Historia alchemii to w dużej mierze historia znalezienia sposobu na przekształcenie ołowiu lub rtęci w złoto. O prawdziwym odkrycia chemiczne, co robili na tej drodze alchemicy średniowiecza, często mówili swobodnie, bez większej uwagi. Przede wszystkim poszukiwali Magisterium (znanego również jako czerwona nalewka, panaceum na życie, eliksir życia, kamień filozoficzny) - pewna substancja, odczynnik, który umożliwiłby uzyskanie szlachetnych z podstawowe metale.
Nie wiadomo do końca, czy komukolwiek udało się uzyskać złoto z rtęci i ołowiu za pomocą reakcji chemicznej, choć wciąż krąży na ten temat wiele legend. Jednak w połowie XX wieku grupie amerykańskich fizyków udało się uzyskać z rtęci niewielką ilość stabilnego izotopu złota – ale wyłącznie za pomocą fizyki jądrowej. Transformacja metali, zwana także transmutacją, okazała się możliwa!
Historia zaczęła się w 1940 roku. Następnie w kilku laboratoriach na całym świecie zaczęto przeprowadzać eksperymenty z bombardowaniem szybkimi neutronami rtęci, która w układzie okresowym Mendelejewa sąsiaduje ze złotem. Pierwsze pomyślne wyniki eksperymentów ogłoszono w kwietniu 1941 roku na spotkaniu fizyków amerykańskich w Nashville przez naukowców z Harvardu A. Sherra i K. T. Bainbridge'a.
Udało im się uzyskać trzy izotopy złota o liczbach masowych 198, 199 i 200. Nie były one jednak stabilne i w ciągu kilku godzin do kilku dni ponownie zamieniły się w rtęć.
Potrzebny był sposób na uzyskanie naturalnego izotopu - złota-197. Tą drogą, choć nie celowo, poszli pracownicy laboratorium profesora Arthura Dempstera – fizycy Ingram, Hess i Haydn. (Arthur Dempster zasłynął ze stworzenia pierwszego nowoczesnego spektrometru mas i odkrycia wraz z F. Astonem rekordowej liczby izotopów pierwiastków chemicznych).
W marcu 1947 roku tej grupie naukowców, badając proces wychwytu neutronów przez jądra atomowe, udało się uzyskać pożądane złoto-197 jako produkt uboczny. Został on „wyekstrahowany” ze 100 miligramów rtęci-196 poprzez napromieniowanie go umiarkowanymi neutronami w reaktorze jądrowym.
Wydajność stabilnego złota wynosiła tylko 35 µg. Według standardów naukowych jest to dość namacalna ilość sztucznego złota. Publikacja o odkryciu ukazała się w czasopiśmie Physical Review. Ale opinia publiczna oczywiście nie zauważyła artykułu zatytułowanego „Efektywne przekroje poprzeczne do wychwytu neutronów przez izotopy rtęci”.
Jednak w 1949 roku pewien „żółty” dziennikarz opublikował artykuł o rozpoczęciu produkcji złota w reaktorach jądrowych. Skutkiem publikacji była panika na francuskich giełdach, która doprowadziła do załamania cen złota. Panika ustała dopiero w 1950 r., kiedy magazyn Atoms opublikował artykuł „Transmutacja rtęci w złoto”, w którym podano, że koszt wytworzenia sztucznego złota z rtęci jest wielokrotnie wyższy niż koszt wydobycia naturalnego złota z rtęci. najbardziej obskurna ruda złota.
35 mikrogramów sztucznego złota nadal znajduje się w Chicago – w Muzeum Nauki i Przemysłu. Od tego czasu nikt na poważnie nie zajął się produkcją złota-197 z metali nieszlachetnych ani nie próbował obniżyć kosztów tej technologii.
W XXI wieku z rtęci-198 otrzymuje się niestabilne radioaktywne złoto-198, które wykorzystuje się jako lek do wykonywania zdjęć rentgenowskich narządów człowieka (zamiast prześwietlenia rentgenowskiego) oraz do leczenia nowotworów nowotworowych. Okazuje się, że atomy takiego złota działają jak małe lampy rentgenowskie i zabijają komórki nowotworowe w ściśle określonym obszarze ciała.
A w XXI wieku „odwrócona alchemia” rozkwita. Ze złota otrzymuje się na przykład izotopy cennych naukowo pierwiastków fransu i astatyny, które po prostu nie występują w przyrodzie.
Zdjęcie: „Goden jaja w kartonie” (corbisimages.com/photographer/bevis-boobacca), Arthur Dempster (Amerykański Instytut Fizyki)
Wyrównanie tekstu w formacie HTML, tekst wyśrodkowany, po prawej stronie
Uwaga! Rabaty wygasają w ciągu 1 do kilku dni. Sprawdź warunki ofert rabatowych.
