Povijest alkemije uglavnom je povijest pronalaženja načina da se olovo ili živa pretvore u zlato. O stvarnom kemijska otkrića, što su alkemičari srednjeg vijeka radili na tom putu, često su govorili ležerno, bez puno pažnje. Glavna stvar koju su tražili bio je Magisterij (poznat i kao crvena tinktura, lijek za život, eliksir života, kamen mudraca) - određena tvar, reagens koji bi omogućio dobivanje plemenitih iz bazni metali.
Ne zna se pouzdano je li itko uspio kemijskom reakcijom dobiti zlato iz žive i olova, iako o tome još uvijek postoje mnoge legende. No, sredinom 20. stoljeća skupina američkih fizičara uspjela je iz žive dobiti malu količinu stabilnog izotopa zlata – ali samo pomoću nuklearne fizike. Transformacija metala, poznata i kao transmutacija, pokazala se mogućom!
Priča je počela 1940. Tada su se u nekoliko laboratorija diljem svijeta počeli provoditi pokusi bombardiranja žive, koja je u Mendeljejevom periodnom sustavu susjedna zlatu, brzim neutronima. Prve uspješne rezultate pokusa objavili su u travnju 1941. na sastanku američkih fizičara u Nashvilleu harvardski znanstvenici A. Sherr i K. T. Bainbridge.
Uspjeli su dobiti tri izotopa zlata s masenim brojevima 198, 199 i 200. Ali oni nisu bili stabilni i ponovno su se pretvorili u živu u razdoblju od nekoliko sati do nekoliko dana.
Bio je potreban način da se dobije prirodni izotop - zlato-197. Tim putem, iako ne namjerno, krenuli su djelatnici laboratorija profesora Arthura Dempstera - fizičari Ingram, Hess i Haydn. (Arthur Dempster poznat je po tome što je stvorio prvi moderni maseni spektrometar i otkrio, zajedno s F. Astonom, rekordan broj izotopa kemijskih elemenata).
U ožujku 1947. ova skupina znanstvenika, proučavajući proces hvatanja neutrona atomskim jezgrama, uspjela je dobiti željeno zlato-197 kao nusprodukt. "Izvađen" je iz 100 miligrama žive-196 ozračivanjem umjerenim neutronima u nuklearnom reaktoru.
Prinos stabilnog zlata bio je samo 35 µg. To je, prema znanstvenim standardima, prilično opipljiva količina umjetnog zlata. Publikacija o otkriću objavljena je u časopisu Physical Review. Ali šira javnost, naravno, nije primijetila članak pod naslovom “Efektivni presjeci za hvatanje neutrona izotopima žive”.
No, 1949. izvjesni “žuti” novinar objavio je članak o početku proizvodnje zlata u nuklearnim reaktorima. Rezultat objave bila je panika na francuskim burzama, što je dovelo do kolapsa cijena zlata. Panika je prestala tek 1950. godine, kada je časopis Atoms objavio članak "Transmutacija žive u zlato", u kojem je objavljeno da su troškovi proizvodnje umjetnog zlata iz žive višestruko veći od troškova vađenja prirodnog zlata iz najsjemenija zlatna ruda.
35 mikrograma umjetnog zlata još uvijek se čuva u Chicagu – u Muzeju znanosti i industrije. Od tada se nitko nije ozbiljno bavio proizvodnjom zlata 197 iz baznih metala niti pokušao smanjiti cijenu tehnologije.
U 21. stoljeću iz žive 198 dobiva se nestabilno radioaktivno zlato-198, koje se koristi kao lijek za dobivanje radiografija organa ljudskog tijela (umjesto X-zraka) i za liječenje kancerogenih tumora. Ispostavilo se da atomi takvog zlata rade poput malih rendgenskih cijevi i ubijaju stanice raka u strogo određenom području tijela.
A u 21. stoljeću cvjeta "obrnuta alkemija". Iz zlata se, primjerice, dobivaju izotopi znanstveno vrijednih elemenata francija i astatina koji jednostavno ne postoje u prirodi.
Fotografija: “Goden eggs in carton” (corbisimages.com/photographer/bevis-boobacca), Arthur Dempster (Američki institut za fiziku)
Poravnanje teksta u HTML-u, tekst centriran, desno od stranice
Pažnja! Popusti traju od 1 do nekoliko dana. Provjerite uvjete popusta.
