Historia e alkimisë është kryesisht historia e gjetjes së një mënyre për ta kthyer plumbin ose merkurin në ar. Rreth real zbulimet kimike, të cilën alkimistët e mesjetës e bënin në këtë rrugë, ata shpesh flisnin rastësisht, pa shumë vëmendje. Gjëja kryesore që ata kërkonin ishte Magisterium (i njohur edhe si tretësirë e kuqe, ilaçi i jetës, eliksiri i jetës, guri filozofik) - një substancë e caktuar, një reagent që do të bënte të mundur marrjen e atyre fisnike nga metalet bazë.
Nuk dihet me siguri nëse dikush arriti të marrë ar nga merkuri dhe plumbi duke përdorur një reaksion kimik, megjithëse ka ende shumë legjenda për këtë. Sidoqoftë, në mesin e shekullit të 20-të, një grup fizikanësh amerikanë arritën të merrnin një sasi të vogël të një izotopi të qëndrueshëm ari nga merkur - por vetëm me anë të fizikës bërthamore. Transformimi i metaleve, i njohur edhe si shndërrim, doli të ishte i mundur!
Historia filloi në vitin 1940. Më pas, në disa laboratorë në mbarë botën, filluan të kryheshin eksperimente për bombardimin e merkurit, i cili është ngjitur me arin në Tabelën Periodike të Mendelejevit, me neutrone të shpejta. Rezultatet e para të suksesshme të eksperimenteve u shpallën në prill 1941 në një takim të fizikantëve amerikanë në Nashville nga shkencëtarët e Harvardit A. Sherr dhe K. T. Bainbridge.
Ata arritën të merrnin tre izotopë ari me numra masiv 198, 199 dhe 200. Por ata nuk ishin të qëndrueshëm dhe u kthyen në merkur gjatë një periudhe prej disa orësh deri në disa ditë.
Duhej një mënyrë për të marrë një izotop natyror - ari-197. Këtë rrugë, edhe pse jo me qëllim, e ndoqën punonjësit e laboratorit të profesor Arthur Dempster - fizikantët Ingram, Hess dhe Haydn. (Arthur Dempster është i famshëm për krijimin e spektometrit të parë masiv modern dhe zbulimin, së bashku me F. Aston, një numër rekord të izotopeve të elementeve kimike).
Në mars të vitit 1947, ky grup shkencëtarësh, gjatë studimit të procesit të kapjes së neutroneve nga bërthamat atomike, arritën të merrnin arin e dëshiruar-197 si nënprodukt. Ai u "ekstraktua" nga 100 miligramë merkur-196 duke e rrezatuar atë me neutrone të moderuara në një reaktor bërthamor.
Rendimenti i arit të qëndrueshëm ishte vetëm 35 µg. Kjo, sipas standardeve shkencore, është një sasi mjaft e dukshme ari artificial. Një publikim në lidhje me zbulimin u shfaq në revistën Physical Review. Por publiku i gjerë natyrisht nuk e vuri re artikullin me titull "Seksione tërthore efektive për kapjen e neutroneve nga izotopet e merkurit".
Sidoqoftë, në vitin 1949, një gazetar i caktuar "i verdhë" botoi një artikull në lidhje me fillimin e prodhimit të arit në reaktorët bërthamorë. Rezultati i publikimit ishte paniku në bursat franceze, i cili çoi në një kolaps të çmimeve të arit. Paniku u ndal vetëm në vitin 1950, kur revista Atoms botoi një artikull, "Transmutimi i Mërkurit në Ar", në të cilin u raportua se kostoja e prodhimit të arit artificial nga merkuri është shumë herë më e lartë se kostoja e nxjerrjes së arit natyror nga minerali më i farës i arit.
35 mikrogramë ari artificial ruhen ende në Çikago - në Muzeun e Shkencës dhe Industrisë. Që atëherë, askush nuk është angazhuar seriozisht në prodhimin e arit-197 nga metalet bazë ose nuk është përpjekur të ulë koston e teknologjisë.
Në shek. Rezulton se atomet e një ari të tillë funksionojnë si tuba të vegjël me rreze X dhe vrasin qelizat e kancerit në një zonë të përcaktuar rreptësisht të trupit.
Dhe në shekullin e 21-të, "alkimia e kundërt" lulëzon. Nga ari, për shembull, fitohen izotopet e elementeve me vlerë shkencërisht francium dhe astatine, të cilat thjesht nuk ekzistojnë në natyrë.
