Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин

84. Полоний

Полоний, элемент № 84, был открыт супругами Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри. Об открытии они впервые сообщили 18 июля 1898 года на заседании Парижской академии наук. Элемент был назван в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши, что в определённой степени можно было считать фрондой — на момент открытия Царство Польское входило в состав Российской Империи, с 1887 года в официальных имперских документах и газетах Польшу предпочитают называть «губернии Привислинского края», а с 1897 года топоним «Польша» или «Царство Польское» разрешается применять только в особых случаях, главным образом при полном именовании титула Императора Российской Империи.

Открытию полония предшествовало открытие рентгеновских лучей (ноябрь 1895 года) и излучения, испускаемого урановыми рудами (это открытие в феврале 1896 года сделал Антуан Анри Беккерель). Во время совместной работы супругов Кюри с Беккерелем в Париже Мари предлагает термин «радиоактивность» и исследователи начинают изучать этот феномен. Со временем Кюри и Беккерель приходят к выводу о том, что радиация указывает на разрушение атомов (кстати, именно этот аспект радиации практически и не принял Дмитрий Иванович, считавший атомы нерушимыми). Изучение радиации и того, как разрушаются атомы, в конечном итоге позволило понять то, из чего атомы состоят, в конечном итоге приблизив объяснение Периодического закона. Именно за открытие и изучение радиации Кюри и Беккерель получили Нобелевскую Премию по физике в 1903 году.

Открытие полония не было тривиальной задачей — Кюри и Беккерель вообще были первыми, кто работал с радиоактивными материалами, и советов спрашивать им было не у кого. Им показалось, что интенсивность радиации урановой смолки нельзя было приписать только урану (интенсивность радиации была слишком большая), и исследователи решили найти в руде дополнительные источники радиации. Исследователи работали с рудой, из которой был отделен весь уран, из нескольких тонн вручную были выделены крошечные количества полония. Даже после удаления полония радиоактивность породы сохранилась и уже в декабре 1898 года был выделен еще один радиоактивный элемент — радий. Первый образец полония, содержащий 0.1 мг этого элемента, был выделен в 1910 году, а в 1911 году Мари Кюри получила вторую Нобелевскую Премию по химии — за открытие полония и радия (Пьер Кюри в 1906 году погиб в результате дорожно-транспортного происшествия). Мари Склодовская Кюри стала первым учёным, получившим две Нобелевские премии, и до сих пор остается единственной женщиной — дважды Нобелевским лауреатом.

Радионуклиды полония входят в состав естественных радиоактивных рядов. Встречающийся в урановых рудах ²¹⁰Ро (самый долгоживущий из изотопов полония, его период полураспада составляет 138 суток) и сейчас входит в состав урановых руд в крайне незначительных количествах — на тонну урановой руды содержится в среднем 100 микрограмм. Этот радионуклид, как и другие изотопы с массовыми числами 211, 212, 214, 215, 216 и 218 распадаются с образованием нуклида свинца ²⁰⁸Pb, существуя крайне недолго — их период полураспада исчисляется секундами или даже наносекундами. Из-за этого применяющийся на практике полоний ²¹⁰Ро не извлекают из руд, а синтезируют из висмута. Почти нерадиоактивный висмут ²⁰⁹Bi (см. предыдущую статью) в результате облучения нейтронами превращают в ²¹⁰Bi, который затем самопроизвольно распадается до ²¹⁰Ро.

Сплавы полония с бериллием и бором применяются в компактных и мощных нейтронных источников, практически не создающих γ-излучения, однако отличающихся малым временем жизни, а сплавы этого металла со свинцом или иттрием применяются в компактных источниках тепла для автономных космических установок. И еще одно применение полония — ионизация воздуха, необходимая для борьбы со статическим электричеством при обращении с особо чувствительной аппаратурой.

85. Астат

Астат стал вторым в истории человечества синтезированным химическим элементом — его получили через три года после того, как технеций был получен Карло Перрье и Эмилио Сегре в Университете Палермо.

Летом 1940 года Сегре проводил исследования на циклотронном ускорителе частиц в Университете Калифорнии в Беркли, куда прибыл на стажировку. Во время стажировки Сегре в Европе уже шла война и, желая угодить своему союзнику, Бенито Муссолини предложил принять ряд антисемитских законов, например, запретить евреям занимать преподавательские и исследовательские должности в университетах, что и было принято правительством. Узнав по это Сегре не вернулся со стажировки, остался в США и вместе с Дейлом Корсоном и Кеннетом МакКензи принял участие в открытии а точнее синтезе элемента, который исследователи назвали астатом — от греческого слова «астатос» — неустойчивый (англоязычная традиция предписывает использовать в названии галогенов суффикс «ine» — chlorine, а, поскольку астат был получен в стране, где английский язык является государственным, исследователи дали ему название astatine; поскольку при заимствовании многие научные термины в русском языке сначала принимались переводом-калькой или аллитерацией, до 1962 года в СССР элемент № 85 называли «астатином»).

Для получения астата Сегре, Корсон и МакКензи бомбардировали фольгу из висмута потоком α-частиц (ядер атомов гелия ⁴Не) и получили нуклид ²¹¹At, период полураспада которого составлял около 7.2 часов, но официально в Периодической системе астат появился уже в 1946 году — Сегре пригласили возглавить одну из групп, работавших над Манхэттенском, и к работе над астатом Сегре с коллегами вернулся уже после окончания Второй Мировой войны, после войны исследователи и предложили название «астат». В очень незначительных количествах астат встречается в природе — он образуется на нескольких побочных маршрутах распада урана. По оценкам, в поверхностном слое земной коры толщиной в километр содержится всего 50 мг астата, что с полным правом позволяет назвать астат самым редким элементом на Земле.

Астат — наименее активный из всех галогенов — тенденции изменений свойств элементов говорят о том, что сверху вниз металлические свойства элемента увеличиваются). Недавно проведённые квантовохимические даже показали, что в твёрдом состоянии астат состоит не из молекул At₂, а образует металлический кристалл (Phys. Rev. Lett. 2003, 111, 11, 116404), в отличие от остальных галогенов, образующих молекулярные кристаллы из молекул Hal₂. В реакции с водородом астат дает астатоводород (HAt), водный раствор которого, как и водные растворы других галогеноводородов, представляют собой кислоту, однако поскольку электроотрицательность астата и водорода практически равны, в водных растворах астатоводорода наблюдаются не только анионы At^—, но и катионы At⁺. Кристаллы астата (хотя их и не удаётся получить в большом количестве) похожи на кристаллы йода, но темнее. Известно около сорока изотопов астата, все они радиоактивны. Самые устойчивые изотопы (от ²⁰⁷At до ²¹¹At) имеют период полураспада больше часа, у самого долгоживущего (²¹⁰At) из них период полураспада равен восьми часам. Можно подумать, что от столь редкого и нестабильного элемента ждать пользы бессмысленно, но это не так — нуклид ²¹¹At, может оказаться полезным для лечения некоторых типов рака.