Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

щаяся в таблице атомных ядер. Систематическое изучение свойств огромного числа стабильных и радиоактивных ядер всех природных и искус­ственных изотопов приводит к очень важному выводу, что в атомном ядре существуют энерге­тические уровни, подобно тому как существуют энергетические уровни во внешних электрон­ных оболочках атомов.

Сопоставление самых разнообразных свойств изотопов, зависящих от атомного ядра, с чис­лом нейтронов или протонов, входящих в его состав, приводит к выводу, что в ядрах суще­ствуют нейтронные и протонные оболочки, что в строении атомных ядер существуют периоды так же, как существуют периоды в строении атомных оболочек. И если электронные оболоч­ки становятся особенно устойчивыми, когда они содержат 2 (гелий), 10 (неон), 18 (аргон), 36 (криптон), 54 (ксенон) и 86 (радон) электро­нов, то внутриядерные нейтронные и протон­ные оболочки становятся наиболее устойчивыми, когда в атомных ядрах содержится 2, 8, 20, 50, 82 и 126 нуклонов (протонов или нейтронов). Эти удивительные числа — они недаром полу­чили название магических чисел — определя­ют устойчивость атомных ядер и особую перио­дичность в изменении их физических свойств.

Изотопы с магическими числами протонов пли нейтронов обладают особенно высокой рас­пространенностью в природе, элементы с маги­ческим числом протонов обладают особенно боль­шим числом стабильных изотопов. Магические ядра наиболее устойчивы по отношению к захвату нейтронов при ядерных реакциях, они наиболее прочны, подобно тому, как наиболее прочны атомы благородных газов.

Все четыре цепочки радиоактивного рас­пада урана, актиния, тория и нептуния закан­чиваются на магических ядрах: 82Pb206, 82Pb207

82Pb208, 83Bi209.

С первого взгляда может показаться, что закономерность чередования четных и нечет­ных элементов нарушена у хлора (17), арго­на (18) и калия (19). Но это — результат про­явления «магических» свойств числа 20. Все ядра с двадцатью нейтронами устойчивы. Двад­цать протонов в ядре Са обеспечивают устойчи­вость шести изотопам.

Изучение таких свойств у атомных ядер, как магнитные свойства, абсолютная распро­страненность, дефект массы ядра, энергия связи, радиоактивность, показывает, что в них наблюдаются периодические измене­ния, периоды которых обусловлены нали­чием в некоторых ядрах магического числа

протонов или нейтронов. На этих устойчивых ядрах заканчиваются периоды в таблице атом­ных ядер, аналогично тому как в таблице хими­ческих элементов периоды заканчиваются на устойчивых атомах благородных газов. На на­чальном участке таблицы атомных ядер наме­чены три первых магических числа: 2, 8 и 20.

Рано еще говорить, что уже существует периодическая система атомных ядер, но вели­кий закон Менделеева о периодической зако­номерности в свойствах химических элементов явно оказывается справедливым не только для внешней электронной оболочки атома, но и для атомного ядра, так недавно еще недоступного исследователю. Это указывает на то, что возмож­ности, заключенные в периодическом законе, неисчерпаемы.

Можно быть уверенным, что в ближайшие годы будет создана периодическая система атомных ядер, будут вскрыты глубокие зако­номерности, связывающие свойства ядра с его количественными характеристиками и с его строением.

Сегодня периодическая таблица элементов служит химикам могучим оружием в борьбе за создание новых химических веществ с заранее заданными свойствами, нужными человеку. Подобно этому периодическая система атом­ных ядер для химика будущего станет первой ступенью на пути к осуществлению направ­ленного синтеза новых элементов с невидан­ными свойствами — тех, которые будут необхо­димы человеку будущего.

Глубоко проникла наука в тайны строения вещества. Человек знает, как построен атом и что происходит в звездах. Одним из наиболее общих законов познанного стал периодический закон химических элементов. Но мир неисчер­паем. И снова наука стоит у порога неведо­мого. Перед человеком открывается новая беспредельность неизвестного. Новые великие законы должны быть и будут познаны.

Творческий, тяжелый и благодарный труд исследователя, горечь ошибок, радость откры­тия и неисчерпаемые возможности овладеть но­выми, неведомыми, могучими силами природы достаются на вашу долю, читатели Детской энциклопедии. Будьте к этому готовы.

ХИМИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Но не ограничиваются ли роль и значение закона Менделеева только областью химии? Быть может, он важен и нужен только химикам?

344

Он помогает им познавать химические свой­ства вещества, дает возможность создавать новые соединения с удивительными свойствами. Но нужен ли он биологам, изучающим жизнь, и геологам, проникающим в глубь земного шара, и астрономам, открывающим тайны мироздания? Быть может, он их мало интересует, чужд им, далек так же, как далеки пробирки и колбы в лаборатории химика от сияющей на небосводе звезды? Нет, это не так.

Великий периодический закон имеет гро­мадное значение в самых различных областях знания. Совершенно ясно, что периодический за­кон необходим школьнику, только начинающему изучать химию. А если седовласый академик перестал заглядывать в таблицу Менделе­ева, то это просто потому, что он давно ее зна­ет наизусть.

Химия Земли

Для геологов, исследующих нашу планету, наиболее важно знать самые общие законы, определяющие поведение вещества на поверх­ности земной коры, в ее толщах и в глубинах земного шара. Геолог не может искать вслепую. Он заранее должен знать, где он может найти железо, где — уран, где — фосфор, где — ка­лий. Он должен знать, какие условия создают на Земле залежи углерода: где надо искать уголь, где — графит и где — алмазы. Геологу нужно знать, какие элементы сопутствуют друг другу в земной коре, он должен знать законы образования совместных месторождений раз­личных элементов.

В сложных, грандиозных химических про­цессах, протекавших в земной коре и на ее по­верхности сотни миллионов лет, продолжаю­щихся и в наши дни, сходные своим положе­нием в периодической системе элементы обладают сходной геохимической судьбой. Это позволяет геохимикам проследить их движение в земной коре и выяснить законы, распределяющие их на поверхности Земли.

Геохимическое поведение различных эле­ментов определяется прежде всего строением внешних электронных оболочек в их атомах, размерами атомов и соответствующих ионов. Элементы с завершенными внешними электрон­ными оболочками (благородные газы) су­ществуют только в атмосфере; они не вступают в природных условиях в химические соеди­нения. Даже гелий и радон, образующиеся при радиоактивном распаде, не захватыва­ются полностью горными породами, а непрерывно поступают из них в атмосферу. Редкие земли, стоящие в одной клетке таблицы, встре­чаются в природе почти всегда вместе. В одних и тех же рудах всегда присутствуют совместно и цирконий, и гафний.

Геологи хорошо знают, что осмий и ири­дий нужно искать там же, где и платину. В периодической таблице Менделеева они стоят вместе в восьмой группе и так же неразлучны в природе. Месторождения никеля и кобальта сопутствуют железу, и в таблице они в одной группе и в одном периоде.

Основная толща земной коры состоит из немногих минералов; все это — химические соединения элементов, расположенных глав­ным образом в коротких периодах и в начале и в конце каждого из длинных периодов табли­цы. Причем преобладают среди них легкие эле­менты с малыми порядковыми числами. Эти элементы составляют основную массу силикат­ных горных пород.

Элементы, стоящие в периодической систе­ме в середине длинных периодов, образуют рудные, чаще всего сульфидные, месторожде-

Соотношение содержания железа, кобальта и никеля на Земле (слева) и в метеоритах (справа) почти одинаковое.

345