Занимательно о химии

Физики согласны с таким положением дел. Химики же — не все и не полностью, потому что в третьей группе уран по своим свойствам такой же чужак, каким был во времена Менделеева. И для тория с протактинием третья группа не подходит.

Где твое место, уран? Ученым еще придется об этом поспорить.

Маленькие истории из области археологии

Когда человек впервые стал применять для своих нужд железо? Ответ, казалось бы, сам собой напрашивается: когда научился выплавлять железо из руд. Историки даже установили приблизительную дату этого великого события. Дату наступления на Земле «железного века».

А век-то этот, он наступил раньше, чем первобытный металлург в примитивной домне добыл первые килограммы железа. К такому выводу пришли химики, вооруженные могущественными методами анализа.

Первые куски железа, которыми воспользовались наши предки, в самом прямом смысле упали с неба. В так называемых железных метеоритах всегда, кроме железа, содержится никель и кобальт. Анализируя состав некоторых древнейших железных орудий, химики обнаружили в них присутствие соседей железа по таблице Менделеева — кобальт и никель.

А в железных рудах Земли они встречаются далеко не всегда.

Бесспорен ли этот вывод? На сто процентов утверждать не беремся… Познавать древность — дело исключительно нелегкое. Зато здесь можно столкнуться с неожиданностями удивительными.

Вот какую пилюлю преподнесли однажды археологи историкам химии.

…В 1912 году профессор Оксфордского университета Гюнтер производил раскопки древнеримских развалин близ Неаполя и обнаружил стеклянную мозаику удивительной красоты. За два тысячелетия окраска стекол, казалось, совсем не потускнела.

Гюнтер заинтересовался составом красок, которые применялись древними римлянами. Два образчика бледно-зеленоватого стекла отправились в путешествие. В Англии они попали в руки химика Маклея.

Проведен анализ: ничего неожиданного не обнаружено. Разве что содержится какая-то примесь в количестве около полутора процентов. И объяснить ее природу Маклей затрудняется.

Тут в дело вмешивается случай. Кому-то приходит в голову испытать образец примеси на радиоактивность. Мысль оказывается более чем удачной, потому что примесь действительно радиоактивна. Какой же элемент является ее причиной?

Наступает очередь химиков — и те докладывают: неизвестная примесь есть не что иное, как окись урана.

Открытие ли это Америки? Пожалуй, нет. Соли урана давненько применяются для окраски стекол. Вот пример первого практического применения урана. В римских же стеклах уран, по-видимому, оказался случайно.

Временно в этой истории ставится точка. Проходят десятилетия, и забытый факт попадает в поле зрения американского археолога и химика Келея.

Келей проводит большую работу, повторяет анализы, сопоставляет данные. И приходит выводу: присутствие урана в древнеримских стеклах не случайность, скорее закономерность. Римляне были знакомы с минералами урана и пользовались ими для практических нужд. В частности, для окраски стекол.

Не здесь ли истоки биографии урана?

Уран и его профессии

Девяносто второй элемент менделеевской таблицы в двадцатом столетии стал едва ли не самым знаменитым. Потому что именно он заставил работать ядерный реактор. Он дал людям ключ к овладению энергией принципиально нового типа.

И добывают теперь уран в больших количествах: более сорока тысяч тонн за год во всем мире. Ядерной энергетике этого пока вполне хватает.

Но вот парадокс: непосредственно («по назначению») используется не более 5 процентов добытого урана. Остальные 95 называют отвальным ураном. Он уже непосредственно не годится в работу, так как содержит слишком мало изотопа урана-235. Того, что служит основным ядерным горючим.

Так неужели труды геологов, горняков и химиков во многом затрачиваются вхолостую?

Напрасное опасение: у урана немало других, «неядерных» профессий. Просто неспециалисты о них мало знают. А зря. Уран с интересом изучают биологи. Оказывается, девяносто второй просто необходим для нормального развития растений. Он, например, заметно увеличивает содержание сахара в моркови и свекле, а также в некоторых фруктах. Уран помогает развиваться ценным почвенным микроорганизмам.

Уран нужен и животным. Ученые проделали интересный опыт. Крыс в течение года подкармливали небольшими количествами урановых солей. Содержание элемента оставалось в организме практически неизменным. Никаких вредных последствий не наблюдалось. Между тем вес животных увеличился почти в два раза.

Исследователи считают, что уран очень сильна способствует усвоению фосфора, азота и калия — важнейших жизненных элементов.

Уран в медицине? Это одно из самых старых практических амплуа элемента. Его солями пытались лечить разные болезни: диабет, всевозможные кожные заболевания, наконец, опухоли. И небезуспешно. Сейчас «уранотерапия» снова на повестке дня.

В металлургии уран находит любопытное использование. Его сплав с железом (ферроуран) добавляют в сталь для удаления кислорода и азота. Ферроуран позволяет изготовлять стали, которые могут работать при очень низких температурах. А вот ураноникелевые стали весьма устойчивы даже к самым сильным химическим реагентам, например к «царской водке» (смеси азотной и соляной кислот).

Как катализаторы многих химических реакций уран и его соединения также очень интересны и своеобразны. Синтез аммиака из азота и водорода проводят иногда с помощью карбида урана. Окислы урана ускоряют процессы окисления метана кислородом, получения метилового и этилового спиртов из окиси углерода и водорода, приготовления уксусной кислоты. Немало продуктов органической химии удается получить, используя урановые катализаторы.

Химия урана необычно богата. В своих соединениях он может выступать в различных валентных состояниях: шести-, пяти-, четырех- и трехвалентном. Соединения урана различной валентности настолько отличаются друг от друга, что можно говорить как бы о химии четырех различных элементов.

Недостроенное здание?

Много добрых слов посвятили мы периодической системе и ее великому архитектору. И вдруг спохватились: а ведь здание-то не достроено. Седьмой его этаж возведен чуть больше чем наполовину. На нем должно быть 32 квартиры, а оборудовано всего 17. Да и квартиранты здесь какие-то странные: сразу и не поймешь, проживают ли они или нет. Словом, сплошная фантасмагория.

Химики и физики давно уже спорят: имеет ли таблица Менделеева логический конец? Или, проще говоря, какой порядковый номер должен иметь самый последний элемент?

Лет сорок назад на страницах специальных серьезных статей и книг по физике замелькало число 137. Один крупный ученый даже написал брошюру, которую прямо так и озаглавил «Магическое число 137».

Чем же оно примечательно?

В атомах самая близкая к ядру электронная оболочка не располагается всегда на одном и том же расстоянии от него. Растет ядерный заряд, и радиус оболочки становится меньше. В атоме урана она куда ближе к ядру, чем, скажем, в атоме калия. В конце концов должен наступить момент, когда и ядро и ближняя к нему оболочка будут одного размера. А что произойдет в этом случае с ее электронами?