Zlato proizvedeno u nuklearnom reaktoru
Godine 1935. američki fizičar Arthur Dempster uspio je izvesti maseno spektrografsko određivanje izotopa sadržan u prirodnom uranu. Tijekom pokusa Dempster je proučavao i izotopski sastav zlata i otkrio samo jedan izotop - zlato-197. Nije bilo naznaka o postojanju zlata-199. Neki su znanstvenici pretpostavili da teški izotop zlata mora postojati, budući da je zlatu u to vrijeme pripisana relativna atomska masa od 197,2. Međutim, zlato je monoizotopni element. Stoga oni koji žele umjetno dobiti ovaj željeni plemeniti metal moraju usmjeriti sve napore na sintezu jedinog stabilnog izotopa - zlata-197.
Vijesti o uspješnim eksperimentima u proizvodnji umjetnog zlata uvijek su izazivale zabrinutost u financijskim i vladajućim krugovima. Tako je bilo u doba rimskih vladara, a tako je i sada. Stoga ne čudi što je suhoparno izvješće o istraživanju Nacionalnog laboratorija u Chicagu grupe profesora Dempstera nedavno izazvalo uzbuđenje u kapitalističkom financijskom svijetu: u nuklearnom reaktoru iz žive se može dobiti zlato! Ovo je najnoviji i uvjerljiv slučaj alkemijske transformacije.
To je počelo davne 1940. godine, kada su u nekim laboratorijima nuklearne fizike počeli bombardirati elemente koji su susjedni zlatu - živu i platinu - brzim neutronima dobivenim pomoću ciklotrona. Na sastanku američkih fizičara u Nashvilleu u travnju 1941. A. Sherr i K. T. Bainbridge sa Sveučilišta Harvard izvijestili su o uspješnim rezultatima takvih eksperimenata. Poslali su ubrzane deuterone na litijevu metu i dobili struju brzih neutrona, koji su korišteni za bombardiranje jezgri žive. Kao rezultat nuklearne transformacije, dobiveno je zlato!
Tri nova izotopa s masenim brojevima 198, 199 i 200. Međutim, ti izotopi nisu bili tako stabilni kao prirodni izotop zlata-197. Emitirajući beta zrake, oni su se nakon nekoliko sati ili dana opet pretvarali u stabilne izotope žive s masenim brojevima 198, 199 i 200. Stoga moderni pristaše alkemije nisu imali razloga za veselje. Zlato koje se ponovno pretvara u živu je bezvrijedno: to je varljivo zlato. Međutim, znanstvenici su se radovali uspješnoj transformaciji elemenata. Mogli su proširiti svoje znanje o umjetnim izotopima zlata.
Osnova "transmutacije" koju su proveli Sherr i Bainbridge je tzv. n, str) -reakcija: jezgra atoma žive apsorbira neutron n, pretvara se u izotop zlata i oslobađa proton R.
Prirodna živa sadrži sedam izotopa različite količine: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) i 204 (6,85%). Budući da su Sherr i Bainbridge pronašli izotope zlata s masenim brojevima 198, 199 i 200, mora se pretpostaviti da je potonji nastao iz izotopa žive s istim masenim brojevima. Na primjer:
198 Hg+ n= 198 Au + R
Ova pretpostavka se čini opravdanom - uostalom, ti su izotopi žive prilično česti.
Vjerojatnost nastanka bilo koje nuklearne reakcije određena je prvenstveno tzv učinkovit presjek zahvata atomske jezgre u odnosu na odgovarajuću bombardirajuću česticu. Stoga su suradnici profesora Dempstera, fizičari Ingram, Hess i Haydn, pokušali točno odrediti efektivni presjek hvatanja neutrona prirodnim izotopima žive. U ožujku 1947. uspjeli su pokazati da izotopi s masenim brojevima 196 i 199 imaju najveće presjeke hvatanja neutrona i stoga imaju najveću vjerojatnost da postanu zlato. Kao "nusprodukt" svoje eksperimentalno istraživanje dobili su... zlato! Točno 35 mcg, dobiveno iz 100 mg žive nakon ozračivanja umjerenim neutronima u nuklearnom reaktoru. To iznosi iskorištenje od 0,035%, međutim, ako se pronađena količina zlata pripiše samo živi-196, tada će se dobiti čvrsti prinos od 24%, budući da zlato-197 nastaje samo iz izotopa žive s maseni broj 196.
Kod brzih neutrona često se javljaju ( n, R) reakcije, a sa sporim neutronima - uglavnom ( n, γ)-transformacije. Zlato koje su otkrili Dempsterovi zaposlenici formirano je na sljedeći način:
196 Hg+ n= 197 Hg* + γ
197 Hg* + e- = 197 Au
Nestabilna živa-197 nastala postupkom (n, γ) pretvara se u stabilno zlato-197 kao rezultat K-hvatanje (elektrona iz K-ljuske vlastitog atoma).
