Как там у вас, на Бета-Лире? - Юрий Фиалков

В проблеме четных и нечетных самое впечатляющее, пожалуй, — это распространенность так называемых редкоземельных элементов: пятнадцати близнецов с порядковыми номерами от 57-го до 71-го, которые тем не менее занимают и таблице Менделеева… одну клетку[1]. Эти редкоземельные элементы, почти неразличимые по всем химическим и очень многим физическим свойствам, практически всегда присутствующие в месторождениях и минералах вместе, «всей компанией», эти неразлучные элементы-близнецы, оказывается, не равны перед природой по величинам их распространенности в земной коре. Правило, которое здесь соблюдается так строго, что его впору возвести в ранг закона, гласит: любой из четных редкоземельных элементов встречается в земной коре в количествах, значительно превосходящих своих нечетных соседей. Исключений не наблюдается ни в одном — ни в одном! — случае. Этот пример достаточно ясно показывает, что не химические свойства, вернее, не только они определяют распространенность элементов.

Итак, четным элементам, и это мы установили бесспорно, живется куда вольготнее, чем их нечетным собратьям. Но даже среди «зажиточных» четных элементов выделяются по своей распространенности элементы-гиганты: кислород, кремний, кальций, железо.

Не может быть, чтобы этих великанов не объединяло что-нибудь общее! У нас с вами достанет юмора, чтобы не сопоставлять цвет, запах или вкус этих элементов. Да и то сказать — медные дверные ручки, на вкус которых часто ссылаются герои юмористических рассказов, в действительности никаким вкусом, как и подавляющее большинство металлов, не обладают…

Но что же тогда сопоставлять? Атомный номер? Но с ним мы уже имели дело. Другую основную характеристику элемента — атомную массу? Попробуем… Выписываем атомные массы элементов-гигантов: 16, 28, 40, 56. Что общего у этих чисел? Разве только то, что все они без остатка делятся на 4.

Случайность? Но случайно можно разве только с приятелем в кино встретиться. Да и то, если разобраться, случайности в этой встрече не так уж много, потому что оба прогуливали один и тот же урок… Нет, делимость на 4 выплыла здесь не случайно! Впрочем, сейчас на этом обстоятельстве, которое для читателя носит пока что чисто арифметический оттенок, останавливаться не будем, но запомнить его прошу.

Хотя желаемая четкая закономерность распространенности химического элемента в зависимости от порядкового номера отсутствует, но четкая тенденция несомненна: с повышением порядкового номера распространенность химических элементов все же уменьшается. Выходит, были мы правы тогда, когда утверждали, что повышение порядкового номера должно вести к уменьшению содержания элемента в земной коре. Но только тогда мы хотели вывести это правило методом кавалерийского наскока, который хорош в маневренной войне, но почти всегда бесплоден в науке — она, наука, чаще и успешнее пользуется методом планомерной осады. Как видим, разобравшись в исключениях из этого правила и уяснив некоторые важные обстоятельства, мы пришли к правильной картине, которая оказалась не такой простой, как нам хотелось бы, но, в общем, достаточно выразительной.

Итак, чем сложнее ядро атома химического элемента, тем этого элемента в земной коре меньше. Как утверждают врачи, у худых больше шансов стать долгожителями, чем у тучных. Не случайно расчетливые американские страховые компании берут с толстяков гораздо большую сумму страховки, чем с их поджарых однолетков.

Сформулировав хотя и приблизительное, но для первой прикидки удовлетворительное правило распространенности химических элементов, можем с известным удовлетворением подвести итоги нашей работы. Мы установили, какие элементы распространены в земной коре более других. Определили, какие признаки присущи этим наиболее распространенным элементам. Нашли, что между распространенностью элемента, его порядковым номером и массовым числом существует несомненная связь.

Замечу сразу, что это не так уж мало. Найти бесспорный факт для ученого значит не меньше, чем для домашней хозяйки купить доброкачественные продукты, ибо без доброкачественных овощей не сварить хорошего супа, а без достоверных фактов не создать хорошей теории. Поэтому имеются все основания для хорошего настроения.

Однако того удовлетворения, на которое можно было рассчитывать, согласитесь, мы не ощущаем. Потому что мы нашли ответ лишь на вопросы «как», «каким образом». Но вот почему четные элементы природе более любы, чем нечетные? Почему распространенность элемента уменьшается с увеличением его атомного номера? Почему элементы-гиганты имеют атомную массу, кратную четырем?