Złoto produkowane w reaktorze jądrowym
W 1935 roku amerykański fizyk Arthur Dempster zdołał to przeprowadzić oznaczanie izotopów metodą spektrografii mas zawarte w uranie naturalnym. Podczas eksperymentów Dempster badał także skład izotopowy złota i odkrył tylko jeden izotop - złoto-197. Nic nie wskazywało na istnienie złota-199. Niektórzy naukowcy zakładali, że musi istnieć ciężki izotop złota, ponieważ w tamtym czasie przypisano mu względną masę atomową 197,2. Złoto jest jednak pierwiastkiem monoizotopowym. Dlatego też osoby chcące w sztuczny sposób pozyskać ten upragniony metal szlachetny muszą skierować wszystkie wysiłki na syntezę jedynego stabilnego izotopu – złota-197.
Wiadomości o udanych eksperymentach z produkcją sztucznego złota zawsze budziły zaniepokojenie w kręgach finansowych i rządzących. Tak było za czasów władców rzymskich i tak jest nadal. Nic więc dziwnego, że suchy raport z badań National Laboratory w Chicago autorstwa grupy profesora Dempstera wywołał ostatnio poruszenie w kapitalistycznym świecie finansowym: w reaktorze jądrowym można uzyskać złoto z rtęci! Jest to najnowszy i przekonujący przypadek transformacji alchemicznej.
Zaczęło się to już w 1940 roku, kiedy w niektórych laboratoriach fizyki jądrowej zaczęto bombardować pierwiastki sąsiadujące ze złotem – rtęć i platynę – szybkimi neutronami uzyskanymi za pomocą cyklotronu. Na spotkaniu amerykańskich fizyków w Nashville w kwietniu 1941 r. A. Sherr i K. T. Bainbridge z Uniwersytetu Harvarda donieśli o pomyślnych wynikach takich eksperymentów. Wysłali przyspieszone deuterony do celu litowego i uzyskali strumień szybkich neutronów, który wykorzystano do bombardowania jąder rtęci. W wyniku transformacji nuklearnej uzyskano złoto!
Trzy nowe izotopy o liczbach masowych 198, 199 i 200. Jednakże izotopy te nie były tak stabilne jak naturalny izotop złota-197. Emitując promienie beta, po kilku godzinach lub dniach ponownie przekształciły się w stabilne izotopy rtęci o liczbach masowych 198, 199 i 200. W związku z tym współcześni zwolennicy alchemii nie mieli powodów do radości. Złoto, które ponownie zamienia się w rtęć, jest bezwartościowe: jest to złoto zwodnicze. Jednak naukowcy cieszyli się z udanej transformacji pierwiastków. Udało im się poszerzyć swoją wiedzę na temat sztucznych izotopów złota.
Podstawą „transmutacji” przeprowadzonej przez Sherra i Bainbridge’a jest tzw. ( N, P) -reakcja: jądro atomu rtęci pochłaniające neutron N, zamienia się w izotop złota i uwalnia proton R.
Rtęć naturalna zawiera siedem izotopów różne ilości: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) i 204 (6,85%). Ponieważ Sherr i Bainbridge znaleźli izotopy złota o liczbach masowych 198, 199 i 200, należy założyć, że to ostatnie powstało z izotopów rtęci o tych samych liczbach masowych. Na przykład:
198 Hg+ N= 198 Au+ R
Założenie to wydaje się uzasadnione – wszak te izotopy rtęci są dość powszechne.
O prawdopodobieństwie wystąpienia jakiejkolwiek reakcji jądrowej decyduje przede wszystkim tzw efektywny przekrój chwytu jądro atomowe w stosunku do odpowiadającej mu bombardującej cząstki. Dlatego współpracownicy profesora Dempstera, fizycy Ingram, Hess i Haydn, podjęli próbę dokładnego określenia efektywnego przekroju poprzecznego wychwytu neutronów przez naturalne izotopy rtęci. W marcu 1947 roku udało im się wykazać, że izotopy o liczbach masowych 196 i 199 mają największe przekroje wychwytu neutronów i dlatego mają największe prawdopodobieństwo przekształcenia się w złoto. Jako „produkt uboczny” jego badania eksperymentalne mają... złoto! Dokładnie 35 mcg, otrzymane ze 100 mg rtęci po napromieniowaniu umiarkowanymi neutronami w reaktorze jądrowym. Daje to uzysk 0,035%, jednakże jeśli znalezioną ilość złota przypisać tylko rtęci-196, to otrzymamy stały uzysk wynoszący 24%, ponieważ złoto-197 powstaje wyłącznie z izotopu rtęci o masie liczba masowa 196.
W przypadku szybkich neutronów często występują ( N, R) reakcje, a przy wolnych neutronach - głównie ( N, γ)-transformacje. Złoto odkryte przez pracowników Dempstera kształtowało się następująco:
196 Hg+ N= 197 Hg* + γ
197 Hg* + mi- = 197 sierpnia
Niestabilna rtęć-197 powstająca w procesie (n, γ) zamienia się w rezultacie w stabilne złoto-197 K-wychwyt (elektron z K-powłoki własnego atomu).
