Сэм Кин - Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

• Название: Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева
• Автор: Сэм Кин
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-699-55823-0

«Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева» посвящена одному из величайших достижений науки – Периодической системе химических элементов, удивительно сложному человеческому изобретению. Вы познакомитесь с историей элементов, окунетесь в мир химии и удивительных превращений, узнаете тайны науки, которые тщательно скрывались и оберегались. Для всех увлеченных и неравнодушных.

---

Тем не менее если бы в войну были втянуты лишь крупные армии, то конголезский конфликт, вероятно, вскоре угас бы. Ведь эта территория крупнее Аляски, а леса там гуще, чем в Бразилии. При этом попасть в Конго гораздо труднее, чем на Аляску или в Бразилию, и поэтому там очень сложно вести затяжную войну. Кроме того, бедные крестьяне не могут позволить себе сняться с обжитых мест и пойти воевать, если на кону не стоят деньги. И вот в конфликте появился фактор тантала, ниобия и сотовых телефонов. Нет, я не порицаю высокие технологии как таковые. Действительно, войны начинаются не из-за сотовых телефонов, а из-за ненависти и затаенной вражды. Но не менее очевидно, что бесконечное побоище подпитывалось денежными потоками. Из Конго на рынок поступает 60 % ниобия и тантала, которые в земле образуют единый минерал колтан. Как только сотовые телефоны вошли в повседневную жизнь – с 1991 по 2001 год продажи этих устройств подскочили практически с нуля до миллиарда, – голод Запада оказался не менее неутолимым, чем у Тантала. Цены на колтан выросли в десятки раз. Люди, приобретавшие руду для производителей сотовых телефонов, не задавали вопросов и не беспокоились о том, откуда она поступает. Конголезские добытчики понятия не имели, зачем нужен этот минерал, а знали лишь о том, что за него готовы платить и что на вырученные деньги можно поддерживать свою воюющую группировку.

Странно, но тантал и ниобий стали причиной стольких бед именно из-за «общедоступности» колтана. В отличие от ситуации, когда неразборчивые в средствах бельгийцы разрабатывали в Конго алмазные и золотые прииски, колтановые руды никто не контролировал. Чтобы добывать этот минерал, не требовалось ни экскаваторов, ни самосвалов. Любой простолюдин с лопатой и крепкой спиной мог накопать в речных руслах целые килограммы руды (она выглядит как густая грязь). Всего за час крестьянин мог заработать больше, чем его сосед-земледелец имел за год. По мере того как прибыли росли, люди забрасывали свои хозяйства ради быстрого обогащения. Из-за этого в Конго сложилась катастрофическая ситуация с продовольствием, которого и раньше едва хватало, и люди стали охотиться на горилл, практически истребив их (как вы, возможно, помните, такая же судьба постигла американских бизонов). Но убийство горилл было малым грехом по сравнению с теми зверствами, которым подвергались люди. Если деньги рекой льются в страну, где царит безвластие, это всегда заканчивается очень плохо. Наступил жесточайший капитализм, при котором продавалось все, включая человеческие жизни. Появились огромные огороженные лагеря с невольницами-проститутками, за массовые убийства выплачивались баснословные вознаграждения. В стране распространялись леденящие душу истории о гордых победителях, вершивших надругательства над трупами врагов. Люди обматывались внутренностями убитого соперника и с ликованием пускались в пляс.

Разгар конголезской войны пришелся на период с 1998 по 2001 год, после чего производители сотовых телефонов осознали, что фактически спонсируют анархию. Следует отдать им должное: они стали закупать тантал и ниобий в Австралии, хотя там они стоили дороже, и ситуация в Конго немного улучшилась. Тем не менее, несмотря на заключенное в 2003 году официальное перемирие, в восточной части страны, ближе к Руанде, насилие так и не утихло. А недавно война вновь активизировалась, так как на востоке Конго нашли другой элемент – олово. В 2006 году в Европейском Союзе запретили применять свинцовый припой в потребительских товарах, и большинство производителей заменили свинец оловом – этот металл также имеется в Конго в изобилии. В свое время писатель Джозеф Конрад назвал Конго «самым гнусным сборищем подонков, которое навсегда запятнало историю человеческого разума». Сегодня эта характеристика по-прежнему не потеряла актуальности.

С середины 1990-х годов в Конго погибло более 5 миллионов человек – это самые крупные военные потери со времен Второй мировой войны. Продолжающийся там конфликт красноречиво свидетельствует, что, несмотря на многочисленные достижения, вдохновленные периодической системой, элементы могут пробуждать в человеке и самые ужасные животные инстинкты.

6. Заканчиваем таблицу… взрывом

При взрыве сверхновой в нашу Солнечную систему были вброшены все существующие в природе элементы, а благодаря перемешиванию пород на молодых незатвердевших планетах эти элементы равномерно распределились в скальных грунтах. Но эти процессы не позволяют ответить на все вопросы, связанные с распределением элементов на Земле. С тех пор как взорвалась сверхновая, многие элементы уже исчезли с лица Земли, так как их ядра оказались слишком непрочными, чтобы уцелеть в природе. Такая нестабильность поражала ученых, в периодической системе оказалось несколько необъяснимых пробелов, которые химики менделеевской эпохи не могли заполнить, несмотря на все поиски. В конце концов, эти клетки таблицы все же удалось заполнить, но сначала пришлось развить целые новые научные дисциплины. Освоив эти науки, мы научились создавать элементы самостоятельно и лишь потом осознали, что из-за непрочности некоторые элементы таят в себе страшную угрозу. Процессы синтеза и расщепления атомов оказались связаны гораздо теснее, чем кто-либо мог предположить.

