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

Цвет испускаемого света зависит от относительной высоты начального и конечного энергетических уровней, между которыми перемещается электрон. Переход между двумя близко расположенными уровнями (например, вторым и первым) дает низкоэнергетический красноватый свет, а более существенное падение – например, с пятого на второй уровень – сопровождается импульсом высокоэнергетического фиолетового света. Поскольку набор вариантов такого перехода у электрона ограничен целочисленными энергетическими уровнями, излучаемый при этом свет также не слишком разнообразен. Свет, испускаемый электронами в атомах, не похож, например, на свет электрической лампочки. Электроны дают свет очень чистых и четких цветов. Электронные оболочки в атомах химических элементов расположены на разных высотах, поэтому атом каждого элемента испускает свой характерный набор световых полос. Именно эти полосы Роберт Бунзен наблюдал через спектроскоп в пламени своей горелки. Позже, когда было установлено, что электроны могут перемещаться в атоме лишь на целое количество энергетических уровней и никогда не оказываются на «дробных» уровнях, этот факт стал основополагающим озарением в истории квантовой механики. Все странные выводы из области квантовой механики, о которых вам когда-либо доводилось слышать, прямо или косвенно следуют из этих дискретных переходов.

Европий может излучать свет по вышеописанному принципу, но не слишком хорошо: он и его братья-лантаноиды плохо поглощают тепло или свет (еще одна причина, по которой химикам так долго не удавалось идентифицировать эти металлы). Но свет – это универсальная химическая валюта, имеющая хождение в субатомном мире в очень разнообразных формах. Лантаноиды могут излучать свет особым способом, который не связан с обычной абсорбцией. Такое свечение называется флуоресценцией[121]. Многие люди сталкивались с флуоресценцией в прожекторах невидимого света или на психоделических плакатах. В излучении обычного видимого света участвуют лишь электроны, а флуоресцентный свет испускают целые молекулы. И в то время как электроны излучат именно такой свет, который поглотили, например, желтый на входе – значит, желтый и на выходе, флуоресцентные молекулы поглощают высокоэнергетический (ультрафиолетовый) свет, а испускают видимый свет с меньшим уровнем энергии. В зависимости от того, в составе какой молекулы находится атом европия, он может излучать красный, зеленый или синий свет.

Такое разнообразие представляет огромную проблему для фальшивомонетчиков и превращает европий в отличное средство для борьбы с ними. Действительно, Евросоюз использует этот элемент в составе чернил, которыми делаются надписи на банкнотах евро. При изготовлении чернил химики из казначейства Евросоюза начиняют красители ионами европия, которые прикрепляются к концу молекулы красителя. Точного состава этого красителя никто не знает, поскольку Евросоюз сделал эту информацию секретной. Законопослушным химикам остается лишь догадываться о его составе. Несмотря на такую скрытность, ученым известно, что молекула красителя состоит из двух фрагментов. Первый можно условно назвать «приемником» или «антенной» – он образует основную часть молекулы. Эта антенна «ловит» входящую световую энергию, которую европий не может абсорбировать, и преобразует ее в энергию колебаний, которую он способен поглощать. Вся эта энергия перераспределяется по молекуле вплоть до ее конца. Там находится атом европия, электроны которого под действием света переходят на один энергетический уровень вверх. Но непосредственно перед тем, как электроны осыпаются обратно и излучают свет, небольшое количество полученной ими энергии «отражается» обратно на антенну. С отдельными атомами европия такого бы не происходило, но ведь в этой молекуле есть массивный фрагмент, который «амортизирует» эту энергию и частично рассеивает ее. Из-за этой потери при возвращении электронов на обычный уровень излучается более низкоэнергетический свет.

Чем же на самом деле полезно такое смещение? Флуоресцирующие красители подобраны так, что в видимом свете европий кажется матовым, и это может усыпить внимание фальшивомонетчика, полагающего, что он в точности скопировал краситель. Но если пронести евробанкноту под специальным лазерным лучом, то лазер подсветит невидимые чернила. Сама бумага в этом лазере становится черной, но тонкие, произвольно расположенные волокна, начиненные европием, выступают на фоне бумаги как цветные созвездия. Контуры Европы, нанесенные на банкноту, сияют зеленым, как глаза пришельцев. Пастельный венец звезд приобретает красный или желтый ореол, а памятники, подписи и скрытые печати сияют васильковым. Банковские служащие отлавливают подделки, просто отбраковывая банкноты, на которых проявляются не все эти признаки.

