороны сноп искр, что и позволяет делать из него кремни для зажигалок или искрящие кухонные ножи для телешоу. Чем это можно объяснить? Церий очень электроположительный металл, который легко отдаёт свои электроны, и при образовании оксида церия (СеО₂) выделяется много энергии, которая и отвечает за появление искр. Оксид церия очень твёрдый – часто его добавляют в искусственный гранит или искусственную каменную облицовку, а абразив на основе оксида церия – политирит – идеален для шлифовки стекла для зеркал или оптических устройств. Оксид тоже ведёт себя не совсем обычно – хотя его называют оксидом церия(IV) и он должен соответствовать формуле CeO₂, в реальности в среднем на один атом церия в этом оксиде приходится немного меньше чем два атома кислорода – поверхность оксида покрыта многочисленными дефектами, в которых атом кислорода должен был находиться, но на самом деле его нет. Такой «неправильный» оксид церия применяется в каталитических конверторах легковых и грузовых автомобилей. Проволочная сетка с нанесённым на неё оксидом церия отдаёт свой кислород, окисляя углеводородное топливо во время обеднённой кислородом фазы работы двигателя и пополняет свои кислородные запасы, когда с ней контактирует богатая кислородом топливно-воздушная смесь. Нанопорошок оксида церия, смешанный с дизельным топливом, позволяет добиться более полного сгорания тяжёлых нефтяных фракций и избавить автобусы и грузовые автомобили от их вечных спутников – шлейфов сажи, вырывающихся из выхлопной трубы. Церий находит применение и в медицине – соли этого элемента могут предотвратить симптомы «морской болезни».

59, 60. Празеодим и Неодим

В наше время в Периодической системе нет элемента с названием «дидим» (Di, didymium), однако этот термин применялся и в те дни, когда Менделеев ранжировал химические элементы, и в наши дни это название, как и символ Di, можно найти в статьях, посвящённых химии редкоземельных элементов, – под видом элемента-дидима почти полвека скрывалась смесь двух химических элементов – неодима и празеодима.

Конечно, все элементы, относящиеся к группе лантаноидов, очень сложно отделить друг от друга – даёт знать колоссальная близость их химических и физических свойств (недаром в предыдущих главах упоминался «мишметалл» – техническая смесь этих элементов, которую нет смысла разделить), но даже среди лантаноидов неодим и празеодим оказались «двоими из ларца, одинаковыми с лица».

В 1839 году Карл Густав Мосандер – шведский врач и химик – заявил об открытии нового химического элемента. По забавной иронии судьбы он назвал это элемент «дидимом» – от греческого слова «близнец». Мосандер не предполагал, насколько точно его предложение отражает суть того, что он считает индивидуальным химическим элементом – он просто отметил уникальное, на его взгляд, сходство свойств нового «элемента» с лантаном, что и отразил в названии. То, что название отражает суть открытия и элемент дидим на самом деле – смесь двух элементов-близнецов, стало ясно позднее, когда об индивидуальности элементов и веществ стали говорить, опираясь не только на их физические и химические свойства, но и на появившийся в результате совместной работы Бунзена и Кирхгофа метод спектроскопии. Выше, характеризуя метод спектроскопии, я уже упоминал о том, что для каждого элемента его спектральный «штрихкод» уникален и неповторим, но при этом не меняется в зависимости от происхождения образца элемента. Почти сразу же после того, как Кирхгоф и Бунзен осознали, какие возможности им дает спектроскоп в открытии новых элементов, они же поняли, что с помощью спектроскопии можно установить, насколько чист тот или иной образец.

В 1870-х годах Бунзен заметил, что спектры образцов соединений дидима, полученных из различных источников, различались, и на основании этого предположил, что дидим представляет собой смесь элементов. Решить эту задачу он предложил своему ученику – австрийскому химику Карлу Ауэру фон Вельсбаху. После сотен дробных перегонок в 1885 году фон Вельсбаху удалось выделить из дидима два производных разных химических элементов. Один из элементов, соли которого были окрашены в зелёный цвет, получил название празеодим – «зелёный близнец», второй был назван неодимом – «новым близнецом».

