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 членам 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.
Франций относится к тем радиоактивным элементам, которые еще содержатся в земной коре (правильнее сказать – регулярно образуются в земной коре в результате распада других элементов), хотя, конечно, содержание этого элемента крайне мало – по оценкам, во всей земной коре единовременно присутствует не более килограмма франция. И еще одна деталь – это первый в данной книге химический элемент, который не используется нигде и ни в каком виде, – сложности в получении и малый период полураспада не позволяют найти ему применение.
88. Радий
Для поколения, при жизни которого был открыт радий, этот элемент и всё, что с ним связано, было похоже на случившуюся около десяти лет назад эйфорию от создания практически работающих наносистем. Многие читатели наверняка помнят, с каким упоением нам рассказывали про то, что все больше и больше задач могут решить нанотехнологии (и самое интересное – действительно, они могут многое, хотя и не всё, что им приписывают).
Точно так же был период, когда чудесный металл радий и его соли обещали нам решение всех проблем. Единственное, что изменилось за сто лет, – мы стали несколько опасливее относиться к открытиям (я имею в виду не оголтелую хемофобию, а обычные меры по определению безопасности материалов). Этого не хватало людям, жившим в 1898 году, когда был открыт радий, и радий быстро появился в зубных пастах, ушных каплях и медицинских процедурах.
Особенно же радий стал популярен благодаря тому, что его соли можно было использовать для получения краски, которая светится в темноте – небесно-голубое свечение солей радия можно было встретить на стрелках и циферблатах наручных часов и просто светящихся в ночи без притока энергии надписях и схемах. Однако через некоторое время оказалось, что у работников, готовящих светящиеся радиевые чернила или наносившие с их помощью надписи, начались регулярные боли, анемия и рак. Стало ясно, что что-то пошло не так, радий перестали применять для изготовления «ширпотреба», но к моменту запрета около сотни рабочих, имевших контакт с радиевыми красками, умерло, и еще большее число стали инвалидами.
Бесспорно, наиболее известной жертвой радия можно назвать его первооткрывательницу – Марию Кюри. Мария и Пьер изучали минерал уранит (урановую смолку). Уранит добывали около чешского города, который сейчас носит название Яхимов. Из уранита добывали уран, который шёл на изготовление уранового хрусталя и красок для росписи по стеклу и керамике, а пустую породу сбрасывали в отвал в близлежащем лесу. Отходы добычи урана не только сохраняли радиоактивность, но и были более радиоактивны, чем руда до извлечения урана.
В письме сестре Броне Мария писала, что остаточная радиация вызвана присутствием нового химического элемента, и Мария уверена, что ей удастся найти этот элемент. Переработав несколько тонн уранита после извлечения урана, супруги Кюри с интервалом в несколько месяцев 1898 года нашли не один, а два химических элемента – полоний и радий. Радий был получен в виде металла в 1910 году. Название элемента переводится с латинского как «луч», а радий оказался наиболее радиоактивным материалом естественного происхождения. Хотя Мария Кюри умерла в 1934 году в возрасте 66 лет, причина её смерти – апластическая анемия – более чем наверняка является следствием её работы с радиоактивными материалами. Мадам Кюри похоронена в свинцовом гробу, а её и Пьера лабораторные журналы и записи хранятся в коробках, экранированных свинцом, а для их изучения необходимо надевать средства защиты.
В естественных условиях радий встречается в продуктах распада урана, хотя и в малых количествах. Он представляет собой самый тяжелый щелочноземельный металл, близкий по химическим свойствам кальцию и барию. Атомный номер радия – 88, в земной коре можно найти изотопы радия с атомными массами 228, 226, 224 и 223, также существует еще 21 искусственный изотоп.
Радий сыграл свою роль в решении проблемы строения атома. Радий был использован Эрнестом Резерфордом в качестве источника α-частиц – ядер атомов гелия, которыми бомбардировали тонкую фольгу из золота. Неожиданно ассистенты Резерфорда – Ганс Гейгер и Эрнест Марсден – обнаружили, что очень небольшая доля α-частиц отражается от фольги. Сам Резерфорд комментировал эту находку так: «Это было почти столь же невероятно, как если бы вы стреляли 15-дюймовым снарядом в кусок тонкой бумаги, а снаряд возвратился бы к вам и нанёс удар». Такое поведение α-частиц позволило Резерфорду сделать вывод о существовании плотных компактных атомных ядер, что стало первым шагом к созданию современной теории строения атома. Этот самый известный эксперимент Резерфорда был сделан через год после получения Резерфордом Нобелевской премии по химии «…за проведённые им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ…». Заметим, что в том, что Резерфорду вручили Нобелевскую премию именно по химии, есть некая ирония (или шутка Нобелевского комитета), и именно после известия о присуждении «химического Нобеля» Резерфорд и изрёк свое знаменитое: «Все науки делятся на физику и коллекционирование марок».