W ten sposób Ingram, Hess i Haydn zsyntetyzowali znaczne ilości sztucznego złota w reaktorze atomowym! Mimo to ich „synteza złota” nikogo nie zaniepokoiła, gdyż dowiedzieli się o tym dopiero naukowcy, którzy uważnie śledzili publikacje w „Physical Review”. Raport był krótki i prawdopodobnie dla wielu niewystarczająco interesujący ze względu na pozbawiony znaczenia tytuł: „Przekroje poprzeczne neutronów dla izotopów rtęci” ( Efektywne przekroje wychwytu neutronów dla izotopów rtęci).
Zdarzyło się jednak, że dwa lata później, w 1949 roku, zbyt gorliwy dziennikarz podchwycił ten czysto naukowy przekaz i głośno, po rynkowo, ogłosił w prasie światowej informację o produkcji złota w reaktorze jądrowym. W związku z tym we Francji doszło do poważnego zamieszania przy notowaniach złota na giełdzie. Wydawało się, że wydarzenia potoczą się dokładnie tak, jak sobie wyobrażał Rudolf Daumann, który w swojej powieści science fiction przepowiedział „koniec złota”.
Jednak sztuczne złoto produkowane w reaktorze jądrowym kazało czekać. Nie było mowy, żeby zalało rynki świata. Swoją drogą profesor Dempster nie miał co do tego wątpliwości. Stopniowo francuski rynek kapitałowy ponownie się uspokoił. Nie jest to najmniejsza zasługa francuskiego pisma „Atoms”, które w numerze styczniowym 1950 r. opublikowało artykuł: „La transmutation du mercure en or” ( Przemiana rtęci w złoto).
Choć pismo w zasadzie uznawało możliwość wytworzenia złota z rtęci w drodze reakcji nuklearnej, zapewniało swoich czytelników, co następuje: cena takiego sztucznego metalu szlachetnego byłaby wielokrotnie wyższa niż złoto naturalne wydobywane z najbiedniejszych rud złota!
Pracownicy Dempstera nie mogli sobie odmówić przyjemności pozyskania w reaktorze pewnej ilości takiego sztucznego złota. Od tego czasu ten niewielki, ciekawy eksponat zdobi Chicagowskie Muzeum Nauki i Przemysłu. Tę rzadkość – dowód sztuki „alchemików” epoki atomowej – można było podziwiać podczas Konferencji Genewskiej w sierpniu 1955 roku.
Z punktu widzenia fizyki jądrowej możliwych jest kilka przemian atomów w złoto. W końcu ujawnimy tajemnicę kamienia filozoficznego i powiemy, jak zrobić złoto. Podkreślmy, że jedyną możliwą drogą jest transformacja jąder. Wszystkie inne przepisy klasycznej alchemii, które do nas dotarły, są bezwartościowe, prowadzą jedynie do oszustwa.
Stabilne złoto 197Au można wytwarzać w wyniku radioaktywnego rozpadu niektórych izotopów sąsiadujących pierwiastków. Tego uczy nas tzw. mapa nuklidów, która przedstawia wszystkie znane izotopy i możliwe kierunki ich rozpadu. W ten sposób złoto-197 powstaje z rtęci-197, która emituje promienie beta, lub z takiej rtęci poprzez wychwytywanie K. Możliwe byłoby również wytwarzanie złota z talu-201, gdyby ten izotop emitował promienie alfa. Jednakże nie jest to przestrzegane. Jak uzyskać izotop rtęci o liczbie masowej 197, który nie występuje w przyrodzie? Czysto teoretycznie można go otrzymać z talu-197, a ten ostatni z ołowiu-197. Obydwa nuklidy spontanicznie przekształcają się odpowiednio w rtęć-197 i tal-197 po wychwycie elektronu. W praktyce byłaby to jedyna, choć tylko teoretyczna, możliwość wytworzenia złota z ołowiu. Jednak ołów-197 jest również tylko sztucznym izotopem, który należy najpierw uzyskać w wyniku reakcji jądrowej. Nie będzie działać z ołowiem naturalnym.
Izotopy platyny 197Pt i rtęci 197Hg również otrzymuje się wyłącznie w wyniku przemian jądrowych. Naprawdę możliwe są tylko reakcje oparte na naturalnych izotopach. Jako materiały wyjściowe do tego nadają się jedynie 196 Hg, 198 Hg i 194 Pt. Izotopy te można bombardować przyspieszonymi neutronami lub cząstkami alfa, aby wywołać następujące reakcje:
196 Hg+ N= 197 Hg* + γ
198 Hg+ N= 197 Hg* + 2n
194 Pt + 4 He = 197 Hg* + N
Z takim samym sukcesem można było otrzymać pożądany izotop platyny ze 194 Pt za pomocą ( N, γ) -transformacja albo z 200 Hg przez ( N, α) -proces. Jednocześnie nie możemy oczywiście zapominać, że naturalne złoto i platyna składają się z mieszaniny izotopów, dlatego w każdym przypadku należy wziąć pod uwagę reakcje konkurencyjne. Czyste złoto będzie ostatecznie musiało zostać wyizolowane z mieszaniny różnych nuklidów i nieprzereagowanych izotopów. Proces ten będzie bardzo kosztowny. Ze względów ekonomicznych trzeba będzie całkowicie zrezygnować z przetwarzania platyny w złoto: jak wiadomo, platyna jest droższa od złota.
