Химические элементы

Исследуя один редкий минерал в 1815 году, Берцелиус обнаружил новый элемент, который был назван торием в честь всемогущего древнескандинавского божества Тора. Поначалу он не был востребован и имел весьма скромную, но важную область применения — при производстве газокалильных сеток. В конце XIX века было широко распространено газовое освещение, а не электрическое. Австрийский химик Карл Ауэр фон Вельсбах изобрел колпачки из оксидов церия и тория, которые увеличивали яркость свечения.

Торий — радиоактивный элемент, и это определило область его применения в XX веке. Например, ученые знают, что скорость распада конкретного элемента постоянна и не зависит от внешних факторов. Поэтому, зная содержание тория и его дочерних элементов в минералах, еще в 1904 году ученые научились определять геологический возраст пород. Первым эту идею высказал Пьер Кюри.

Дочерний продукт распада тория нашел свое применение в производстве светящихся красок, которыми наносили цифры на циферблаты часов. Однако через несколько лет обнаружили, что со временем циферблаты перестают светиться. В 20-х годах прошлого столетия резко увеличилась смертность работниц, которые рисовали цифры этими красками. Патологоанатомы обнаружили, что в костях умерших работниц накапливался изотоп ²²⁸Rh. А все из-за того, что все рисовальщицы заостряли концы кисточек губами. За год они проглатывали всего 1,75 грамма краски, но и этого было достаточно.

Попадание же самого тория, а не его продукта деления, в желудок не вызывает отравления. Все потому что в желудке кислая среда, которую создает соляная кислота HCl. В таких условиях соединения тория гидролизуются. А гидроксид тория Th(OH)₄ — нерастворимое соединение, которое легко выводится из организма с продуктами жизнедеятельности. Острое отравление может вызвать лишь огромная доза в 100 граммов тория. Обычному человеку никогда с таким столкнуться не удастся.

Протактиний

Существование этого элемента предсказали почти за полвека до его открытия. Он является элементом с двойственными химическими свойствами. В одновалентном состоянии он похож на ниобий и тантал, в других валентных состояниях схож с остальными актиноидами. При этом протактиний — это один из тех элементов, который практически не применяется.

Когда Д. И. Менделеев составлял периодическую таблицу, он оставил пустое место между торием и ураном — двумя самыми тяжелыми элементами, известными на то время. Менделеев предполагал, что этот промежуточный элемент будет иметь химические свойства, схожие со свойствами тантала, поэтому назвал его эка-танталом.

История открытия протактиния тесно связана с историей поиска разных радиоактивных элементов, в особенности она связана с актинием. Протактиний открыли практически одновременно несколько ученых из Германии и Англии. Его обнаружили при переработке минералов урана, точно также как и полоний, радий, актиний. И нашли его во фракции, которая содержала тантал. Недаром Менделеев назвал его эка-танталом. Гленн Сиборг говорил, что протактиний — «один из самых капризных и неуловимых элементов».

В это же время обнаружилась связь протактиния и актиния. Выяснилось, что изотоп протактиния испускает альфа-частицы (ядра атома гелия) и превращается в актиний. Отсюда и появилось название протактиний, которое означает «предшествующий актинию».

В 1921 году в историю науки вошел изотоп ²³⁴Pa. При его изучении было открыто явление ядерной изомерии. Это явление состоит в том, что некоторые радиоактивные ядра способны распадаться двояко — с разными периодами полураспада (время, за которое распадется половина атомов, которые у нас были). ²³⁴Pa в основном распадается, испуская бета-частицу и период полураспада составляет 1,17 минуты, превращаясь в ²³⁴U. Но одно из тысячи ядер протактиния ведет себя иначе. Оно испускает гамма-квант (фотон с большой энергией) и превращается в новое ядро, тоже бета-активное, но с более низким уровнем энергии. Это тоже изотоп ²³⁴Pa, но период его полураспада составляет уже 6,7 часа.

Практическое применение протактиния ограничивает его токсичность. Она примерно в 250 миллионов раз превышает токсичность синильной кислоты. К тому же, природные источники протактиния практически бесперспективны. Данный элемент интересен исключительно с точки зрения науки.

Уран. Добро или зло?

1789 год — это первая важная дата в истории урана, когда немецкий химик Мартин Генрих Клапрот из смоляной руды получил золотисто-желтую землю (землями называли оксиды элементов) и восстановил ее до черного металлоподобного вещества. Он посчитал, что это новый химический элемент и назвал его в честь самой далекой из известных на то время планет, открытой восемью годами раньше — ураном.

Целых 50 лет во всем мире считалось, что Клапрот открыл новый химический элемент. Но в 1841 году француз Эжен Пелиго доказал, что это была ошибка. Клапрот получил всего лишь соединение урана UO₂, а не чистый металлический уран. А вот Пелиго сумел получить настоящий металлический уран.