Девятый знак

Можно было бы еще очень много рассказывать о бериллии, металле, который сейчас переживает свое второе рождение, рождение для славных дел.

Если подробно описать историю открытия пятнадцати элементов, помещающихся в одной клетке Периодической системы Д. И. Менделеева, то получился бы рассказ не менее увлекательный и драматический, чем, скажем, «Одиссея», и, уж наверное, более объемистый. Потому что перипетии и приключения отважного и находчивого Одиссея — ничто в сравнении с тем, что пришлось пережить химикам, пока в Периодической системе между порядковыми номерами 57 и 71 воцарился относительный порядок.

Между этими номерами в Периодической системе находятся элементы, которые называются редкоземельными. Уже само название показывает, что эти элементы являются большой редкостью. Действительно, еще лет десять назад соединения редкоземельных металлов можно было увидеть разве только на демонстрационных опытах по неорганической химии. Да и то профессор, доставая из жилетного кармана запаянную пробирку с невзрачным порошком — соль какого-нибудь неодима или иттербия, — не отсылал ее по рядам, чтобы, упаси боже, не разбили, но зато пускался всякий раз в пространные воспоминания о том, как ему удалось заполучить этот образец.

Если попытаться даже очень кратко изложить историю открытия редкоземельных элементов, то получился бы научный трактат в сотню страниц. Десятки ученых в различных странах начиная с первых лет прошлого столетия бились над разгадкой проблемы редкоземельных элементов. Даже такой могучий ум, как Д. И. Менделеев, и тот в течение многих лет не знал, какие места в Периодической системе следует отвести этим металлам. Не одна гора бумаги была исписана, не одна теория была отвергнута, прежде чем стало очевидным, что пятнадцать химических элементов должны стоять в одной клетке.

Действительно, редкоземельные элементы походят друг на друга больше, чем иные близнецы. Эти близнецы неразлучны не только в Периодической системе, но и в природе. Никогда их нельзя встретить отдельно друг от друга. Но «воспитателей» близнецов-элементов — химиков — эта трогательная дружба почему-то не умиляла. Напротив, она доставила им немало горестных минут. Дело в том, что поразительное сходство химических свойств редкоземельных элементов чрезвычайно затрудняет процессы их разделения. До того как был найден способ экспериментального определения порядкового номера того или иного элемента, химики никогда не были уверены, не является ли данный редкоземельный элемент в действительности смесью нескольких элементов.

В самом деле, если посмотреть на таблицу открытия редкоземельных элементов, то возникает картина точно такая, как при делении бактерий. Вначале было известно только два элемента: иттрий и церий. Потом выяснилось, что церий содержит еще один элемент, названный лантаном. Лантан недолго оставался одиночкой. Кропотливые исследования показали, что элемент, который раньше принимали за чистый лантан, на самом деле является смесью лантана и дидима. Но напрасно мы стали бы сейчас искать в Периодической системе элемент дидим. По прошествии нескольких лет выяснилось, что дидим, в свою очередь, состоит из двух элементов: собственно дидима и самария. Однако «собственно дидим» оказался вовсе не «собственным», так как дотошные химики доказали, что он является смесью двух элементов, названных празеодимом и неодимом. Самарий тоже не остался в долгу и «отпочковал» от себя элемент гадолиний и европий.

Точно такая же картина наблюдалась и с иттрием, который последовательно «породил» элементы эрбий, тербий, гольмий, тулий, диспрозий и лютеций.

В главе «Алхимия XX века» было рассказано о том, сколько неприятностей доставил исследователям последний (не по порядку, а по времени открытия) из редкоземельных элементов — прометий.

Сейчас нам отлично известна причина удивительного сходства элементов с порядковыми номерами 57–71. Так же как и в описанном в главе об искусственных элементах семействе актиноидов, у редкоземельных элементов внешняя электронная оболочка построена одинаково.

Благодаря трудностям разделения лантаноидов свойства отдельных металлов до самого последнего времени были изучены очень плохо. Химия этих элементов представляла собой, образно говоря, целину. Но стоило по этой целине провести первые борозды научных исследований, как показались дружные всходы.

Начнем с того, что само название «редкоземельные» с каждым годом становится все более неправильным. Оказалось, что этих элементов в земной коре содержится гораздо больше, чем предполагали прежде. Хотя относительное содержание лантаноидов очень невелико — всего шестнадцать тысячных процента, — но тем не менее это значительно выше содержания многих элементов Периодической системы. Во всяком случае, химикам, для которых в настоящее время работа с шестым и седьмым десятичными знаками является столь же обычным делом, как поездка в трамвае, выделение и получение чистых соединений элементов-близнецов не представляется таким уж сложным. Однако, разумеется, без методов микрохимии здесь в большинстве случаев не обойтись. Химия редкоземельных элементов — еще один и притом очень яркий пример того, как умение отыскивать вещества, которые прячутся в далеких от запятой десятичных знаках, дало технике новые прекрасные материалы. Впрочем, и сейчас некоторые из лантаноидов являются очень дефицитными. Стоимость, например, лютеция превышает цену золота в двести раз, а элемент тулий расценивается в 350 раз дороже золота. Но это не из-за редкостности этих элементов, а скорее, из-за трудностей разделения.

Умение довольствоваться предельно малым для изучения свойств труднодоступных элементов привело к тому, что за последнее десятилетие сведения о химии редкоземельных металлов возросли во много раз.

Если лет двадцать назад даже самая полная сводка всех сведений о химических свойствах лантаноидов представляла бы, очевидно, невзрачную книжицу толщиной менее сотни страниц, то теперь для такого же издания пришлось бы напечатать с десяток толстенных томов, каждый из которых был бы предельно напичкан цифрами, формулами, диаграммами…

Соответственно изменилась и область практического применения редко (а теперь уже «нередко») земельных элементов.

В течение чуть ли не семидесяти пяти лет единственным применением лантаноидов было изготовление сплава, из которого делали камни для зажигалок. Но никто, даже химики, прикуривая папиросу или сигару от неизменно капризных зажигалок, не предполагали, что каждый из входящих в этот искристый сплав металлов, взятый в отдельности, откроет новую страницу в металлургии и химической промышленности.

Рассмотрим наудачу выбранные некоторые из них. Вот хотя бы страница тулия. Впрочем, правильнее будет сказать, не «страница», а «книга». Если еще лет десять назад этому элементу даже в самых объемистых руководствах отводилось всего несколько строк, набранных к тому же петитом, то теперь о тулии действительно можно написать специальную, и притом немалую, книгу.

Искусственный радиоактивный изотоп тулия с атомным весом 170 испускает гамма-лучи, которые сходны с рентгеновскими. Эта фраза, которая звучит так, как будто бы она заимствована из сугубо специальной книги, на самом деле таит в себе переворот в огромной области техники и медицины — в области рентгеноскопии.

Почти все, наверное, хотя бы раз в жизни были в рентгеновском кабинете. Это, пожалуй, самый таинственный из всех кабинетов любой поликлиники. Врач скрыт от вас непроницаемым мраком. Только в глубине кабинета тускло светит красная лампочка. Неестественным зеленым светом мерцает экран. А когда вы замечаете на этом экране скелет просвечивающегося пациента, зашедшего перед вами, то вас охватывает вполне понятное благоговение перед техникой рентгеноскопии. Это благоговение безусловно усугубилось бы, если бы вам удалось подробнее ознакомиться с конструкцией рентгеновских аппаратов. Впрочем, вряд ли непосвященный разберется с первого раза в хитроумных сплетениях проводов и в устрашающих своими размерами лампах.