Начало этой истории было положено в Англии, в Университете Манчестера накануне Первой мировой войны. В те годы в Манчестере работала целая плеяда замечательных ученых, в частности Эрнест Резерфорд, руководивший исследовательской лабораторией. Одним из его наиболее перспективных студентов был Генри Мозли. Мозли был сыном натуралиста, восхищавшегося Чарльзом Дарвином, но выбрал себе профессию физика, а не биолога. Мозли относился к лабораторной работе так ответственно, как относятся к бдению у постели умирающего. Он задерживался в лаборатории по пятнадцать часов, как будто вечно не успевал завершить всех начатых опытов. Молодой человек даже не успевал поесть, перебиваясь фруктовым салатом и сыром. Как и многие одаренные личности, Мозли был одиночкой, строгим к себе и щепетильным человеком. Он открыто возмущался «вонючей неопрятностью» приезжих, наводнявших Манчестер.

Но за талант Мозли можно было простить многие недостатки. Молодой исследователь увлекся изучением элементов, расщепляя их электронными лучами, хотя Резерфорд и считал эту работу напрасной тратой времени. Мозли заручился поддержкой другого физика, внука Дарвина, и в 1913 году начал систематически «препарировать» все известные элементы, даже золото. Сегодня мы знаем, что, когда пучок электронов попадает в атом, он вышибает из атома часть его собственных электронов, оставляя брешь. Электроны притягиваются к ядру атома, поскольку электроны и протоны, входящие в состав ядра, имеют противоположные электрические заряды. Выбивание электронов из атома – довольно жесткая операция. Поскольку природа не терпит пустоты, на освободившееся место устремляются другие электроны, чтобы заполнить эту дыру. При этом они сталкиваются и испускают рентгеновские лучи, обладающие высокой энергией. Примечательно, что Мозли нашел математическое соотношение между длиной волны рентгеновских лучей, количеством протонов в ядре элемента и атомным номером элемента (его местом в периодической системе).

С тех пор как в 1869 году Менделеев опубликовал свою знаменитую таблицу, в нее был внесен ряд изменений. Сначала Менделеев расположил таблицу продольно, пока кто-то не убедил его, что целесообразно повернуть всю схему на 90 градусов. В течение следующих сорока лет химики продолжали возиться с таблицей, добавляя столбцы и тасуя элементы. Тем временем в периодической системе все явственнее просматривались аномалии, заставлявшие ученых задуматься, на самом ли деле они верно понимают эту таблицу. Большинство элементов в таблице следуют друг за другом в порядке увеличения атомной массы. Согласно данному критерию, никель должен стоять перед кобальтом. Но, чтобы расположить элементы правильно – то есть чтобы и под кобальтом, и под никелем оказались похожие на них элементы, – химикам пришлось поменять два металла местами. Никто не знал, почему приходится сделать такое отступление от правила, а ведь таких пар было несколько! Чтобы обойти проблему, ученые изобрели атомный номер, дополнявший атомную массу, но это лишь подчеркивало, что истинного значения атомного номера никто не понимает.

Мозли было всего двадцать пять лет, когда он смог разгадать эту загадку. Он взглянул на химический вопрос с физической точки зрения. Важно понимать, что в то время лишь немногие ученые верили в существование атомного ядра. Резерфорд сформулировал гипотезу о существовании компактного ядра, обладающего большим положительным зарядом, но гипотеза оставалась непроверенной до 1913 года и слишком умозрительной для ученых, чтобы ее признать. Первые доказательства в ее пользу удалось получить только Мозли. Нильс Бор, другой ученик Резерфорда, вспоминал: «Вы знаете, работы Резерфорда [по атомному ядру] не считались серьезными. Сегодня мы не можем в это поверить, но они вовсе не рассматривались серьезно. Никто и нигде про них не упоминал. И только после работ Мозли все изменилось». Дело в том, что Мозли догадался связать место элемента в периодической системе с его физическими характеристиками, приравняв к атомному номеру положительный заряд ядра. И он подтвердил это равенство при помощи эксперимента, который было очень легко воспроизвести. Таким образом, было доказано, что отклонения от расположения элементов в порядке возрастания атомной массы не являются случайными, а связаны со сложным строением атомного ядра. Заковыристые случаи, например пара «кобальт – никель», вдруг прояснились. Дело в том, что у более легкого атома никеля больше протонов, чем у кобальта. Положительный заряд никеля больше, чем заряд кобальта, поэтому кобальт стоит в таблице раньше. Если Менделеев и другие открыли «химический кубик Рубика», то Мозли научился его складывать, и больше не приходилось выдумывать какие-то объяснения.