Несмотря на то, что в конце XIX века дидим оказался двумя элементами и расширил своё влияние на две клетки Периодической системы, сложности в отделении неодима от празеодима и наоборот приводили к тому, что в ряде случаев на практике применялись не отдельные элементы, а их смесь, которую по старой традиции продолжали называть «дидимом». Наиболее известно «дидимовое стекло» – стекло, которое получают, используя неразделённую смесь оксидов неодима и празеодима. Дидимовое стекло сильно ослабляет линии спектра излучения атомов натрия, и если из такого стекла изготовить очки для стеклодува, ему будет гораздо проще придавать стеклу требуемую форму. В дидимовых очках стеклодув просто не будет обращать внимания на жёлто-оранжевое свечение раскалённого и размягчающегося стекла.

Разделять празеодим и неодим для практического применения научились только в 1940-х годах (несколько сот дробных перекристаллизаций, которые провел фон Вельсбах для выделения граммовых количеств соединений, было достаточно для подтверждения открытия нового элемента, но этот метод явно не подходил для применения чистых неодима и празеодима в промышленных масштабах). В 1940-е годы американские химики во главе с Френком Спеддингом разработали методы ионообменной хроматографии, которые позволили избавиться от утомительных перекристаллизаций и в течение пары лет в лабораторных условиях получить килограммовые количества «зелёного и нового близнецов», сделав возможным их практическое применение уже не в виде «дидима».

Оказалось, что сплавы празеодима с германием и кремнием, обладающие свойствами полупроводников, при понижении температуры ведут себя как сверхпроводящие материалы. Сплавление же неодима, железа и бора позволило получить ферромагнитный материал для изготовления сверхмощных постоянных магнитов, которые применяются не только в электрических моторах и электронных устройствах, но и применяются для размещения магнитных картинок и букв на досках в детских садах и начальной школе.

Ярко-зелёные спектральные линии неодима, которые в своё время дали повод Бунзену подумать о том, что дидим – это не один химический элемент, тоже находят применение – небольшое количество оксида неодима, вводящееся в материал для изготовления алюмоиттриевого граната (материала для изготовления рабочего тела лазера) дает возможность лазерному устройству (в том числе и лазерной указке для лекций и презентаций) испускать ярко-зелёное свечение.

61. Прометий

Персонажем греческой мифологии, более всего сделавшим для науки и человечества, однозначно можно считать Прометея. По одной версии его можно считать первым химиком-технологом, который подарил людям секрет добычи и применения огня, по другой – Прометею была не чужда и фундаментальная наука – он обучил людей математике, астрономии, медицине и тому, как возделывать землю.

В поэмах Гесиода даже говорится о том, что Прометей приложил руку к созданию рода человеческого – он вылепил людей из глины, а Афина вдохнула в вылепленные из глины тела жизнь и дух. Неопределённость того, что же конкретно Прометей сделал для нас, возможно, и является причиной того, что сейчас довольно сложно определиться, кого можно считать первооткрывателем прометия, элемента с порядковым номером 61. Зато мы знаем, кто предложил прометию его название. «Крестной матерью» элемента №61 можно считать Грейс Кориелл, жену американского химика Чарльза Кориелла, который вместе с коллегами Джейкобом Марински и Лоуренсом Гленделином в 1945 году с помощью ионообменной хроматографии выделили прометий из продуктов деления урана (J. Am. Chem. Soc. – 1947. – Vol. 69. – P. 2781-2785). До этого в 1920-е годы с заявлениями об открытии элемента №61 выступали ученые из Италии и из Иллинойского университета, однако эти заявления не были подтверждены. Вскоре после того, как в результате работы Кориелла и соавторов стало ясно, что искомый элемент №61 наконец обнаружен, Грейс Кориелл, вероятно, представила мужа и его коллег кем-то в роли титанов, добывающих огонь у богов (а может быть, такие эмпиреи не заботили её и на название прометия повлияла программа по созданию атомного оружия, в рамках которой проводили исследования Кориелл, Марински и Гленделин).