Inną opcją syntezy złota jest bezpośrednia transformacja jądrowa naturalnych izotopów, na przykład zgodnie z następującymi równaniami:
200Hg+ R= 197 Au + 4 He
199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He
Prowadziłoby również do złota-197 (γ, R) -proces (rtęć-198), (α, R) -proces (platyna-194) lub ( R, γ) lub (D, N)-transformacja (platyna-196). Pytanie tylko, czy jest to praktycznie możliwe, a jeśli tak, to czy w ogóle opłacalne z wymienionych powodów. Ekonomiczne byłoby jedynie długotrwałe bombardowanie rtęci neutronami, które występują w reaktorze w wystarczającym stężeniu. Inne cząstki musiałyby zostać wytworzone lub przyspieszone w cyklotronie, a jest to metoda znana z wytwarzania jedynie niewielkich ilości substancji.
Jeśli rtęć naturalna zostanie wystawiona na działanie strumienia neutronów w reaktorze, wówczas oprócz stabilnego złota powstaje głównie złoto radioaktywne. To radioaktywne złoto (o liczbach masowych 198, 199 i 200) ma bardzo krótką żywotność i w ciągu kilku dni powraca do swojej pierwotnej substancji, emitując promieniowanie beta:
198 Hg+ N= 198 Au* + P
198 Au = 198 Hg + mi- (2,7 dnia)
Nie da się w żadnym wypadku wykluczyć odwrotnej przemiany radioaktywnego złota w rtęć, czyli złamania tego Circulus vitiosus: praw natury nie da się obejść.
W tych warunkach syntetyczna produkcja drogiej platyny z metalu szlachetnego wydaje się mniej skomplikowana niż „alchemia”. Gdyby można było tak pokierować bombardowaniem neutronów w reaktorze, aby głównie ( N, α)-transformacje, wówczas można by mieć nadzieję na otrzymanie znacznych ilości platyny z rtęci: wszystkie powszechnie stosowane izotopy rtęci – 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg – ulegają przemianie w stabilne izotopy platyny – 195 Pt, 196 Pt i 198 Pt . Oczywiście i tutaj proces izolowania syntetycznej platyny jest bardzo skomplikowany.
Frederick Soddy już w 1913 roku zaproponował sposób otrzymywania złota poprzez transformację nuklearną talu, rtęci lub ołowiu. Jednak w tamtym czasie naukowcy nie wiedzieli nic o składzie izotopowym tych pierwiastków. Gdyby można było przeprowadzić zaproponowany przez Soddy'ego proces rozdziału cząstek alfa i beta, konieczne byłoby przejście od izotopów 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. Spośród nich w przyrodzie występuje jedynie izotop 201 Hg, zmieszany z innymi izotopami tego pierwiastka i chemicznie nierozłączny. W rezultacie przepis Soddy'ego nie był wykonalny.
Czego nie jest w stanie dokonać nawet wybitny badacz atomu, tego oczywiście nie może osiągnąć laik. Pisarz Dauman w swojej książce „The End of Gold” opublikowanej w 1938 roku podał nam przepis na przekształcenie bizmutu w złoto: poprzez oddzielenie dwóch cząstek alfa z jądra bizmutu za pomocą wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego. Taka reakcja (γ, 2α) nie jest znana do dziś. Poza tym hipotetyczna transformacja
205Bi + γ = 197 Au + 2α
nie może iść z innego powodu: nie ma stabilnego izotopu 205 Bi. Bizmut jest pierwiastkiem monoizotopowym! Jedyny naturalny izotop bizmutu o liczbie masowej 209 może, zgodnie z zasadą reakcji Daumanna, wytworzyć jedynie radioaktywne złoto-201, które przy okresie półtrwania wynoszącym 26 minut ponownie zamienia się w rtęć. Jak widzimy, bohater powieści Daumana, naukowiec Bargengrond, nie mógł zdobyć złota!
Teraz już wiemy jak zdobyć złoto. Uzbrojeni w wiedzę z zakresu fizyki jądrowej zaryzykujmy eksperyment myślowy: zamieńmy 50 kg rtęci w reaktorze jądrowym w pełnowartościowe złoto - w złoto-197. Prawdziwe złoto pochodzi z rtęci-196. Niestety, tylko 0,148% tego izotopu stanowi rtęć. Zatem w 50 kg rtęci znajdują się tylko 74 g rtęci-196 i tylko taką ilość można przekształcić w prawdziwe złoto.
Bądźmy optymistami i załóżmy, że te 74 g rtęci-196 można przekształcić w taką samą ilość złota-197, jeśli rtęć zostanie zbombardowana neutronami w nowoczesnym reaktorze o wydajności 10 15 neutronów/(cm 2 . Z). Wyobraźmy sobie 50 kg rtęci, czyli 3,7 litra, w postaci kuli umieszczonej w reaktorze, wówczas na powierzchnię rtęci równą 1157 cm 2 będzie wpływał przepływ 1,16 na sekundę . 10 18 neutronów. Spośród nich na 74 g izotopu-196 wpływa 0,148%, czyli 1,69 . 10 15 neutronów. Dla uproszczenia zakładamy ponadto, że każdy neutron powoduje przemianę 196 Hg w 197 Hg*, z czego w wyniku wychwytu elektronów powstaje 197 Au.
