Элементы: замечательный сон профессора Менделеева

Химические свойства радона из-за его радиоактивности и короткого времени жизни (период полураспада самого устойчивого нуклида радона ²²²Rn – всего 3.8 суток) изучены мало. Ниже температуры кипения радон представляет собой бесцветную жидкость, в твёрдом состоянии – красно-оранжевые кристаллы, флуоресцирующие зелёным. Как и ксенон с криптоном радон реагирует со фтором.

Почему при столь небольшом периоде полураспада радона стоит беспокоиться о его содержании в жилых помещениях. Проблема заключается в том, что при его вдыхании и последующем распаде в легких надолго могут оказаться атомы «дочернего» распада радона – радиоизотопы полония и свинца. Считается, что длительное вдыхание радона является второй причиной заболевания раком лёгких после курения, что, однако, не исключает существования такой медицинской процедуры, как «радоновые ванны», польза которых доказательной медициной так и не подтверждена.

87. Франций

В 1929 году Мари Кюри взяла в парижский Институт радия на должность личного ассистента двадцатиоднолетнюю Маргариту Катерину Перей. Спустя десять лет Перей откроет неуловимый химический элемент № 87, за это открытие она получит степень магистра химии, а затем в 1946 году защитит диссертацию, став PhD (доктор философии, ученая степень, примерно соответствующая нашей степени кандидата наук). В 1962 году Маргарита Перье стала первой женщиной, избранной член-корреспондентом Французской академии наук, даже её начальница и наставница – дважды лауреат Нобелевской премии Мари Кюри.

Однако история элемента № 87 началась лет за шестьдесят до его открытия. В составленной Менделеевым в 1869 году таблице клетка с элементом № 87 не была пустой – в ней Дмитрий Иванович разместил предсказанный им элемент «экацезий». По положению в таблице было ясно, что № 87 должен быть активным щелочным металлом, свойства которого должны были напоминать свойства всего семейства. Опираясь на предсказания, многие исследователи пытались искать № 87 в рудах, содержащих щелочные элементы. Как и в случае технеция, неоднократно делались ошибочные заявления об открытии самого тяжелого щелочного металла, пока, наконец, не стало ясно, что все изотопы элемента № 87 должны быть радиоактивными. После этого стратегия поиска поменялась стали изучаться цепочки распада радиоактивных элементов.

Образование химических элементов в ходе радиоактивного распада подчиняется двум несложным правилам. При α-распаде атомный номер дочернего ядра на две единицы меньше, чем у ядра распадающегося, при β-распаде атомный номер увеличивается на одну единицу. Элемент № 89, который, испуская поток α-частиц, мог дать элемент № 87, был открыт ещё в 1899 году – это был актиний.

Изучение продуктов радиоактивного распада непростое занятие, но Перей хватило экспериментального мастерства, чтобы научиться быстро очищать образец соли актиния, чтобы она могла наблюдать продукты распада только этого элемента. Эксперименты показали, что почти 99 % подвергается медленному β-распаду, образуя элемент № 90 – торий, который затем через α-распад превращается в радий. Однако около 1 % актиния не распадалось по этому механизму, и испускало α-частицы, превращаясь в предсказанный Менделеевым экацезий. Поскольку период полураспада образовавшегося таким путем изотопа франция составлял всего 21 минуту, обнаружить этот процесс и элемент № 87 было вдвойне сложнее.

В ходе экспериментов Перей обозначала элемент № 87 как «актиний-К» (AcK), ссылаясь на путь, благодаря которому он образовывался, однако ей нужно было подобрать подходящее название для внесения его в таблицу. Во время защиты степени PhD она предложила назвать элемент «катий» («catium»), поскольку предполагалось, что это будет самый активный металл, который проще всего потеряет электрон и превратится в катион (выше, в главе про цезий я уже написал, что это не так, и благодаря эффектам теории относительности легче всего расстается с электроном и обладает титулом самого активного металла все же цезий). Название «катий» не понравилось членами комиссии по защите, кто-то даже сыронизировал, что англоязычные химики будут считать, что элемент назван в честь кота. Тогда Перей предложила название «франций», на что комиссия, состоявшая из французов, естественно ничего не смогла возразить.