Подозрения о том, что такой элемент, как прометий, может существовать, появились уже в 1902 году, когда уже разъяснилась ситуация с празеодимом и неодимом и был открыт самарий. Чешский химик Иоганн Богуслав Браннер, следя за увеличением атомных масс в ряду Pr®Nd®Sm, предположил, что переход по массе от неодима к самарию слишком резкий и тенденция изменения атомных масс требует присутствия между неодимом и самарием ещё одного элемента. Догадки Браннера перестали быть просто догадками, когда британский физик Генри Мозли нашёл взаимосвязь между порядковым номером элемента в Периодической системе и характеристической частоты рентгеновского излучения элемента. Закон Мозли дал возможность определить положение элементов в Периодической таблице, просто анализируя его спектр рентгеновского излучения, и с принятия физиками и химиками закона Мозли основой классификации химических элементов стал уже порядковый номер атома, а не его масса. В соответствии с рассуждениями Мозли существование элемента №61 тоже было бесспорным. Сам Мозли не успел объяснить причины наблюдавшейся им закономерности – он погиб во время Галлиполийской операции в 1915 году.

В конечном итоге порядковый номер элемента в Периодической системе приобрёл физический смысл благодаря Джеймсу Чедвику, который установил, что порядковый номер элемента совпадает с зарядом его ядра.

Одна из причин того, что прометий долго не давался в руки исследователям, в том, что это второй из элементов со сравнительно небольшим атомным номером и атомной массой, у которого не существует устойчивых изотопов. Таких элементов с атомным номером меньше, чем 83, всего два – технеций и прометий. Наиболее устойчивый (если так можно говорить про радиоактивные изотопы) нуклид прометия – прометий-145 (145Pm), его период полураспада составляет чуть менее 18 лет. Именно поэтому обнаружить прометий было столь сложно. Да, соединения прометия в крошечных количествах содержатся в урановой смолке – они образуются при самопроизвольном расщеплении урана-238, но на одну тонну урановой руды приходится триллионная грамма прометия, и, очевидно, его нельзя обнаружить в руде. Правда, говорить о том, что в окружающем нас мире существованием прометия можно пренебрегать, тоже нельзя – спектральные методы астрономии позволяют наблюдать, что звезда HR465, расположенная в туманности Андромеды, выбрасывает в пространство вокруг себя большое количество металлов тяжелее железа, среди которых и прометий.

Прометий применяется в радиоизотопных источниках тока, где он присутствует в виде оксида Pm₂O₃. Распадаясь, прометий испускает β-излучение (поток электронов, образующихся при превращении нейтрона ядра в пару протон-электрон, заряд атомного ядра при β-распаде увеличивается на одну единицу, а масса атома сохраняется). Благодаря тому, что в излучении прометия при распаде отсутствуют гамма-лучи, он сравнительно безопасен. Изначально прометий использовали для замены радия в светящихся стрелках и циферблатах часов – прометий оказался менее опасным, чем радий. Для этого хлорид прометия смешивали с люминофором, который при попадании потока β-частиц светился жёлто-зелёным или голубым светом. В наше время ни один из радиоактивных изотопов не применяется для изготовления бытовых приборов. Это в 1951 году радиации боялись меньше, и в Штатах продавался набор «Юный физик-ядерщик» с настоящими радиоактивными препаратами, продавцы которого разорились не из-за радиофобии, а из-за огромной цены – покупательная способность 50 долларов, которые тогда просили за чемоданчик, сейчас эквивалентна 450 долларам – дороговато для подарка. Сейчас прометий не применяется в товарах повседневного спроса, только для исследований или сертификации в химии или материаловедении.

62. Самарий

Достаточно обычна ошибка школьников, участвующих в химических олимпиадах, – они считают, что элемент самарий назван в честь города Самары. Это не так, но история названия самария не менее интересна, всё равно имея отношение к России. Мы с полным правом можем считать самарий первым элементом, который был назван в честь живого человека, а не древнегреческого бога или мифического создания. Своё название самарий получил благодаря обнаруженному около города Миасса на Южном Урале минералу самарскиту, из которого он был выделен.

Такое название минералу дал немецкий минералог Генрих Розе, желая поблагодарить начальника штаба Корпуса горных инженеров с 1845 по 1861 г. генерал-лейтенанта Василия Евграфовича Самарского-Быховца, который в 1847 году предоставил ему образец минерала для анализа. Самарий в самарските был обнаружен в 1879 году Лекоком де Буабодраном. Металлический самарий впервые был получен только в начале XX века.