Mamy zatem do dyspozycji 1,69 . 10 15 neutronów na sekundę w celu przekształcenia atomów rtęci – 196. Ile to właściwie jest atomów? Jeden mol pierwiastka, czyli 197 g złota, 238 g uranu, 4 g helu, zawiera 6,022 . 10 23 atomy. Możemy jedynie uzyskać przybliżone wyobrażenie o tej gigantycznej liczbie na podstawie porównanie wizualne. Przykładowo tak: wyobraźcie sobie, że cała populacja globu w 1990 roku – około 6 miliardów ludzi – zaczęła liczyć taką liczbę atomów. Każdy liczy jeden atom na sekundę. W pierwszej sekundzie policzyliby 6 . 10 9 atomów w dwie sekundy - 12 . 10 9 atomów itd. Ile czasu zajęłoby ludzkości w 1990 r. zliczenie wszystkich atomów w jednym molu? Odpowiedź jest zdumiewająca: około 3 200 000 lat!
74 g rtęci-196 zawiera 2,27 . 10 23 atomy. Na sekundę przy danym strumieniu neutronów możemy dokonać transmutacji 1,69 . 10 15 atomów rtęci. Ile czasu zajmie przekształcenie całej ilości rtęci-196? Oto odpowiedź: wymagałoby to intensywnego bombardowania neutronami z reaktora wysokostrumieniowego przez cztery i pół roku! Musimy ponieść te olbrzymie koszty, aby ostatecznie z 50 kg rtęci uzyskać jedynie 74 g złota, a takie syntetyczne złoto też trzeba oddzielić od radioaktywnych izotopów złota, rtęci itp.
Tak, zgadza się, w epoce atomu można wytwarzać złoto. Jednak proces ten jest zbyt kosztowny. Złoto produkowane sztucznie w reaktorze jest bezcenne. Łatwiej byłoby sprzedawać mieszaninę jego radioaktywnych izotopów jako „złoto”. Może pisarze science fiction pokuszą się o stworzenie historii z udziałem tego „taniego” złota?
„Mare tingerem, si mercuris esset” ( Zamieniłbym morze w złoto, gdyby składało się z rtęci). To chełpliwe stwierdzenie przypisywano alchemikowi Raymundusowi Lullusowi. Załóżmy, że w reaktorze jądrowym nie zamieniliśmy morza, ale dużą ilość rtęci na 100 kg złota. Zewnętrznie nie do odróżnienia od naturalnego złota, to radioaktywne złoto leży przed nami w postaci błyszczących sztabek. Z chemicznego punktu widzenia jest to również czyste złoto.
Jakiś Krezus kupuje te batony po, jego zdaniem, podobnej cenie. Nie ma pojęcia, że w rzeczywistości mówimy o mieszaninie radioaktywnych izotopów 198 Au i 199 Au, których okres półtrwania wynosi od 65 do 75 godzin. Można sobie wyobrazić tego skąpca, widzącego swój złoty skarb dosłownie prześlizgujący się między jego palcami.
Za każde trzy dni jego majątek zmniejsza się o połowę, a on nie może temu zapobiec; po tygodniu ze 100 kg złota zostanie już tylko 20 kg, po dziesięciu okresach półtrwania (30 dni) - praktycznie nic (teoretycznie to kolejne 80 g). W skarbcu pozostała tylko duża kałuża rtęci. Zwodnicze złoto alchemików!
Od kilku lat Adolf Mithe barwi minerały i szkło pod wpływem promieni ultrafioletowych. Aby to zrobić, użył konwencjonalnej lampy rtęciowej - próżniowej rurki ze szkła kwarcowego, pomiędzy elektrodami, w których tworzy się łuk rtęciowy, emitujący promienie ultrafioletowe.
Później Miethe zastosował nowy typ lampy, która zapewniała szczególnie wysoką wydajność energetyczną. Jednak podczas długotrwałego użytkowania na jego ściankach utworzyły się osady, które znacznie utrudniały pracę. Takie osady można było również znaleźć w zużytych lampach rtęciowych, jeśli rtęć została usunięta. Skład tej czarniawej masy zainteresował Tajnego Radnego i nagle analizując pozostałe 5 kg rtęci do lampy, znalazł... złoto. Mitya zastanawiał się, czy teoretycznie jest możliwe, aby rtęć w lampie rtęciowej w wyniku zniszczenia atomu rozpadła się na złoto w wyniku oderwania protonów lub cząstek alfa. Miethe i jego współpracownik Hans Stamreich przeprowadzili liczne eksperymenty, zafascynowani ideą tej transformacji pierwiastków. Materiałem wyjściowym była rtęć destylowana pod próżnią. Naukowcy uważali, że nie zawiera złota. Potwierdziły to także analizy znanych chemików K. Hoffmanna i F. Habera. Mitya poprosił ich, aby zbadali rtęć i jej pozostałości w lampie. Tą rtęcią, która według danych analitycznych nie zawierała złota, Miethe i Stamreich napełnili nową lampę, która następnie pracowała przez 200 godzin. Po oddestylowaniu rtęci rozpuścili pozostałość w kwasie azotowym i z entuzjazmem zbadali pod mikroskopem to, co pozostało. w szkle: na szkle nakrywkowym błyszczał złocisto-żółty aglomerat oktaedrycznych kryształów.
