Страница 4 из 38
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.