Tako su Ingram, Hess i Haydn sintetizirali značajne količine umjetnog zlata u atomskom reaktoru! Unatoč tome, njihova "sinteza zlata" nikoga nije uznemirila, jer su za nju saznali samo znanstvenici koji su pažljivo pratili objave u Physical Reviewu. Izvješće je bilo kratko i vjerojatno mnogima nedovoljno zanimljivo zbog besmislenog naslova: “Neutronski presjeci za izotope žive” ( Efektivni presjeci hvatanja neutrona za izotope žive).
No, slučajno je dvije godine kasnije, 1949., jedan pretjerano revni novinar pokupio tu čisto znanstvenu poruku i u tržišnom bučnom maniru u svjetskom tisku objavio proizvodnju zlata u nuklearnom reaktoru. Nakon toga u Francuskoj je nastala velika zabuna pri kotiranju zlata na burzi. Činilo se da se događaji razvijaju upravo onako kako je zamislio Rudolf Daumann, koji je u svom znanstvenofantastičnom romanu predvidio “kraj zlata”.
Međutim, umjetno zlato proizvedeno u nuklearnom reaktoru samo je pričekalo. Nije bilo šanse da preplavi tržišta svijeta. Usput, profesor Dempster nije sumnjao u to. Postupno se francusko tržište kapitala ponovno smirilo. To nije najmanja zasluga francuskog časopisa "Atoms", koji je u broju od siječnja 1950. objavio članak: "La transmutation du mercure en or" ( Transmutacija žive u zlato).
Iako je časopis načelno priznavao mogućnost proizvodnje zlata iz žive nuklearnom reakcijom, uvjeravao je svoje čitatelje sljedeće: cijena takvog umjetnog plemenitog metala bila bi višestruko veća od prirodnog zlata iskopanog iz najsiromašnijih ruda zlata!
Zaposlenici Dempstera nisu si mogli uskratiti zadovoljstvo dobivanja određene količine takvog umjetnog zlata u reaktoru. Od tada, ovaj maleni neobični izložak krasi čikaški Muzej znanosti i industrije. Ovoj se rijetkosti - dokazu umjetnosti "alkemičara" u atomskom dobu - moglo diviti tijekom Ženevske konferencije u kolovozu 1955. godine.
Sa stajališta nuklearne fizike, moguće je nekoliko transformacija atoma u zlato. Napokon ćemo otkriti tajnu kamena mudraca i reći vam kako napraviti zlato. Istaknimo da je jedini mogući način transformacija jezgri. Svi drugi recepti klasične alkemije koji su došli do nas su bezvrijedni, vode samo u obmanu.
Stabilno zlato, 197Au, moglo bi se proizvesti radioaktivnim raspadom određenih izotopa susjednih elemenata. Tome nas uči i tzv. karta nuklida na kojoj su prikazani svi poznati izotopi i mogući pravci njihovog raspada. Dakle, zlato-197 nastaje iz žive-197, koja emitira beta zrake, ili iz takve žive K-hvatanjem. Također bi bilo moguće napraviti zlato od talija-201 kada bi ovaj izotop emitirao alfa zrake. Međutim, to se ne poštuje. Kako se može dobiti izotop žive masenog broja 197 koji ne postoji u prirodi? Čisto teoretski, može se dobiti iz talija-197, a potonji iz olova-197. Oba nuklida se spontano transformiraju u živu-197 i talij-197, redom, uz hvatanje elektrona. U praksi bi to bila jedina, doduše samo teoretska, mogućnost proizvodnje zlata od olova. Međutim, olovo-197 je također samo umjetni izotop, koji se prvo mora dobiti nuklearnom reakcijom. Neće raditi s prirodnim olovom.
Izotopi platine 197Pt i žive 197Hg također se dobivaju samo nuklearnim transformacijama. Samo su reakcije temeljene na prirodnim izotopima stvarno izvedive. Samo 196 Hg, 198 Hg i 194 Pt prikladni su kao početni materijali za to. Ti se izotopi mogu bombardirati ubrzanim neutronima ili alfa česticama kako bi proizveli sljedeće reakcije:
196 Hg+ n= 197 Hg* + γ
198 Hg+ n= 197 Hg* + 2n
194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n
S istim se uspjehom mogao dobiti željeni izotop platine iz 194 Pt pomoću ( n, γ)-transformacija ili od 200 Hg pomoću ( n, α) -proces. Pritom, naravno, ne smijemo zaboraviti da se prirodno zlato i platina sastoje od mješavine izotopa, pa se u svakom slučaju moraju uzeti u obzir konkurentne reakcije. Čisto zlato će se na kraju morati izolirati iz mješavine raznih nuklida i neizreagiranih izotopa. Ovaj proces će biti vrlo skup. Transformacija platine u zlato morat će se potpuno napustiti iz ekonomskih razloga: kao što znate, platina je skuplja od zlata.