Jednak Frederick Soddy nie sądził, że złoto powstało w wyniku abstrakcji cząstki alfa lub protonu. Można raczej mówić o absorpcji elektronu: jeśli ten ma dość wysoka prędkość, aby przebić powłoki elektronowe atomów i przedostać się do jądra, wówczas mogłoby powstać złoto. W tym przypadku numer seryjny rtęci (80) zmniejsza się o jeden i powstaje 79. pierwiastek - złoto.
Teoretyczne stwierdzenie Soddy'ego wzmocniło punkt widzenia Miethe i wszystkich badaczy, którzy mocno wierzyli w „rozpad” rtęci w złoto. Nie wzięto jednak pod uwagę faktu, że tylko jeden izotop rtęci o liczbie gotówkowej 197 może zamienić się w naturalne złoto dopiero w przejściu 197 Hg+ mi- = 197 Au może dać złoto.
Czy izotop 197 Hg w ogóle istnieje? Względna masa atomowa tego pierwiastka, 200,6, zwana wówczas masą atomową, sugerowała, że istnieje kilka jego izotopów. F.V. Aston, badając promienie kanałowe, znalazł izotopy rtęci o liczbach masowych od 197 do 202, więc taka transformacja była prawdopodobna.
Według innej wersji z mieszaniny izotopów 200,6Hg mógłby powstać także 200,6Au, czyli jeden lub więcej izotopów złota o dużych masach. To złoto powinno być cięższe. Dlatego Miethe pospieszył z określeniem względnej masy atomowej swojego sztucznego złota i powierzył to najlepszemu specjalistowi w tej dziedzinie – profesorowi Gonigschmidtowi w Monachium.
Oczywiście ilość sztucznego złota do takiego oznaczenia była bardzo skromna, ale Mitia nie miał jeszcze więcej: królewiątko ważyło 91 mg, średnica kuli wynosiła 2 mm. Jeśli porównamy to z innymi „wydajnościami”, jakie Miethe uzyskała podczas przemian w lampie rtęciowej – w każdym eksperymencie wahały się one od 10 -2 do 10 -4 mg – to nadal była to zauważalna sztabka złota. Gonigschmidt i jego współpracownik Zintl ustalili względną masę atomową sztucznego złota wynoszącą 197,2 ± 0,2.
Stopniowo Mitya usuwał „tajemnicę” ze swoich eksperymentów. 12 września 1924 roku opublikowano meldunek z laboratorium fotochemicznego, w którym po raz pierwszy przedstawiono dane doświadczalne i dokładniej opisano sprzęt. Znany był także uzysk: z 1,52 kg rtęci oczyszczonej wcześniej metodą destylacji próżniowej, po 107 godzinach ciągłego spalania łuku o długości 16 cm, przy napięciu od 160 do 175 V i natężeniu prądu 12,6 A, Mite otrzymał tyle samo jako 8,2 * 10 -5 g złota, czyli osiem setnych miligrama. „Alchemicy” z Charlottenburga zapewniali, że ani substancja wyjściowa, ani elektrody i przewody doprowadzające prąd, ani kwarc korpusu lampy nie zawierają analitycznie wykrywalnych ilości złota.
Jednak wkrótce nastąpił punkt zwrotny. Chemicy robili się coraz bardziej podejrzliwi. Złoto czasami się tworzy, i to zawsze w minimalnych ilościach, a potem znowu się nie tworzy. Nie stwierdzono proporcjonalności, tzn. ilości złota nie zwiększają się wraz ze wzrostem zawartości rtęci, zwiększeniem różnicy potencjałów czy też dłuższym czasem pracy lampy kwarcowej. Czy odkryte złoto rzeczywiście zostało wyprodukowane sztucznie? A może był już obecny wcześniej? Źródła ewentualnych błędów systematycznych w metodzie Miethe’a sprawdzało kilku naukowców z instytutów chemicznych Uniwersytetu Berlińskiego, a także z laboratorium koncernu elektrycznego Siemens. Chemicy najpierw szczegółowo zbadali proces destylacji rtęci i doszli do niesamowitego wniosku: nawet w destylowanej, pozornie wolnej od złota rtęci, zawsze jest złoto. Pojawiła się ona podczas procesu destylacji lub pozostała rozpuszczona w rtęci w postaci śladowej, tak że nie można jej było natychmiast wykryć analitycznie. Dopiero po dłuższym postoju lub podczas natryskiwania po łuku, który spowodował wzbogacenie, został on nagle wykryty ponownie. Efekt ten można pomylić z tworzeniem się złota. Na światło dzienne wyszła kolejna okoliczność. Wszystkie użyte materiały, w tym kable prowadzące do elektrod i same elektrody, zawierały ślady złota.
