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

В новом веке поиски сорок третьего элемента стали еще более азартными. В 1909 году японец Масатака Огава заявил об открытии элемента, который назвал «ниппонием» в честь своей родины. Все предыдущие фальшивые «сорок третьи» оказывались просто загрязненными образцами или открытыми ранее рассеянными элементами. Но Огава действительно открыл новый элемент, только не тот, который искал. В погоне за сорок третьим элементом японец просто проигнорировал другие пробелы в таблице. Когда же его находка не подтвердилась, Огава устыдился и просто забросил эту работу. Лишь в 2004 году его соотечественник перепроверил данные Огавы и пришел к выводу, что тому удалось впервые выделить рений, семьдесят пятый элемент, даже не подозревая об этом. В 1909 году рений еще оставался неизвестным. Если попытаться задуматься, как же расценивать открытие Огавы – как повод для посмертного признания за совершенное открытие (ведь что-то он открыл!) либо как повод еще сильнее досадовать из-за этой драматической ошибки, – то вопрос переходит в плоскость «стакан наполовину пуст» или «стакан наполовину полон».

Бесспорное открытие семьдесят пятого элемента произошло в 1925 году. Это сделали сразу три немецких химика – Отто Берг и супружеская пара Вальтер и Ида Ноддаки. Они назвали новый металл рением в честь реки Рейн. В то же время они объявили и еще об одном открытии, «застолбив» сорок третью клетку. В нее они поместили элемент, который назвали «мазурием» в честь исторической области в Пруссии. Учитывая, что примерно десятилетием ранее национализм разрушил старую Европу, другие ученые прохладно восприняли инициативу этих «тевтонцев». Названия казались даже шовинистическими – ведь именно на Рейне и в Мазурии Германия одержала наиболее крупные победы в годы минувшей мировой войны. На всем континенте зародился научный «заговор», целью которого было дискредитировать открытия немцев. Данные по рению казались безупречными, поэтому скептики сосредоточились на гораздо более фрагментарной работе, связанной с «мазурием». Некоторые современные ученые не исключают, что немцы действительно могли открыть сорок третий элемент, но в статье немецкого трио о мазурии содержатся грубые ошибки – в частности, объем полученного «мазурия» оказался завышен в тысячи раз. В результате ученые, уже относившиеся с подозрением ко всем новым заявлениям об открытии сорок третьего элемента, объявили это открытие недействительным.

Лишь в 1937 году получить сорок третий элемент удалось двум итальянцам. Для этого ученые – звали их Эмилио Сегре и Карло Перрье – воспользовались достижениями новейших работ в области ядерной физики. Сорок третий элемент в наши дни очень редок по той причине, что он радиоактивен и практически все его атомы, имеющиеся в земной коре, уже распались до молибдена (сорок второй элемент) миллионы лет назад. Таким образом, чтобы его найти, следовало не просеивать тонны руды в поисках ничтожных долей грамма (как поступили Берг и Ноддаки), а осуществить синтез. В этом итальянцам помог их тогда еще малоизвестный американский коллега.

Несколькими годами ранее этот американец, Эрнест Лоуренс (охарактеризовавший заявление Берга и Ноддаков об открытии сорок третьего элемента как «бредовое»), изобрел специальный прибор, предназначенный для сталкивания атомов на больших скоростях. Этот аппарат назывался циклотроном и предназначался для получения значительных объемов радиоактивных элементов. Лоуренса больше интересовал синтез изотопов имеющихся элементов, а не новых металлов. Но Сегре, посетивший лабораторию Лоуренса в 1937 году во время научной командировки в Америке, узнал, что в циклотроне используются молибденовые детали, постепенно приходящие в негодность. От такого известия внутренний счетчик Гейгера, сидевший где-то в душе у Сегре, застучал, как бешеный. Он скромно поинтересовался у Лоуренса, не мог бы тот отдать для работы использованные молибденовые компоненты. Через несколько недель Лоуренс, откликнувшийся на просьбу Сегре, с готовностью выслал несколько молибденовых полосок в Италию, воспользовавшись для этого обычной почтой. Интуиция не подвела Сегре: в полученных полосках они с Перрье нашли следы сорок третьего элемента. Так самый неуловимый элемент занял свою клетку в периодической системе.

Разумеется, немецкие химики не отказались от своих претензий на открытие «мазурия». Вальтер Ноддак даже наведался к Сегре в Италию и крупно с ним повздорил. Более того, он явился к коллеге в устрашающей камуфляжной форме, покрытой свастиками. Разумеется, никакого разговора со взвинченным взрывным Сегре у него не получилось, тем более что Эмилио испытывал в связи с новым элементом и политическое давление. Функционеры Университета Палермо, где работал Сегре, склоняли его назвать открытый элемент «панормием» в честь латинского наименования Палермо. Вероятно, Сегре и Перрье колебались, памятуя о националистической истерии вокруг «мазурия», поэтому и окрестили сорок третий элемент технецием. В переводе с греческого это слово означает «искусственный». Название получилось очень точным, пусть и неброским – ведь технеций действительно был первым элементом, который удалось синтезировать вручную. Но такое название нисколько не прибавило популярности самому Сегре, и в 1938 году он взял творческий отпуск. Свой отпуск Сегре решил провести в Беркли, сотрудничая с Лоуренсом.

