Таблица 4
Редкоземельные элементы
Но сколько еще может быть элементов?
Вернемся обратно к игре в числа, которую я ввел несколько раньше. Та же самая система, которая объясняет числа 2, 8, 8, 18, 18 для первых пяти периодов, должна дать общее количество элементов в шестом периоде: 2 × 42 = 32. Поскольку валентные элементы и транзитные элементы вместе в шестом периоде составляют 18, число редкоземельных элементов для заполнения интервала должно составить 14, чтобы общее количество было равно 32.
У нас есть 13 элементов, где нам найти 14-й?
Разница атомных масс неодима (Nd) и самария (Sm) составляет 6,2, более чем в два раза превышая обычное значение. Возможно, 14-й элемент находится именно в этом промежутке. Однако разница атомных масс европия (Eu) и гадолиния (Gd) равняется 5,3, а тулия (Tm) и иттербия (Yb) — 4,1. Может быть и такое, что в промежутках отсутствуют три элемента, по элементу в каждом. Кто знает, может, число таких элементов даже больше, поскольку не может быть привязанности лишь к численным соотношениям в отсутствие физических свидетельств, которые объяснили бы их правильность.
Короче говоря, через сорок лет после того, как Менделеев представил Периодическую систему элементов, она остается неполной. Несмотря на ее невероятный триумф системы и точность, с которой она решала почти все вставшие перед ней проблемы, химики не могли быть уверены, что она правильна во всех отношениях. В частности, они не знали, верно ли она отображает редкоземельные элементы.
По этой причине, а также в силу менее важных обстоятельств химики усердно изучали все редкоземельные минералы, чтобы определить, сколько элементов они могут идентифицировать с абсолютной уверенностью. Если бы удалось найти что-то новое, это могло бы сокрушить всю Периодическую систему.
Но они ничего не нашли. Вместо этого в 1914 году Периодическая система получила наконец законченную форму — и это произошло благодаря совершенно неожиданному ходу событий, которые, казалось, не имели с химией ничего общего. Мы проследим за этими событиями в следующей главе.
Глава 13
Нобелевская премия, которой не было
Недавно я читал лекцию в соседнем университете. Перед лекцией был обед, на котором разрешалось присутствовать особо отличившимся студентам. Естественно, все они принадлежали к числу любителей научной фантастики. Они считали, что просто здорово будет увидеться со мной, и это радовало, поскольку я полагаю, что очень приятно общаться с людьми, которые ценят твое творчество.
Одной из студентов была полногрудая восемнадцатилетняя девушка, и я сразу вспомнил, как много лет назад мне очень нравилась одна такая полногрудая восемнадцатилетняя студентка, и старые чувства вновь вспыхнули с новой силой. Она сидела рядом со мной за ужином, и я демонстрировал чудеса остроумия, излучая галантность и обаяние. Но когда наступило время десерта, я решил перевести дух и в наступившей тишине попытался прислушаться, о чем беседуют за столом.
Мы оба замолчали. Сидящие за столом разговаривали; все они были молодыми людьми, которых глубоко волновали насущные проблемы дня. Говоря по правде, я тоже захотел принять участие в беседе, но, прислушавшись, подумал, что буду только досаждать моим соседям разной чепухой. И как только я решил снова вернуться к глубокомысленным речам, студентка сказала мне: «Все здесь очень серьезные. С того времени как я поступила в колледж, я встречаю здесь только серьезных людей».
Немного помолчав, она с искренностью произнесла: «Фактически все время, как я здесь, вы первый восемнадцатилетний, кого я встретила».
И я поцеловал ее.
Но знаете, как бы по-юношески я себя ни ощущал (и ни действовал), каким бы молодежным ни был мой образ жизни и сколько бы я ни общался со студентами, тем не менее мне больше восемнадцати. Мои враги могут даже сказать, что мне намного, намного больше восемнадцати, и они будут правы.
Поскольку избавиться от возраста нет иного способа, кроме как умереть, а меня такая перспектива не радует, я лучше расскажу вам об одном очень молодом человеке…
В предыдущей главе я говорил о Периодической системе и что после почти примерно полувекового триумфа она ко второму десятилетию XX века все еще не имела твердого обоснования, которое, так случилось, началось с совершенно случайного события.