Druga mogućnost za sintezu zlata je izravna nuklearna transformacija prirodnih izotopa, na primjer, prema sljedećim jednadžbama:
200Hg+ R= 197 Au + 4 He
199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He
Također bi dovelo do zlata-197 (γ, R) -proces (živa-198), (α, R) -proces (platina-194) ili ( R, γ) ili (D, n)-transformacija (platina-196). Pitanje je samo je li to praktično moguće, i ako jest, je li uopće isplativo iz navedenih razloga. Ekonomično bi bilo samo dugotrajno bombardiranje žive neutronima kojih ima u dovoljnoj koncentraciji u reaktoru. Ostale čestice morale bi se proizvesti ili ubrzati u ciklotronu, što je metoda za koju se zna da proizvodi samo male količine tvari.
Ako se prirodna živa izloži neutronskom toku u reaktoru, tada osim stabilnog zlata nastaje uglavnom radioaktivno zlato. Ovo radioaktivno zlato (s masenim brojevima 198, 199 i 200) ima vrlo kratak životni vijek i unutar nekoliko dana se vraća u svoje izvorne tvari emitirajući beta zračenje:
198 Hg+ n= 198 Au* + str
198 Au = 198 Hg + e- (2,7 dana)
Nipošto nije moguće isključiti obrnutu transformaciju radioaktivnog zlata u živu, odnosno razbiti ovaj Circulus vitiosus: prirodni zakoni se ne mogu zaobići.
Pod ovim uvjetima, sintetička proizvodnja skupog plemenitog metala platine čini se manje kompliciranom od "alkemije". Kad bi bilo moguće usmjeriti bombardiranje neutrona u reaktoru tako da pretežno ( n, α)-transformacije, onda se može nadati da će se dobiti značajne količine platine iz žive: svi uobičajeni izotopi žive - 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg - pretvaraju se u stabilne izotope platine - 195 Pt, 196 Pt i 198 Pt . Naravno, i ovdje je proces izolacije sintetske platine vrlo kompliciran.
Frederick Soddy je još 1913. godine predložio način dobivanja zlata nuklearnom transformacijom talija, žive ili olova. Međutim, u to vrijeme znanstvenici nisu znali ništa o izotopskom sastavu ovih elemenata. Ako bi se mogao provesti proces odvajanja alfa i beta čestica koji je predložio Soddy, bilo bi potrebno krenuti od izotopa 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. Od njih u prirodi postoji samo izotop 201 Hg, pomiješan s ostalim izotopima ovog elementa i kemijski neodvojiv. Shodno tome, Soddyjev recept nije bio izvediv.
Ono što ne može postići čak ni vrhunski atomski istraživač, laik, naravno, ne može. Pisac Dauman u svojoj knjizi “Kraj zlata”, objavljenoj 1938., dao nam je recept za pretvaranje bizmuta u zlato: odvajanjem dviju alfa čestica iz jezgre bizmuta pomoću visokoenergetskih X-zraka. Takva (γ, 2α) reakcija do danas nije poznata. Osim toga, hipotetska transformacija
205 Bi + γ = 197 Au + 2α
ne može ići iz drugog razloga: ne postoji stabilan izotop 205 Bi. Bizmut je monoizotopni element! Jedini prirodni izotop bizmuta s masenim brojem 209 može proizvesti, prema principu Daumannove reakcije, samo radioaktivno zlato-201, koje se s vremenom poluraspada od 26 minuta ponovno pretvara u živu. Kao što vidimo, junak Daumanova romana, znanstvenik Bargengrond, nije mogao dobiti zlato!
Sada znamo kako zapravo doći do zlata. Naoružani znanjem nuklearne fizike, riskirajmo misaoni eksperiment: pretvorimo 50 kg žive u nuklearnom reaktoru u pravo zlato - u zlato-197. Pravo zlato dolazi od žive-196. Nažalost, samo 0,148% ovog izotopa nalazi se u živoj. Dakle, u 50 kg žive ima samo 74 g žive-196, a samo se ta količina može pretvoriti u pravo zlato.
Budimo najprije optimistični i pretpostavimo da se tih 74 g žive-196 može pretvoriti u istu količinu zlata-197 ako se živa bombardira neutronima u modernom reaktoru s produktivnošću od 10 15 neutrona/(cm 2 . S). Zamislimo 50 kg žive, odnosno 3,7 litara, u obliku kugle postavljene u reaktor, tada će površina žive, jednaka 1157 cm 2, biti pod utjecajem protoka od 1,16 svake sekunde. . 10 18 neutrona. Od toga, na 74 g izotopa-196 utječe 0,148%, odnosno 1,69 . 10 15 neutrona. Da pojednostavimo, nadalje pretpostavljamo da svaki neutron uzrokuje transformaciju 196 Hg u 197 Hg*, iz čega hvatanjem elektrona nastaje 197 Au.