Поэтому на каждой ассигнации фактически два рисунка: один мы видим днем, а второй, скрытый, вплетен в первую как вшитый код. Такой эффект крайне сложно воспроизвести без специального обучения, и красители на основе европия вместе с другими мерами безопасности делают евро самой хитроумно защищенной бумажной валютой из когда-либо существовавших. Разумеется, евробанкноты все равно кто-то пытается подделывать; пожалуй, эта беда неистребима до тех пор, пока не исчезнут наличные деньги. Но, если бы мы отметили в периодической системе все элементы, применявшиеся в борьбе против фальшивомонетчиков, европий был бы одним из самых драгоценных металлов.

Несмотря на постоянные попытки подделки денег, многие элементы использовались в качестве валюты на протяжении всей человеческой истории. Некоторые из них, например сурьма, оказались для этого неудобными. Другие элементы начинали играть роль денег в довольно мрачных обстоятельствах. Итальянский писатель и химик Примо Леви, работавший на лагерном химическом заводе в годы Второй мировой войны, стал воровать небольшие кусочки церия. При ударе церий легко высекает искру и является идеальной зажигалкой для сигарет. Леви отдавал эти кусочки свободным рабочим, меняя их на хлеб и суп. В концентрационный лагерь Леви попал довольно поздно, там чуть не умер от голода и начал свою меновую торговлю церием лишь в ноябре 1944 года. Позже он оценивал, что за эти импровизированные зажигалки он смог приобрести примерно двухмесячный паек, продлив себе жизнь до января 1945 года, когда узников лагеря освободили советские войска. Благодаря своим знаниям о церии он пережил Холокост и написал свою великолепную книгу «Периодическая система»[122].

Другие варианты использования элементов в качестве валюты кажутся менее прагматичными и более эксцентричными. Гленн Сиборг, увлеченный исследованиями тяжелых ядер, однажды предположил, что плутоний может стать новым золотом в финансовой системе мира, так как он незаменим в ядерной энергетике и военной промышленности. Вероятно, в насмешку над Сиборгом один писатель-фантаст предположил, что в условиях глобального капитализма удобнее всего чеканить монеты из радиоактивных отходов, поскольку такие деньги точно не будут задерживаться в карманах. И, конечно же, стоит случиться очередному экономическому кризису, как люди вновь заводят разговор о возвращении к золотому или серебряному стандарту. В большинстве стран бумажные ассигнации расценивались как эквивалент определенного количества золота или серебра, и любой мог обменять банкноты на драгоценный металл. Некоторые литературоведы считают, что в своей книге «Волшебник страны Оз», написанной в 1900 году, Лаймен Фрэнк Баум хотел подчеркнуть превосходство серебряного стандарта над золотым. Поэтому его героиня девочка Дороти носит серебряные, а не рубиновые туфельки и шагает ими по дороге из желтого кирпича к городу, зеленому, как американская валюта.

Пусть экономика на основе драгоценных металлов и кажется старомодной, ее сторонники в чем-то правы. Хотя металлы малоликвидны, рынки драгоценных металлов являются самыми стабильными и долгосрочными источниками богатства. Причем это касается далеко не только рынка золота или серебра. Из всех элементов, которые вы можете купить, самым дорогим является родий. Именно поэтому редакция Книги рекордов Гиннеса в 1979 году вручила бывшему музыканту группы «Битлз» Полу Маккартни родиевый диск – более драгоценный, чем платиновый. Таким образом, Маккартни был отмечен как самый коммерчески успешный музыкант всех времен и народов. Но никому не удавалось делать деньги из химического элемента так быстро и в таком количестве, как это сделал американский химик Чарльз Холл. Он воспользовался для этого алюминием.

С самого начала XIX века ряд блестящих химиков посвятили свою научную карьеру алюминию, и сейчас уже сложно судить, оправдан ли был такой выбор. Датский и немецкий химики почти одновременно выделили этот металл из глинозема около 1825 года[123]. Чистый алюминий красиво блестит, поэтому минералоги поначалу сочли его драгоценным металлом, подобным серебру или платине, и оценили в сотни долларов за унцию.