Foto: “Goden eggs in carton” (corbisimages.com/photographer/bevis-boobacca), Arthur Dempster (Instituti Amerikan i Fizikës)
Rreshtimi i tekstit në HTML, në qendër të tekstit, djathtas i faqes
Kujdes! Zbritjet skadojnë brenda 1 deri në disa ditë. Kontrolloni kushtet e ofertave me zbritje.
Ari i prodhuar në një reaktor bërthamor
Në vitin 1935, fizikani amerikan Arthur Dempster arriti të kryente përcaktimi masiv spektrografik i izotopeve të përfshira në uranium natyror. Gjatë eksperimenteve, Dempster studioi gjithashtu përbërjen izotopike të arit dhe zbuloi vetëm një izotop - ari-197. Nuk kishte asnjë tregues për ekzistencën e arit-199. Disa shkencëtarë supozuan se duhet të ekzistonte një izotop i rëndë ari, pasi arit në atë kohë iu caktua një masë atomike relative prej 197.2. Megjithatë, ari është një element monoizotopik. Prandaj, ata që dëshirojnë të marrin artificialisht këtë metal fisnik të lakmuar duhet t'i drejtojnë të gjitha përpjekjet në sintezën e izotopit të vetëm të qëndrueshëm - ari-197.
Lajmet për eksperimente të suksesshme në prodhimin e arit artificial kanë shkaktuar gjithmonë shqetësim në qarqet financiare dhe në pushtet. Kështu ishte në kohën e sundimtarëve romakë dhe kështu mbetet edhe tani. Prandaj, nuk është për t'u habitur që një raport i thatë mbi kërkimin e Laboratorit Kombëtar në Çikago nga grupi i profesor Dempster kohët e fundit shkaktoi eksitim në botën financiare kapitaliste: në një reaktor bërthamor mund të merrni ar nga merkuri! Ky është rasti më i fundit dhe më bindës i transformimit alkimik.
Kjo filloi në vitin 1940, kur në disa laboratorë të fizikës bërthamore ata filluan të bombardojnë elementët ngjitur me arin - merkur dhe platin - me neutrone të shpejta të marra duke përdorur një ciklotron. Në një takim të fizikantëve amerikanë në Nashville në prill 1941, A. Sherr dhe K. T. Bainbridge nga Universiteti i Harvardit raportuan mbi rezultatet e suksesshme të eksperimenteve të tilla. Ata dërguan deuterone të përshpejtuar në një objektiv litiumi dhe morën një rrjedhë neutronesh të shpejta, të cilat u përdorën për të bombarduar bërthamat e merkurit. Si rezultat i transformimit bërthamor, u përftua ari!
Tre izotopë të rinj me numra masiv 198, 199 dhe 200. Megjithatë, këta izotopë nuk ishin aq të qëndrueshëm sa izotopi natyror ari-197. Duke lëshuar rreze beta, ata, pas disa orësh ose ditësh, u shndërruan përsëri në izotopë të qëndrueshëm të merkurit me numra masiv 198, 199 dhe 200. Për rrjedhojë, adhuruesit modernë të alkimisë nuk kishin asnjë arsye për t'u gëzuar. Ari që kthehet përsëri në merkur është i pavlefshëm: është ari mashtrues. Megjithatë, shkencëtarët u gëzuan për transformimin e suksesshëm të elementeve. Ata ishin në gjendje të zgjeronin njohuritë e tyre për izotopet artificiale të arit.
Baza e "transmutimit" të kryer nga Sherr dhe Bainbridge është i ashtuquajturi ( n, fq) -reaksion: bërthama e një atomi të merkurit që thith një neutron n, shndërrohet në një izotop ari dhe lëshon një proton R.
Mërkuri natyror përmban shtatë izotope në sasi të ndryshme: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) dhe 204 (6 ,85%). Meqenëse Sherr dhe Bainbridge gjetën izotope ari me numra masiv 198, 199 dhe 200, duhet të supozohet se ky i fundit lindi nga izotopet e merkurit me të njëjtin numër masiv. Për shembull:
198 Hg+ n= 198 Au + R
Ky supozim duket i justifikuar - në fund të fundit, këta izotopë të merkurit janë mjaft të zakonshëm.