Dakle, na raspolaganju imamo 1,69 . 10 15 neutrona u sekundi kako bi transformirali atome žive-196. Koliko je to zapravo atoma? Jedan mol elementa, odnosno 197 g zlata, 238 g urana, 4 g helija, sadrži 6,022 . 10 23 atoma. Možemo dobiti samo približnu ideju o ovoj gigantskoj brojci na temelju vizualna usporedba. Na primjer, ovo: zamislite da je cjelokupno stanovništvo svijeta 1990. godine - otprilike 6 milijardi ljudi - počelo brojati ovaj broj atoma. Svatko broji jedan atom u sekundi. U prvoj sekundi bi brojali 6 . 10 9 atoma, u dvije sekunde - 12 . 10 9 atoma itd. Koliko bi čovječanstvu 1990. godine trebalo da prebroji sve atome u jednom molu? Odgovor je zapanjujući: oko 3.200.000 godina!
74 g žive-196 sadrži 2,27 . 10 23 atoma. Po sekundi s danim fluksom neutrona možemo transmutirati 1,69 . 10 15 atoma žive. Koliko će vremena trebati da se pretvori cjelokupna količina žive-196? Evo odgovora: to bi zahtijevalo intenzivno bombardiranje neutronima iz reaktora visokog protoka četiri i pol godine! Moramo podnijeti te enormne troškove kako bismo u konačnici dobili samo 74 g zlata od 50 kg žive, a takvo sintetsko zlato također moramo odvojiti od radioaktivnih izotopa zlata, žive itd.
Da, tako je, u doba atoma možete napraviti zlato. Međutim, postupak je preskup. Zlato proizvedeno umjetno u reaktoru je neprocjenjivo. Lakše bi bilo prodati mješavinu njegovih radioaktivnih izotopa kao “zlato”. Možda će pisci znanstvene fantastike biti u iskušenju da stvore priče koje uključuju ovo "jeftino" zlato?
"Mare tingerem, si mercuris esset" ( Pretvorio bih more u zlato da se sastoji od žive). Ova hvalisava izjava pripisana je alkemičaru Raymundusu Lullusu. Pretpostavimo da ne pretvorimo more, već veliku količinu žive u 100 kg zlata u nuklearnom reaktoru. Izvana se ne može razlikovati od prirodnog zlata, ovo radioaktivno zlato leži pred nama u obliku sjajnih ingota. S kemijskog gledišta, ovo je također čisto zlato.
Neki Krez kupuje te poluge po, za što vjeruje, sličnoj cijeni. On nema pojma da je u stvarnosti riječ o mješavini radioaktivnih izotopa 198 Au i 199 Au, čiji je poluživot od 65 do 75 sati. Može se zamisliti kako mu zlatno blago doslovno klizi kroz prste.
Za svaka tri dana njegova se imovina smanjuje za polovicu, a on to nije u stanju spriječiti; nakon tjedan dana od 100 kg zlata ostat će samo 20 kg zlata, nakon deset poluraspada (30 dana) - praktički ništa (teoretski, to je još 80 g). U riznici je ostala samo velika lokva žive. Varljivo zlato alkemičara!
Adolf Mithe je već nekoliko godina bojao minerale i staklo pod utjecajem ultraljubičastih zraka. Da bi to učinio, koristio je konvencionalnu živinu lampu - evakuiranu kvarcnu staklenu cijev, između čijih elektroda se formira živin luk koji emitira ultraljubičaste zrake.
Kasnije je Miethe koristio novu vrstu svjetiljke, koja je davala posebno visoku izlaznu energiju. Međutim, tijekom dugotrajnog korištenja na njegovim su se stijenkama stvorile naslage koje su uvelike ometale rad. Takve bi se naslage također mogle naći u rabljenim živinim žaruljama ako bi se živa uklonila. Sastav ove crnkaste mase zainteresirao je tajnog vijećnika i iznenada je, analizirajući ostatak od 5 kg žive lampe, pronašao... zlato. Mitya se pitao je li teoretski moguće da se živa u živinoj lampi, kao rezultat razaranja atoma, raspadne u zlato uz odvajanje protona ili alfa čestica. Miethe i njegov suradnik Hans Stamreich proveli su brojne eksperimente, fascinirani idejom o ovoj transformaciji elemenata. Početni materijal bila je živa destilirana u vakuumu. Istraživači su vjerovali da ne sadrži zlato. To su potvrdile i analize poznatih kemičara K. Hoffmanna i F. Habera. Mitya ih je zamolio da ispitaju živu i ostatke u svjetiljci. Ovom živom, koja prema analitičkim podacima nije sadržavala zlato, Miethe i Stamreich napunili su novu svjetiljku, koja je zatim radila 200 sati. Nakon destilacije žive, otopili su ostatak u dušičnoj kiselini i s entuzijazmom ispitali pod mikroskopom ono što je ostalo. u staklu: svjetlucalo je na pokrovnom staklu zlatnožuta nakupina oktaedarskih kristala.
