Читать книгу "Таблица Менделеева. Элементы уже близко - Аркадий Искандерович Курамшин"

и перспектив для исследования. Конечно же, сейчас химики изучают свойства урана не ради соединений с яркими цветами, а из-за того, чтобы понять, как лучше разбираться с радиоактивными отходами – концентрировать уран и получать соединения, из которых он не мог бы попадать в окружающую среду. В земной коре же и в большинстве известных соединений уран присутствует в форме уранил-катиона UO22+, образующего хорошо растворимые соединения, которые нежелательно использовать для связывания урана из отработанного ядерного топлива (ОЯТ) – соли уранил-катиона могут медленно «вымываться» водой из захоронений отходов ядерной энергетики. На настоящий момент проблему ОЯТ решают, инкапсулируя соединения элементов из нераспавшегося ядерного топлива в прочную керамику, которая, однако, в тысячелетней и более перспективе может разрушаться из-за распада входящих в нее радиоактивных компонентов и нарушения структуры кристаллической решетки керамики.

Однако уран больше знаком большинству людей не по химическим свойствам и окрашенным соединениям, а как ядерное топливо. Если брать гражданскую сторону атомной энергетики (с военной всё ясно и так), отношение людей к атомным электростанциям неоднозначное. С одной стороны, рассуждая рационально, понятно, что атомные электростанции практически ничего не выбрасывают в окружающую среду, работая в замкнутом контуре, а с другой – печальный опыт аварий на Три-Майл-Айленде, в Чернобыле и Фукусиме не всегда позволяет рассуждать рационально. Для получения топлива для АЭС природный уран, который в основном представлен нуклидом 238U, обогащают – выделяют из него 235U, содержание которого в природном уране всего 0,7 %. Оставшийся после обогащения уран (так называемый обеднённый уран) содержит около 0,2 % 235U. Обеднённый уран на 40% менее радиоактивен, чем природный материал, и именно его применяют для химических экспериментов в лаборатории (химические свойства различных изотопов химических элементов не различаются, и «рецепты», полученные для 238U, можно будет использовать и для связывания 235U).

Высокая плотность урана позволяет применять его для деталей, которым нужна высокая прочность, например для изготовления киля морских судов, и наоборот – для бронебойных боеприпасов. Радиации от обеднённого урана, который распадается с выделением α-частиц, обладающих малой длиной пробега, следует опасаться, но ещё в большей степени опасна химическая токсичность урана, сравнимая с токсичностью ртути или свинца, – большей части ветеранов войн в Персидском заливе, имевших дело с боеприпасами из обеднённого урана и обратившихся к врачам в связи с ухудшением состояния здоровья, было продиагностировано не радиационное поражение, а химическое отравление.

Однако все же не стоит считать уран чем-то демоническим, несущим только тревогу и боль. Атомные электростанции вырабатывают около 17% мировой электроэнергии, согревая дома. Уран согревает и Землю – предполагается, что внутреннее тепло Земли, обеспечивающее существование расплавленной мантии, обеспечивается распадом урана и тория.

И еще одно, возможно, неожиданное для многих применение хрусталя – в конце XIX – начале XX века производители стекла получали особый «урановый хрусталь», добавляя к смеси для выплавки стекла неорганические производные урана, главным образом его оксиды.

При обычном дневном освещении урановый хрусталь и изделия из него выглядели желтовато-зелёными, а вот при облучении УФ-светом из-за способности производных урана к флуоресценции начинали светиться ярко-зеленым светом. Урана в стекло добавляли мало, посуда из уранового хрусталя считалась (и на самом деле являлась) не более опасной, чем посуда из хрусталя обычного (того, который со свинцом – сервировать и есть пищу можно, а вот использовать для ее длительного хранения – не стоит).

С 1943 года уран стал стратегическим сырьем, на такую ерунду, как посуда, тратить его было запрещено. К 1958 году стало понятно, что обедненный (не используемый для получения атомной энергии) уран точно так же можно использовать для получения не менее красивого стекла, но к тому времени популярность уранового хрусталя упала, а радиофобия возросла, поэтому такое стекло больше не производится, а изделия из него остались только в музеях и частных коллекциях. Единственное, когда может быть опасен урановый хрусталь, – когда его кусочки входят в состав браслета или бус – вот тут-то при длительном контакте такой красивой стекляшки с кожей поток α-частиц может стать причиной радиационного ожога.

93. Нептуний

Тем, кто хоть немного осведомлен об атомной энергетике, известны элементы уран и плутоний, названные в честь седьмой и девятой планет Солнечной системы (плутоний был открыт задолго до 2006 года, когда Плутон потерял статус планеты и полноценных планет у нас в системе осталось восемь). Восьмая планета Солнечной системы, располагающаяся между небесными телами Уран и Плутон, – планета Нептун, а между ураном и плутонием в клетке с номером 93 находится нептуний.

В июне 1940 года американские физики Эдвин Макмиллан и Филип Абельсон, работавшие в Радиационной лаборатории в Беркли, опубликовали статью, описывающую процессы, протекающие при бомбардировке урана нейтронами в циклотроне. Удивительно, но опубликованная в открытой печати статья учёных из Беркли говорила о том, как преодолеть главные препятствия на пути к созданию атомного оружия. Статья была опубликована, когда «урановую бомбу» пытались создать по обе стороны Атлантического океана.

В опубликованной статье описывалось, что поглощение нуклидом 238U медленного нейтрона в реакторе приводило к образованию неустойчивого 239U. Последний разрушался по схеме β-распада – превращение нейтрона в пару протон—электрон. Результатом реакции, обнаруженной Макмилланом и Абельсоном, являлось образование нового элемента, который ранее не наблюдался в природе, – он и получил название «нептуний». При этом 239Np тоже неустойчив и подвергается очередному этапу β-распада, в результате чего образуется ядро плутония 239Pu. Плутоний стал материалом для одной из первых в истории атомной бомбы.

Элемент, получившийся в результате экспериментов Макмиллана и Абельсона, на самом деле был уже третьей попыткой назвать элемент нептунием. В 1877 году немецкий химик Ганс Рудольф Герман посчитал, что обнаружил в руде танталита новый элемент и назвал его нептунием. В 1886 году еще один немецкий химик, Клеменс Винклер, открыв то, что мы сейчас называем германием, первоначально хотел назвать этот элемент нептунием, но тогда еще не было понятно, что Герман ошибся, и название было занято. К 1940 году стало понятно, что Герман ошибся, название вновь высвободилось, и нептуний занял свое окончательное место в Периодической системе.

Нептуний, как и его соседи по семейству актиноидов, – серебристый металл. Наиболее устойчив нуклид нептуния 237Np, его период полураспада больше двух миллионов лет, и именно этот тип нептуния образуется в результате «горения» топлива в атомных электростанциях. Получившийся в экспериментах Макмиллана и Абельсона 237Np характеризовался периодом полураспада чуть более двух суток.