Ale nadal istniało przekonujące stwierdzenie fizyków atomowych, że taka transmutacja jest możliwa z punktu widzenia teorii atomowej. Jak wiadomo, opierało się to na założeniu, że izotop rtęci 197 Hg pochłania jeden elektron i zamienia się w złoto.
Jednak hipoteza ta została obalona w raporcie Astona, który ukazał się w magazynie Nature w sierpniu 1925 roku. Specjalista ds. separacji izotopów był w stanie jednoznacznie scharakteryzować linie izotopów rtęci za pomocą spektrografu mas o wysokiej rozdzielczości. W rezultacie okazało się, że rtęć naturalna składa się z izotopów o liczbach masowych 198, 199, 200, 201, 202 i 204.
W rezultacie stabilny izotop 197 Hg w ogóle nie istnieje. W związku z tym należy założyć, że teoretycznie niemożliwe jest uzyskanie naturalnego złota-197 z rtęci poprzez bombardowanie go elektronami, a eksperymenty mające na celu to z góry można uznać za mało obiecujące. Ostatecznie doszli do tego badacze Harkins i Kay z Uniwersytetu w Chicago, którzy postanowili przekształcić rtęć za pomocą ultraszybkich elektronów. Bombardowali rtęć (schłodzoną ciekłym amoniakiem i przyjętą jako antykatoda w lampie rentgenowskiej) elektronami przyspieszanymi w polu o napięciu 145 000 V, czyli posiadającymi prędkość 19 000 km/s.
Fritz Haber również przeprowadził podobne eksperymenty, testując eksperymenty Miethe. Pomimo bardzo czułych metod analizy Harkins i Kay nie znaleźli żadnych śladów złota. Prawdopodobnie wierzyli, że nawet elektrony o tak dużej energii nie są w stanie przeniknąć do jądra atomu rtęci. Albo powstałe izotopy złota są na tyle niestabilne, że nie mogą „przeżyć” do końca analizy, która trwa od 24 do 48 godzin.
Tym samym koncepcja mechanizmu powstawania złota z rtęci, zaproponowana przez Soddy’ego, została mocno zachwiana.
W 1940 roku, kiedy niektóre laboratoria fizyki jądrowej rozpoczęły bombardowanie pierwiastków sąsiadujących ze złotem – rtęci i platyny – szybkimi neutronami uzyskanymi za pomocą cyklotronu. Na spotkaniu fizyków amerykańskich w Nashville w kwietniu 1941 r. A. Scherr i K.T. Bainbridge z Uniwersytetu Harvarda poinformował o pomyślnych wynikach takich eksperymentów. Wysłali przyspieszone deuterony do celu litowego i uzyskali strumień szybkich neutronów, który wykorzystano do bombardowania jąder rtęci. W wyniku przemian jądrowych uzyskano złoto.
Trzy nowe izotopy o liczbach masowych 198, 199 i 200. Jednakże izotopy te nie były tak stabilne jak naturalny izotop złota-197. Emitując promienie beta, po kilku godzinach lub dniach ponownie przekształciły się w stabilne izotopy rtęci o liczbach masowych 198, 199 i 200. W związku z tym współcześni zwolennicy alchemii nie mieli powodów do radości. Złoto, które ponownie zamienia się w rtęć, jest bezwartościowe: jest to złoto zwodnicze. Jednak naukowcy cieszyli się z udanej transformacji pierwiastków. Udało im się poszerzyć swoją wiedzę na temat sztucznych izotopów złota.
Rtęć naturalna zawiera siedem izotopów w różnych ilościach: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) i 204 (6,85%) %). Ponieważ Sherr i Bainbridge znaleźli izotopy złota o liczbach masowych 198, 199 i 200, należy założyć, że to ostatnie powstało z izotopów rtęci o tych samych liczbach masowych. Na przykład: 198 Hg + N= 198 Au+ R Założenie to wydaje się uzasadnione – wszak te izotopy rtęci są dość powszechne.
Prawdopodobieństwo wystąpienia jakiejkolwiek reakcji jądrowej zależy przede wszystkim od tzw. efektywnego przekroju poprzecznego wychwytu jądra atomowego w stosunku do odpowiadającej mu bombardującej cząstki. Dlatego współpracownicy profesora Dempstera, fizycy Ingram, Hess i Haydn, podjęli próbę dokładnego określenia efektywnego przekroju poprzecznego wychwytu neutronów przez naturalne izotopy rtęci. W marcu 1947 roku udało im się wykazać, że izotopy o liczbach masowych 196 i 199 mają największe przekroje wychwytu neutronów i dlatego mają największe prawdopodobieństwo przekształcenia się w złoto. Jako „produkt uboczny” swoich eksperymentalnych badań otrzymali… złoto. Dokładnie 35 mcg, otrzymane ze 100 mg rtęci po napromieniowaniu umiarkowanymi neutronami w reaktorze jądrowym. Daje to uzysk 0,035%, jednakże jeśli znalezioną ilość złota przypisać tylko rtęci-196, to otrzymamy stały uzysk wynoszący 24%, ponieważ złoto-197 powstaje wyłącznie z izotopu rtęci o masie liczba masowa 196.