Međutim, Frederick Soddy nije mislio da je zlato nastalo apstrakcijom alfa čestice ili protona. Prije možemo govoriti o apsorpciji elektrona: ako potonjeg ima dovoljno velika brzina, probiti elektronske ljuske atoma i prodrijeti u jezgru, tada bi moglo nastati zlato. U tom slučaju se redni broj žive (80) smanjuje za jedan i nastaje 79. element - zlato.
Soddyjeva teorijska izjava je učvrstila stajalište Miethea i svih onih istraživača koji su čvrsto vjerovali u “raspad” žive u zlato. Međutim, nisu uzeli u obzir činjenicu da se samo jedan izotop žive s novčanim brojem 197 može pretvoriti u prirodno zlato Samo prijelaz 197 Hg + e- = 197 Au može dati zlato.
Postoji li uopće izotop 197 Hg? Relativna atomska masa ovog elementa, 200,6, tada nazvana atomska težina, sugerirala je da postoji nekoliko njegovih izotopa. F.V. Aston je, proučavajući kanalne zrake, pronašao izotope žive s masenim brojevima od 197 do 202, pa je takva transformacija bila vjerojatna.
Prema drugoj verziji, iz mješavine izotopa 200,6Hg mogao bi nastati i 200,6Au, odnosno jedan ili više izotopa zlata velikih masa. Ovo zlato je trebalo biti teže. Stoga je Miethe požurio s određivanjem relativne atomske mase svog umjetnog zlata i to povjerio najboljem stručnjaku za ovo područje - profesoru Gonigschmidtu u Münchenu.
Naravno, količina umjetnog zlata za takvo određivanje bila je vrlo mala, ali Mitya još nije imao više: kraljević je težio 91 mg, promjer kuglice bio je 2 mm. Usporedimo li ga s ostalim “prinosima” koje je Miethe dobio tijekom pretvorbi u živinoj svjetiljci - u svakom eksperimentu oni su se kretali od 10 -2 do 10 -4 mg - to je ipak bio zamjetan komad zlata. Gonigschmidt i njegov suradnik Zintl pronašli su relativnu atomsku masu za umjetno zlato od 197,2 ± 0,2.
Postupno je Mitya uklonio "tajnovitost" svojih eksperimenata. Dana 12. rujna 1924. objavljena je poruka fotokemijskog laboratorija u kojoj su prvi put prikazani eksperimentalni podaci i pobliže opisana oprema. Poznat je i prinos: od 1,52 kg žive, prethodno pročišćene vakuumskom destilacijom, nakon 107 sati neprekidnog gorenja luka duljine 16 cm, pri naponu od 160 do 175 V i jakosti struje od 12,6 A, Mite je dobio toliko kao 8,2 * 10 -5 g zlata, odnosno osam stotinki miligrama. “Alkemičari” iz Charlottenburga uvjeravali su da ni polazna tvar, ni elektrode i žice koje dovode struju, ni kvarc kućišta lampe ne sadrže analitički detektabilne količine zlata.
Međutim, ubrzo je došlo do preokreta. Kemičari su postajali sve sumnjičaviji. Zlato se ponekad stvara, i to uvijek u minimalnim količinama, a onda se opet ne stvara. Nije pronađena proporcionalnost, odnosno količine zlata ne rastu s povećanjem udjela žive, povećanjem razlike potencijala ili duljim vremenom rada kvarcne žarulje. Je li zlato koje je otkriveno zapravo proizvedeno umjetno? Ili je već bio prisutan prije? Izvore mogućih sustavnih pogrešaka u Miethe metodi provjerilo je nekoliko znanstvenika s kemijskih instituta Sveučilišta u Berlinu, kao i iz laboratorija elektro koncerna Siemens. Kemičari su prije svega detaljno proučili proces destilacije žive i došli do nevjerojatnog zaključka: čak iu destiliranoj, naizgled bezzlatoj živi, uvijek ima zlata. Ili se pojavio tijekom procesa destilacije ili je ostao otopljen u živi u tragovima, tako da se nije mogao odmah analitički detektirati. Tek nakon duljeg stajanja ili prilikom prskanja u luku koje je uzrokovalo obogaćivanje, iznenada se ponovno detektirao. Ovaj bi se učinak mogao pogrešno zamijeniti s stvaranjem zlata. Na vidjelo je izašla još jedna okolnost. Upotrijebljeni materijali, uključujući kabele koji vode do elektroda i same elektrode, sadržavali su tragove zlata.