Probabiliteti i ndodhjes së ndonjë reaksioni bërthamor përcaktohet kryesisht nga të ashtuquajturat seksion kryq kapës efektiv bërthama atomike në raport me grimcën përkatëse të bombardimit. Prandaj, bashkëpunëtorët e profesor Dempster, fizikantët Ingram, Hess dhe Haydn, u përpoqën të përcaktojnë me saktësi seksionin kryq efektiv për kapjen e neutroneve nga izotopet natyrore të merkurit. Në mars 1947, ata ishin në gjendje të tregonin se izotopet me numra masiv 196 dhe 199 kishin seksionet më të mëdha të kapjes së neutroneve dhe për këtë arsye kishin gjasat më të mëdha për t'u bërë ari. Si një "nënprodukt" i saj hulumtim eksperimental morën... ar! Saktësisht 35 mcg, të marra nga 100 mg merkur pas rrezatimit me neutrone të moderuara në një reaktor bërthamor. Kjo arrin në një rendiment prej 0,035%, megjithatë, nëse sasia e gjetur e arit i atribuohet vetëm merkurit-196, atëherë do të merret një rendiment solid prej 24%, pasi ari-197 formohet vetëm nga izotopi i merkurit me një numri masiv prej 196.
Me neutronet e shpejta ato ndodhin shpesh ( n, R) reaksione, dhe me neutrone të ngadalta - kryesisht ( n, γ)-transformime. Ari i zbuluar nga punonjësit e Dempster u formua si më poshtë:
196 Hg+ n= 197 Hg* + γ
197 Hg* + e- = 197 Au
Merkuri i paqëndrueshëm-197 i formuar nga procesi (n, γ) shndërrohet në ar të qëndrueshëm-197 si rezultat. K-kapje (elektroni nga K-predha të atomit të vet).
Kështu, Ingram, Hess dhe Haydn sintetizuan sasi të konsiderueshme ari artificial në një reaktor atomik! Përkundër kësaj, "sinteza e tyre e arit" nuk alarmoi askënd, pasi vetëm shkencëtarët që ndoqën me kujdes botimet në Physical Review mësuan për të. Raporti ishte i shkurtër dhe ndoshta jo mjaftueshëm interesant për shumë për shkak të titullit të tij të pakuptimtë: "Seksionet kryq të neutronit për izotopet e merkurit" ( Prerje tërthore efektive të kapjes së neutroneve për izotopet e merkurit).
Megjithatë, rastësia do të ishte që dy vjet më vonë, në 1949, një gazetar tepër i zellshëm mori këtë mesazh thjesht shkencor dhe, në një mënyrë të zhurmshme të stilit të tregut, njoftoi në shtypin botëror për prodhimin e arit në një reaktor bërthamor. Pas kësaj, në Francë ka ndodhur një konfuzion i madh kur kuotohet ari në bursë. Dukej se ngjarjet po zhvilloheshin pikërisht siç e kishte imagjinuar Rudolf Daumann, i cili parashikoi "fundin e arit" në romanin e tij fantashkencë.
Megjithatë, ari artificial i prodhuar në një reaktor bërthamor e bëri veten të priste. Nuk kishte se si do të vërshonte tregjet e botës. Nga rruga, profesor Dempster nuk kishte asnjë dyshim për këtë. Gradualisht, tregu francez i kapitalit u qetësua sërish. Kjo nuk është meritë më e vogël e revistës franceze "Atoms", e cila botoi një artikull në numrin e janarit 1950: "La transmutation du mercure en or" ( Shndërrimi i merkurit në ar).
Megjithëse revista në parim pranoi mundësinë e prodhimit të arit nga merkuri duke përdorur një reaksion bërthamor, ajo i siguroi lexuesit e saj për sa vijon: çmimi i një metali të tillë fisnik artificial do të ishte shumë herë më i lartë se ari natyror i nxjerrë nga mineralet më të varfra të arit!
Punonjësit e Dempster nuk mund t'i mohonin vetes kënaqësinë e marrjes së një sasie të caktuar ari të tillë artificial në reaktor. Që atëherë, kjo ekspozitë e vogël kurioze ka zbukuruar Muzeun e Shkencës dhe Industrisë së Çikagos. Kjo gjë e rrallë - dëshmi e artit të "alkimistëve" në epokën atomike - mund të admirohej gjatë Konferencës së Gjenevës në gusht 1955.
Nga pikëpamja e fizikës bërthamore, disa shndërrime të atomeve në ar janë të mundshme. Më në fund do të zbulojmë sekretin e gurit filozofik dhe do t'ju tregojmë se si të bëni ar. Le të theksojmë se e vetmja mënyrë e mundshme është transformimi i bërthamave. Të gjitha recetat e tjera të alkimisë klasike që na kanë ardhur janë të pavlera, ato çojnë vetëm në mashtrim.