В настоящее время радий главным образом применяется в медицине опять же как источник радиации – первые работы в этой области начались во времена Марии Кюри. Сначала было обнаружено, что при контакте с радиоактивными материалами происходит ожог кожи, затем совместная работа Кюри с врачами показала, что радиация в состоянии уменьшать размеры опухолей или разрушать их. Вскоре это стало известно как «терапия Кюри», радиацию стали изучать, и радиологическая лаборатория мадам Кюри в Сорбонне со временем превратилась в Радиевый институт. Сейчас для разрушения опухолей применяют и другие радионуклиды.
Если вы будете держать в руке кусок радия (чего я вам, конечно, не советую – все виды радиоактивного излучения, испускаемого радием, повреждают ДНК и могут стать фактором развития опухолей), за счет радиоактивного излучения он будет казаться теплым на ощупь. Белая поверхность радия со временем темнеет из-за реакции с воздухом и образования оксида и нитрида, он легко реагирует с водой, как кальций или барий. Радий достаточно тугоплавкий – его температура плавления составляет около 700 °С. Природные изотопы радия значительно различаются по периоду полураспада – от 1602 дней для наиболее стабильного 226Ra до 11,4 дней для 223Ra. В начале ХХ века для получения грамма чистого радия нужно было несколько вагонов урановой руды, 100 вагонов угля, 100 цистерн воды и 5 вагонов разных химических веществ. В то время за 1 г радия нужно было заплатить больше 200 кг золота. В наши дни себестоимость производства радия, конечно, меньше, но он до сих пор входит в число самых дорогих металлов.
89. Актиний
Первооткрывателем актиния считается Андре-Луи Дебьерн, друг и коллега супругов Кюри, который работал совместно с ними над поиском радиоактивных элементов в образцах уранита. Хотя он опубликовал описание элемента в 1899 году, а затем и в 1900 году, есть некоторые сомнения в том, что методы, которые использовал Дебьерн, позволяли достаточно точно его описать. Независимо от Дебьерна поиском новых радиоактивных элементов занимался французский химик Фридрих Оскар Гизель, который получил актиний в чистом виде в 1904 году и, не будучи осведомленным о работах Дебьерна, назвал элемент «эманием». Гизель был почитателем Кюри и не видел резона в оспаривании приоритета открытия элемента, выделенного в лаборатории, которой он восторгался. Таким образом, когда стало ясно, что Гизель и Дебьерн работают над изучением одного и того же элемента, Гизель признал приоритет французского коллеги, и теперь мы знаем элемент №89 под именем, которым его наградил Дебьерн (от греческого «актис» – луч).
Кто бы ни был первооткрывателем актиния, актиний сыграл очень важную роль в истории химии, оказавшись первым непервозданным элементом земной коры. К первозданным или примордиальным элементам относят те элементы, которые уже существовали в момент формирования Солнечной системы, те, период полураспада которых больше 108 лет. Первозданными являются все элементы, имеющие стабильные изотопы и немало радиоактивных элементов. Химические свойства актиния, который в виде простого вещества представляет собой серебристо-белый металл, практически идентичны свойствам редкоземельных элементов, в первую очередь – лантана.
Известно 36 изотопов актиния, все они радиоактивные. Наиболее устойчивым из этого семейства является 227Ac, нуклид, которым представлен природный актиний, его период полураспада составляет около 21,8 года. Период полураспада остальных изотопов актиния меньше десяти часов, у большинства – меньше минуты.
Нуклид 227Ac излучает в 150 раз интенсивнее радия, что обусловливает его применение в радиоизотопных источниках энергии. Несмотря на то что актиний в следовых количествах присутствует в урановых рудах, проще его получать искусственным путём – облучая мишень из 226Ra пучком нейтронов в ядерном реакторе.