No još uvijek je postojala uvjerljiva izjava atomskih fizičara da je takva transmutacija moguća sa stajališta atomske teorije. Kao što je poznato, to se temeljilo na pretpostavci da izotop žive 197 Hg apsorbira jedan elektron i pretvara se u zlato.
Međutim, ova je hipoteza opovrgnuta Astonovim izvješćem koje se pojavilo u časopisu Nature u kolovozu 1925. godine. Specijalist za odvajanje izotopa uspio je nedvosmisleno okarakterizirati linije izotopa žive pomoću masenog spektrografa visoke rezolucije. Kao rezultat toga pokazalo se da se prirodna živa sastoji od izotopa s masenim brojevima 198, 199, 200, 201, 202 i 204.
Posljedično, stabilni izotop 197 Hg uopće ne postoji. Slijedom toga, mora se pretpostaviti da je teoretski nemoguće dobiti prirodno zlato-197 iz žive bombardiranjem elektronima, a eksperimenti usmjereni na to mogu se unaprijed smatrati neobećavajućim. To su na kraju shvatili istraživači Harkins i Kay sa Sveučilišta u Chicagu, koji su krenuli transformirati živu pomoću ultrabrzih elektrona. Bombardirali su živu (ohlađenu tekućim amonijakom i uzetu kao antikatoda u rendgenskoj cijevi) elektronima ubrzanim u polju od 145 000 V, odnosno brzinom od 19 000 km/s.
Fritz Haber također je izvodio slične pokuse kada je ispitivao Mietheove pokuse. Unatoč vrlo osjetljivim metodama analize, Harkins i Kay nisu pronašli nikakve tragove zlata. Vjerojatno su vjerovali da čak ni elektroni s tako visokom energijom nisu u stanju prodrijeti u jezgru atoma žive. Ili su dobiveni izotopi zlata toliko nestabilni da ne mogu “preživjeti” do kraja analize koja traje od 24 do 48 sati.
Tako je ideja o mehanizmu nastanka zlata iz žive, koju je predložio Soddy, uvelike poljuljana.
Godine 1940., kada su neki laboratoriji nuklearne fizike počeli bombardirati elemente susjedne zlatu - živu i platinu - brzim neutronima dobivenim pomoću ciklotrona. Na sastanku američkih fizičara u Nashvilleu u travnju 1941. A. Scherr i K.T. Bainbridge sa Sveučilišta Harvard izvijestio je o uspješnim rezultatima takvih eksperimenata. Poslali su ubrzane deuterone na litijevu metu i dobili struju brzih neutrona, koji su korišteni za bombardiranje jezgri žive. Kao rezultat nuklearne transformacije, dobiveno je zlato.
Tri nova izotopa s masenim brojevima 198, 199 i 200. Međutim, ti izotopi nisu bili tako stabilni kao prirodni izotop zlata-197. Emitirajući beta zrake, oni su se nakon nekoliko sati ili dana opet pretvarali u stabilne izotope žive s masenim brojevima 198, 199 i 200. Stoga moderni pristaše alkemije nisu imali razloga za veselje. Zlato koje se ponovno pretvara u živu je bezvrijedno: to je varljivo zlato. Međutim, znanstvenici su se radovali uspješnoj transformaciji elemenata. Mogli su proširiti svoje znanje o umjetnim izotopima zlata.
Prirodna živa sadrži sedam izotopa u različitim količinama: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) i 204 (6,85%). %). Budući da su Sherr i Bainbridge pronašli izotope zlata s masenim brojevima 198, 199 i 200, mora se pretpostaviti da je potonji nastao iz izotopa žive s istim masenim brojevima. Na primjer: 198 Hg + n= 198 Au + R Ova pretpostavka se čini opravdanom - uostalom, ti su izotopi žive prilično česti.
Vjerojatnost odvijanja bilo koje nuklearne reakcije prvenstveno je određena takozvanim efektivnim presjekom hvatanja atomske jezgre u odnosu na odgovarajuću bombardirajuću česticu. Stoga su suradnici profesora Dempstera, fizičari Ingram, Hess i Haydn, pokušali točno odrediti efektivni presjek hvatanja neutrona prirodnim izotopima žive. U ožujku 1947. uspjeli su pokazati da izotopi s masenim brojevima 196 i 199 imaju najveće presjeke hvatanja neutrona i stoga imaju najveću vjerojatnost da postanu zlato. Kao “nusprodukt” svojih eksperimentalnih istraživanja dobili su... zlato. Točno 35 mcg, dobiveno iz 100 mg žive nakon ozračivanja umjerenim neutronima u nuklearnom reaktoru. To iznosi iskorištenje od 0,035%, međutim, ako se pronađena količina zlata pripiše samo živi-196, tada će se dobiti čvrsti prinos od 24%, budući da zlato-197 nastaje samo iz izotopa žive s maseni broj 196.