Ari i qëndrueshëm, 197Au, mund të prodhohej nga zbërthimi radioaktiv i disa izotopeve të elementeve fqinjë. Kjo është ajo që na mëson e ashtuquajtura harta nuklide, e cila paraqet të gjithë izotopet e njohura dhe drejtimet e mundshme të zbërthimit të tyre. Kështu, ari-197 formohet nga merkuri-197, i cili lëshon rreze beta, ose nga zhiva e tillë me kapjen e K. Do të ishte gjithashtu e mundur të bëhej ari nga talium-201 nëse ky izotop lëshonte rreze alfa. Megjithatë, kjo nuk vërehet. Si mund të merret një izotop i merkurit me një numër masiv 197, i cili nuk ekziston në natyrë? Thjesht teorikisht, mund të merret nga talium-197, dhe ky i fundit nga plumbi-197. Të dy nuklidet shndërrohen në mënyrë spontane në merkur-197 dhe tallium-197, përkatësisht, me kapjen e një elektroni. Në praktikë, kjo do të ishte e vetmja, megjithëse e vetme teorike, mundësia për të bërë ar nga plumbi. Sidoqoftë, plumbi-197 është gjithashtu vetëm një izotop artificial, i cili së pari duhet të merret nga një reaksion bërthamor. Nuk do të funksionojë me plumb natyral.
Izotopet e platinit 197Pt dhe merkurit 197Hg përftohen gjithashtu vetëm nga transformimet bërthamore. Vetëm reaksionet e bazuara në izotopet natyrore janë vërtet të realizueshme. Vetëm 196 Hg, 198 Hg dhe 194 Pt janë të përshtatshme si lëndë fillestare për këtë. Këto izotope mund të bombardohen me neutrone të përshpejtuara ose grimca alfa për të prodhuar reaksionet e mëposhtme:
196 Hg+ n= 197 Hg* + γ
198 Hg+ n= 197 Hg* + 2n
194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n
Me të njëjtin sukses mund të merret izotopi i dëshiruar i platinit nga 194 Pt nga ( n, γ)-transformim ose nga 200 Hg nga ( n, α) -proces. Në të njëjtën kohë, natyrisht, nuk duhet të harrojmë se ari natyror dhe platini përbëhen nga një përzierje izotopësh, kështu që në çdo rast duhet të merren parasysh reagimet konkurruese. Ari i pastër përfundimisht do të duhet të izolohet nga një përzierje e nuklideve të ndryshme dhe izotopeve që nuk reagojnë. Ky proces do të jetë shumë i shtrenjtë. Transformimi i platinit në ar do të duhet të braktiset fare për arsye ekonomike: siç e dini, platini është më i shtrenjtë se ari.
Një tjetër mundësi për sintezën e arit është transformimi i drejtpërdrejtë bërthamor i izotopeve natyrore, për shembull, sipas ekuacioneve të mëposhtme:
200 Hg+ R= 197 Au + 4 Ai
199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He
Do të çonte gjithashtu në ar-197 (γ, R) -procesi (merkur-198), (α, R) -proces (platin-194) ose ( R, γ) ose (D, n)-transformim (platin-196). Pyetja e vetme është nëse kjo është praktikisht e mundur, dhe nëse po, a është edhe me kosto efektive për arsyet e përmendura. Vetëm bombardimi afatgjatë i merkurit me neutrone, të cilat janë të pranishme në reaktor në përqendrim të mjaftueshëm, do të ishte ekonomik. Grimcat e tjera do të duhej të prodhoheshin ose të përshpejtoheshin në një ciklotron, një metodë e njohur për të prodhuar vetëm rendimente të vogla të substancave.
Nëse merkuri natyror i ekspozohet një fluksi neutron në një reaktor, atëherë përveç arit të qëndrueshëm, formohet kryesisht ari radioaktiv. Ky ar radioaktiv (me numrat masiv 198, 199 dhe 200) ka një jetëgjatësi shumë të shkurtër dhe brenda pak ditësh kthehet në substancat e tij origjinale duke emetuar rrezatim beta:
198 Hg+ n= 198 Au* + fq
198 Au = 198 Hg + e- (2.7 ditë)
Nuk është aspak e mundur të përjashtohet shndërrimi i kundërt i arit radioaktiv në merkur, domethënë të thyhet ky Circulus vitiosus: ligjet e natyrës nuk mund të anashkalohen.
Në këto kushte, prodhimi sintetik i platinit të shtrenjtë metalik fisnik duket më pak i komplikuar sesa "alkimia". Nëse do të ishte e mundur të drejtohej bombardimi i neutroneve në një reaktor në mënyrë që kryesisht ( n, α)-transformime, atëherë mund të shpresohet të përftohen sasi të konsiderueshme platini nga merkuri: të gjithë izotopet e zakonshme të merkurit - 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg - shndërrohen në izotope të qëndrueshme të platinit - 195 Pt, 196 Pt dhe 198 Pt . Sigurisht, edhe këtu procesi i izolimit të platinit sintetik është shumë i ndërlikuar.