W przypadku szybkich neutronów często występują ( N, R) - reakcje, a przy wolnych neutronach - głównie ( N, d) - przekształcenia. Złoto odkryte przez pracowników Dempstera kształtowało się następująco: 196 Hg+ N= 197 Hg* + g 197 Hg* + mi- = 197 sierpnia
Niestabilna rtęć-197 powstająca w procesie (n, g) zamienia się w rezultacie w stabilne złoto-197 K-wychwyt (elektron z K-powłoki własnego atomu).
Pracownicy Dempstera nie mogli sobie odmówić przyjemności pozyskania w reaktorze pewnej ilości takiego sztucznego złota. Od tego czasu ten niewielki, ciekawy eksponat zdobi Chicagowskie Muzeum Nauki i Przemysłu. Tę rzadkość – dowód sztuki „alchemików” epoki atomowej – można było podziwiać podczas Konferencji Genewskiej w sierpniu 1955 roku.
Z punktu widzenia fizyki jądrowej możliwych jest kilka przemian atomów w złoto. Stabilne złoto 197Au można wytwarzać w wyniku radioaktywnego rozpadu niektórych izotopów sąsiadujących pierwiastków. Tego uczy nas tzw. mapa nuklidów, która przedstawia wszystkie znane izotopy i możliwe kierunki ich rozpadu. W ten sposób złoto-197 powstaje z rtęci-197, która emituje promienie beta, lub z takiej rtęci poprzez wychwytywanie K. Możliwe byłoby również wytwarzanie złota z talu-201, gdyby ten izotop emitował promienie alfa. Jednakże nie jest to przestrzegane. Jak uzyskać izotop rtęci o liczbie masowej 197, który nie występuje w przyrodzie? Czysto teoretycznie można go otrzymać z talu-197, a ten ostatni z ołowiu-197. Obydwa nuklidy spontanicznie przekształcają się odpowiednio w rtęć-197 i tal-197 po wychwycie elektronu. W praktyce byłaby to jedyna, choć tylko teoretyczna, możliwość wytworzenia złota z ołowiu. Jednak ołów-197 jest również tylko sztucznym izotopem, który należy najpierw uzyskać w wyniku reakcji jądrowej. Nie będzie działać z ołowiem naturalnym.
Izotopy platyny 197Pt i rtęci 197Hg również otrzymuje się wyłącznie w wyniku przemian jądrowych. Naprawdę możliwe są tylko reakcje oparte na naturalnych izotopach. Jako materiały wyjściowe do tego nadają się jedynie 196 Hg, 198 Hg i 194 Pt. Izotopy te można bombardować przyspieszonymi neutronami lub cząstkami alfa, aby wywołać następujące reakcje: 196 Hg + N= 197 Hg* + g 198 Hg + N= 197 Hg* + 2n 194 Pt + 4 He = 197 Hg* + N.
Z takim samym sukcesem można było otrzymać pożądany izotop platyny ze 194 Pt za pomocą ( N, d) - transformacja albo z 200 Hg przez ( N, b) - proces. Jednocześnie nie możemy oczywiście zapominać, że naturalne złoto i platyna składają się z mieszaniny izotopów, dlatego w każdym przypadku należy wziąć pod uwagę reakcje konkurencyjne. Czyste złoto będzie ostatecznie musiało zostać wyizolowane z mieszaniny różnych nuklidów i nieprzereagowanych izotopów. Proces ten będzie bardzo kosztowny. Ze względów ekonomicznych trzeba będzie całkowicie zrezygnować z przetwarzania platyny w złoto: jak wiadomo, platyna jest droższa od złota.
Inną opcją syntezy złota jest bezpośrednia transformacja jądrowa naturalnych izotopów, na przykład według następujących równań: 200 Hg + R= 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.
Jeśli rtęć naturalna zostanie wystawiona na działanie strumienia neutronów w reaktorze, wówczas oprócz stabilnego złota powstaje głównie złoto radioaktywne. To radioaktywne złoto (o liczbach masowych 198, 199 i 200) ma bardzo krótką żywotność i w ciągu kilku dni powraca do substancji macierzystych, emitując promieniowanie beta: 198 Hg + N= 198 Au* + P 198 Au = 198 Hg + mi- (2,7 dnia). W żadnym wypadku nie można wykluczyć odwrotnej przemiany radioaktywnego złota w rtęć: praw natury nie da się obejść.
W epoce atomu można wytwarzać złoto. Jednak proces ten jest zbyt kosztowny. Złoto produkowane sztucznie w reaktorze jest bezcenne. A jeśli mówimy o mieszaninie radioaktywnych izotopów 198 Au i 199 Au, to po kilku dniach ze sztabki złota pozostanie tylko kałuża rtęci.