Произошло оно в 1895 году. Место события — лаборатория Вильгельма Конрада Рентгена, главы отдела физики университета Вюрцбурга в Баварии. Рентген исследовал катодные лучи — очень популярный объект физики тех дней. Электрический ток, проходя через вакуум, вызывает поток частиц; позднее выяснилось, что они меньше атомов (субатомные частицы). Их назвали электроны.
Как оказалось, потоки электронов имеют целый набор замечательных свойств. Во-первых, когда электроны бомбардируют некоторые химикалии, возникает люминесценция. Эта люминесценция не очень яркая, и потому, чтобы исследовать ее более тщательно, Рентген затемнил комнату и заключил трубку с катодными лучами в тонкую черную коробку из-под карт.
5 ноября 1895 года он включил свою катодную трубку, намереваясь внимательно изучить, что происходит внутри коробки, и продолжить эксперименты. Но до того как ученый приступил к опытам, он почувствовал, что в его глаза словно попали искры. Осмотрев свое устройство, Рентген обнаружил, что у одной стороны трубки находился кусочек бумаги, покрытый платиноцианидом бария — одним из химикалий, которые светились при бомбардировке электронами. (Рентгену платиноцианид бария был нужен для другого опыта. — Примеч. пер.)
Рентгена это озадачило, поскольку платиноцианид бария не находился на пути электронов. Располагайся кусочек бумаги внутри картонной коробки у нужного конца катодной трубки, все было бы объяснимо. Но светящаяся бумага находилась на одной из сторон трубки, и даже если предположить, что какие-то из электронов «убегают» в сторону, у них не было возможности пройти сквозь картонную коробку.
Возможно, свечение было вызвано совершенно другой причиной, не имеющей ничего общего с катодной трубкой. Рентген отключил электрический ток, чтобы катодная трубка прекратила работу, — и бумага с покрытием перестала светиться. Рентген стал включать и отключать электрический ток — и бумага с покрытием начинала светиться и прекращала свечение в том же ритме. Ученый перенес бумагу в другую комнату — и она продолжала светиться (хотя слабее), только когда катодная трубка была включена.
Рентген мог прийти только к одному заключению. Катодная трубка была источником какого-то таинственного излучения, которое отличалось исключительной способностью к преодолению препятствий. Оно могло проходить и через картонную коробку, и через стены. Поскольку ученый не имел ни малейшего представления о природе этого излучения, он обозначил его знаком, который принято использовать для неизвестных величин, — «x-лучами». В английском это название сохранилось до нашего времени.
Рентген с энтузиазмом приступил к экспериментам и вскоре, 28 декабря 1895 года, через удивительно короткое время после начала экспериментов, смог опубликовать первую работу. Рентген представил «x-лучи» изумленной публике и показал, что они могут вызвать побеление фотопластинки и способны проникать сквозь различные материалы, причем через одни лучше, чем через другие.
К примеру, «x-лучи» легко проходили сквозь бумажные салфетки и хуже через кость. Если на фотографическую пластинку поместить руку и направить на руку «x-лучи», кости будут столь сильно препятствовать «x-лучам», что часть пластинки под ними останется светлее.
Ни одно другое изобретение в области физики никогда столь же быстро не применялось в медицинской науке. То, что можно изучать внутренности, не разрезая ткани, вызвало неподдельный восторг — и всего через четыре дня после того, как известие об «x-лучах» достигло Соединенных Штатов, новый вид излучения был успешно использован, чтобы определить местоположение пули в человеческой ноге. За год после открытия Рентгена были опубликованы тысячи работ об «x-лучах» — и в 1901 году, когда впервые стали присуждаться Нобелевские премии, самым первым награжденным был Рентген.
Неспециалисты тоже пришли в волнение. Перепуганные члены законодательных органов Нью-Джерси попытались провести «ради девичьей скромности» закон, запрещающий использование «x-лучей» в театральных биноклях, — вот каким был уровень научных знаний в законодательных органах.
Ясно, что излучение не может появиться из ниоткуда. Летящие электроны, из которых состоят катодные лучи, ударяют в стекло и останавливаются, более или менее внезапно. Кинетическая энергия этих летящих электронов должна перейти в какую-то другую форму, и это происходит в виде «x-лучей», которые имеют достаточно энергии, чтобы пройти сквозь довольно объемные предметы.