Но — и от этого никуда не деться — ответы на вопросы, начинающиеся с «почему», в науке ценятся гораздо выше, чем ответы на вопросы, начинающиеся с «как». Именно поэтому я не могу сказать, что в проблеме распространенности химических элементов мы проделали хотя бы половину работы. Если не все, то, во всяком случае, очень многое еще впереди.

Делись на 4 без остатка…

Об избытке производимой в наше время научной информации говорят нынче все. Действительно, информации становится многовато. И, несомненно, часть ее избыточна, а стало быть, вредна.

Проблема избыточной информации уже успела выплеснуться на страницы научно-популярной, научно-художественной, а подчас и просто художественной периодики. А недавно в одной из статей некий журналист-максималист с категоричностью, выдающей его молодость, предложил упразднить… названия химических элементов:

«Разве, говоря о химических элементах и их соединениях, не достаточно ограничиться указанием на порядковый номер химического элемента? Разве, отметив, что речь идет, например, об элементе № 8, мы тем самым однозначно не определили, что это кислород? Зачем же эта возня с названиями? Тем более, что вредный обычай присваивать химическим элементам названия подчас приводит к размолвкам в среде ученых. Вот я и предлагаю: давайте оставим за химическими элементами только номера, упразднив названия. Право, информации в выражении «соединение элемента № 11 с элементом № 17» ничуть не меньше, чем в выражении «хлористый натрий».

Наш журналист, в общем, не очень оригинален. Пишут, что в Нью-Йорке подавляющее большинство улиц обозначается номерами. Что ж, давайте перенесем этот обычай к нам, и тогда в погожий весенний вечер юноша, стоя с любимой на улице 13 угол 26-й, будет ей жарко нашептывать:

«Моя дорогая, любимая! Люблю тебя безумно!»

И услышит в ответ:

«Зачем столько лишних слов? Сказав «люблю», зачем еще говорить «любимая»? И потом, если «любимая», то, следовательно, и «дорогая» — к чему же повторения?! А «безумно» — тут не только избыточная, но и вовсе неверная информация, ведь ты в здравом уме. Если же считать, что… Но куда же ты, Миша?»

Да, не всегда избыточная информация — лишняя…

И тем не менее здравый смысл в заключениях автора есть.

Порядковый номер действительно полностью определяет, о каком химическом элементе идет речь. Уточним: важно здесь то, что, как известно всем, порядковый номер соответствует числу протонов в ядре атома химического элемента. Сказав: «атомное ядро этого элемента содержит 17 протонов», мы тем самым дали понять, что речь идет о хлоре, потому что у хлора, и только у него, в ядре атома насчитывается 17 протонов; ибо 16 протонов — это ядро атома серы, а 18 — аргона.

Сведения о числе протонов в атомном ядре не представляют сколько-нибудь явной информации о массовом числе элемента. В ядре, в состав которого входит 17 протонов, может содержаться еще, например, 18 нейтронов, а может быть, и все 20. Разница большая!

В первом случае элемент будет иметь атомную массу 35, а во втором — 37. Кстати, а какую атомную массу имеет хлор, ведь речь идет именно о нем? Таблица свидетельствует, что атомная масса этого элемента равная 35,46.

Эта обескураживающая дробность могла бы навести на мысль, что в ядре атома хлора содержится 18,46 нейтрона. Но, во-первых, мы знаем, что нейтрон и пополам-то разделить нельзя, не то что на сотые доли. А во-вторых, к чему притворное удивление — и так всем известно, в чем дело. Природный хлор состоит из двух изотопов: хлор-35 (тот, у которого в ядре атома 18 нейтронов) и хлор-37 (тот, у которого в ядре атома 20 нейтронов). Соотношение же между хлором-35 и хлором-37 таково, что приводит к средней атомной массе 35,5. Кстати, каждый пятиклассник, знакомый с правилом пропорций, может подсчитать, исходя из средней атомной массы хлора, что в природных соединениях этого элемента содержится 75,5 % хлора-35 и, стало быть, 24,5 % хлора-37.

Вряд ли стоит напоминать, что количество протонов в атомном ядре полностью определяет строение электронной оболочки и, следовательно, химические свойства элемента. Таким образом, в химическом отношении разные изотопы одного элемента неразличимы.