Нет никаких свидетельств того, что Лоуренс затаил злобу на Сегре за такой молибденовый гамбит, но именно Лоуренс в том же году согласился взять итальянца на работу за гроши. На самом деле, Лоуренс просто проигнорировал чувства Сегре и только съязвил, что те 184 доллара ежемесячной экономии он с удовольствием потратит на оборудование, например на свой драгоценный циклотрон. Увы, это лишний раз доказывает, что Лоуренс, отлично умевший привлекать средства и руководить исследованиями, совершенно бестолково строил отношения с людьми. Стоило Лоуренсу привлечь в команду одного блестящего ученого, как он тут же терял другого не менее ценного специалиста из-за своих диктаторских замашек. Даже Гленн Сиборг, горячий сторонник Лоуренса, однажды заметил, что именно в вызывавшей всеобщую зависть прославленной Радиационной лаборатории Лоуренса, а не в Европе должны были быть совершены два наиболее важных открытия того времени – искусственная радиоактивность и ядерный распад. Тот факт, что Лоуренс не сделал ни того, ни другого, был, по мнению Сиборга, неописуемым провалом.

Не исключено, что этот провал Лоуренса вызывал у Сегре сочувствие – ведь эти открытия могли быть совершены и в Италии, с участием Сегре. В 1934 году Сегре работал главным ассистентом в команде легендарного итальянского физика Энрико Ферми. Именно в тот год Ферми объявил всему миру (как оказалось – ошибочно), что в результате бомбардировки образцов урана нейтронами ему удалось открыть девяносто третий и другие трансурановые элементы. Ферми долго обладал репутацией самого «быстрого разума» в науке, но в данном случае поспешные выводы подвели его. На самом деле, он упустил гораздо более многозначительное открытие, чем синтез трансурановых элементов: Ферми за много лет до всех своих коллег смог запустить в уране реакцию ядерного распада, но даже не осознал этого. Когда в 1939 году два немецких физика оспорили результаты Ферми, вся итальянская лаборатория оцепенела – еще бы, ведь Ферми уже успел получить Нобелевскую премию за свое «открытие»! Особенно разочарован был Сегре. Он руководил группой, которая занималась анализом образцов и идентификацией новых элементов. Хуже того, Сегре сразу же вспомнил, что он (и не только он) еще в 1934 году читал статью о возможности ядерного распада, но отверг ее, как надуманную и необоснованную. По злой иронии судьбы, автором статьи была все та же злосчастная Ида Ноддак[70].

Позже Сегре стал известным историком науки (а также, между прочим, заядлым грибником). Он упомянул об ошибке с ядерным распадом в двух книгах, в обоих случаях лаконично выразив одну и ту же мысль: «Однако от нас ускользнула возможность деления, хотя Ида Ноддак специально обращала на нее наше внимание: она прислала нам статью, в которой недвусмысленно говорилось, что результаты можно интерпретировать как раскалывание тяжелого атома на две приблизительно равные части. Чем объяснить нашу слепоту, не вполне ясно»[71].

В качестве интересного исторического курьеза он также отметил, что ближе всего к открытию деления ядра подошли две женщины – Ида Ноддак и Ирен Жолио-Кюри, дочь Марии Кюри. Наконец, честь открытия деления ядер также принадлежит женщине, Лизе Мейтнер.

К сожалению, Сегре воспринял этот урок об отсутствии трансурановых элементов слишком буквально и вскоре сам оказался виновником настоящего «сольного скандала». Около 1940 года ученые предположили, что элементы, расположенные в периодической системе чуть дальше и чуть ближе урана, являются переходными металлами. В соответствии с их расчетами девяностый элемент относился к четвертому столбцу, а первый из элементов, не встречающихся в природе, – девяносто третий – оказывался в седьмом столбце, прямо под технецием. Но в сегодняшней таблице видно, что элементы, окружающие уран, отнюдь не являются переходными металлами. Они располагаются в самом низу таблицы прямо под редкоземельными элементами и в химических реакциях ведут себя именно как редкоземельные металлы, а не как технеций. Причина научной слепоты химиков вполне понятна. Несмотря на пиетет перед таблицей Менделеева, они не воспринимали периодический закон достаточно серьезно. Ученые полагали, что редкоземельные металлы представляют собой странное исключение и их причудливая химия нигде больше не проявляется. Но это не так: уран и другие элементы, расположенные рядом с ним, заполняют электронами f-оболочки, точно как редкоземельные металлы. Следовательно, эти элементы должны ответвляться от основной периодической системы на период ниже, чем редкоземельные металлы, и проявлять в химических реакциях примерно такие же свойства, как лантаноиды. Все просто, по крайней мере в ретроспективе. Через год после сенсационного открытия деления ядер один коллега Сегре, работавший с ним на одном этаже, вновь решил попробовать открыть девяносто третий элемент. Для этого он облучил немного урана в циклотроне. Считая (по описанным выше причинам), что этот элемент должен быть подобен технецию, он попросил Сегре о помощи. Действительно, ведь именно Сегре открыл технеций и разбирался в его химии лучше, чем кто-либо другой. Сегре был заядлым охотником за элементами и взялся за исследование образцов. Беря пример со своего наставника Ферми, умевшего мыслить очень быстро, Сегре заключил, что в результате деления получаются вещества, напоминающие редкоземельные элементы, но совсем не похожие на тяжелый аналог технеция. «Банальное деление ядер продолжается», – заявил Сегре и набросал статью с разочаровывающим названием «Безуспешный поиск трансурановых элементов».