Kod brzih neutrona često se javljaju ( n, R) - reakcije, a sa sporim neutronima - uglavnom ( n, d) - transformacije. Zlato koje su otkrili Dempsterovi zaposlenici formirano je na sljedeći način: 196 Hg + n= 197 Hg* + g 197 Hg* + e- = 197 Au
Nestabilna živa-197 nastala postupkom (n, g) pretvara se u stabilno zlato-197 kao rezultat K-hvatanje (elektrona iz K-ljuske vlastitog atoma).
Zaposlenici Dempstera nisu si mogli uskratiti zadovoljstvo dobivanja određene količine takvog umjetnog zlata u reaktoru. Od tada, ovaj maleni neobični izložak krasi čikaški Muzej znanosti i industrije. Ovoj se rijetkosti - dokazu umjetnosti "alkemičara" u atomskom dobu - moglo diviti tijekom Ženevske konferencije u kolovozu 1955. godine.
Sa stajališta nuklearne fizike, moguće je nekoliko transformacija atoma u zlato. Stabilno zlato, 197Au, moglo bi se proizvesti radioaktivnim raspadom određenih izotopa susjednih elemenata. Tome nas uči i tzv. karta nuklida na kojoj su prikazani svi poznati izotopi i mogući pravci njihovog raspada. Dakle, zlato-197 nastaje iz žive-197, koja emitira beta zrake, ili iz takve žive K-hvatanjem. Također bi bilo moguće napraviti zlato od talija-201 kada bi ovaj izotop emitirao alfa zrake. Međutim, to se ne poštuje. Kako se može dobiti izotop žive masenog broja 197 koji ne postoji u prirodi? Čisto teoretski, može se dobiti iz talija-197, a potonji iz olova-197. Oba nuklida se spontano transformiraju u živu-197 i talij-197, redom, uz hvatanje elektrona. U praksi bi to bila jedina, doduše samo teoretska, mogućnost proizvodnje zlata od olova. Međutim, olovo-197 je također samo umjetni izotop, koji se prvo mora dobiti nuklearnom reakcijom. Neće raditi s prirodnim olovom.
Izotopi platine 197Pt i žive 197Hg također se dobivaju samo nuklearnim transformacijama. Samo su reakcije temeljene na prirodnim izotopima stvarno izvedive. Samo 196 Hg, 198 Hg i 194 Pt prikladni su kao početni materijali za to. Ti se izotopi mogu bombardirati ubrzanim neutronima ili alfa česticama da proizvedu sljedeće reakcije: 196 Hg + n= 197 Hg* + g 198 Hg + n= 197 Hg* + 2n 194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n.
S istim se uspjehom mogao dobiti željeni izotop platine iz 194 Pt pomoću ( n, d) - transformacija ili od 200 Hg za ( n, b) - proces. Pritom, naravno, ne smijemo zaboraviti da se prirodno zlato i platina sastoje od mješavine izotopa, pa se u svakom slučaju moraju uzeti u obzir konkurentne reakcije. Čisto zlato će se na kraju morati izolirati iz mješavine raznih nuklida i neizreagiranih izotopa. Ovaj proces će biti vrlo skup. Transformacija platine u zlato morat će se potpuno napustiti iz ekonomskih razloga: kao što znate, platina je skuplja od zlata.
Druga mogućnost za sintezu zlata je izravna nuklearna transformacija prirodnih izotopa, na primjer, prema sljedećim jednadžbama: 200 Hg + R= 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.
Ako se prirodna živa izloži neutronskom toku u reaktoru, tada osim stabilnog zlata nastaje uglavnom radioaktivno zlato. Ovo radioaktivno zlato (s masenim brojevima 198, 199 i 200) ima vrlo kratak životni vijek i unutar nekoliko dana se vraća u svoje matične tvari uz emisiju beta zračenja: 198 Hg + n= 198 Au* + str 198 Au = 198 Hg + e- (2,7 dana). Nikako se ne može isključiti obrnuta transformacija radioaktivnog zlata u živu: prirodni zakoni se ne mogu zaobići.
U doba atoma, zlato se može napraviti. Međutim, postupak je preskup. Zlato proizvedeno umjetno u reaktoru je neprocjenjivo. A ako je riječ o mješavini radioaktivnih izotopa 198 Au i 199 Au, onda će nakon nekoliko dana od zlatne poluge ostati samo lokva žive.