Frederick Soddy, në vitin 1913, propozoi një mënyrë për të marrë arin me transformimin bërthamor të taliumit, merkurit ose plumbit. Sidoqoftë, në atë kohë shkencëtarët nuk dinin asgjë për përbërjen izotopike të këtyre elementeve. Nëse do të mund të realizohej procesi i ndarjes së grimcave alfa dhe beta të propozuar nga Soddy, do të ishte e nevojshme të vazhdohej nga izotopet 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. Prej tyre, vetëm izotopi 201 Hg ekziston në natyrë, i përzier me izotopet e tjera të këtij elementi dhe kimikisht i pandashëm. Rrjedhimisht, receta e Soddy nuk ishte e realizueshme.
Atë që as një studiues i shquar i atomit nuk mund ta realizojë, një laik, natyrisht, nuk mund ta realizojë. Shkrimtari Dauman, në librin e tij "Fundi i arit", botuar në vitin 1938, na dha një recetë për shndërrimin e bismutit në ar: duke ndarë dy grimca alfa nga një bërthamë bismuti duke përdorur rreze X me energji të lartë. Një reagim i tillë (γ, 2α) nuk është i njohur deri më sot. Përveç kësaj, transformimi hipotetik
205 Bi + γ = 197 Au + 2α
nuk mund të shkojë për një arsye tjetër: nuk ka izotop të qëndrueshëm 205 Bi. Bismuti është një element monoizotopik! Izotopi i vetëm natyror i bismutit me një numër masiv 209 mund të prodhojë, sipas parimit të reaksionit Daumann, vetëm ari radioaktiv-201, i cili me një gjysmë jetëgjatësi prej 26 minutash kthehet përsëri në merkur. Siç e shohim, heroi i romanit të Dauman, shkencëtari Bargengrond, nuk mund të merrte ar!
Tani ne e dimë se si të marrim ar. Të armatosur me njohuritë e fizikës bërthamore, le të rrezikojmë një eksperiment mendimi: le të kthejmë 50 kg merkur në një reaktor bërthamor në ar të plotë - në ar-197. Ari i vërtetë vjen nga merkuri-196. Fatkeqësisht, vetëm 0.148% e këtij izotopi gjendet në merkur. Prandaj, në 50 kg merkur ka vetëm 74 g merkur-196, dhe vetëm kjo sasi mund të shndërrohet në ar të vërtetë.
Le të jemi optimistë në fillim dhe të supozojmë se këto 74 g merkur-196 mund të shndërrohen në të njëjtën sasi ari-197 nëse merkuri bombardohet me neutrone në një reaktor modern me një produktivitet prej 10 15 neutrone/(cm 2 . Me). Le të imagjinojmë 50 kg merkur, pra 3,7 litra, në formën e një topi të vendosur në një reaktor, atëherë sipërfaqja e merkurit, e barabartë me 1157 cm 2, do të ndikohet nga një prurje prej 1,16 çdo sekondë. . 10 18 neutrone. Nga këto, 74 g izotop-196 preken nga 0,148%, ose 1,69 . 10 15 neutrone. Për ta thjeshtuar, supozojmë më tej se çdo neutron shkakton transformimin e 196 Hg në 197 Hg*, nga e cila 197 Au formohet nga kapja e elektroneve.
Prandaj, ne kemi në dispozicion 1.69 . 10 15 neutrone në sekondë për të transformuar atomet e merkurit-196. Sa atome janë në të vërtetë këto? Një mol i elementit, pra 197 g ar, 238 g uranium, 4 g helium, përmban 6,022 . 10 23 atome. Ne mund të marrim vetëm një ide të përafërt të këtij numri gjigant bazuar në krahasimi vizual. Për shembull, kjo: imagjinoni që e gjithë popullsia e globit në vitin 1990 - afërsisht 6 miliardë njerëz - filloi të numëronte këtë numër atomesh. Të gjithë numërojnë një atom në sekondë. Në sekondën e parë do të numëronin 6 . 10 9 atome, në dy sekonda - 12 . 10 9 atome, etj. Sa kohë do t'i duhej njerëzimit në vitin 1990 për të numëruar të gjitha atomet në një nishan? Përgjigja është tronditëse: rreth 3,200,000 vjet!
74 g merkur-196 përmbajnë 2,27 . 10 23 atome. Për sekondë me një fluks të caktuar neutron mund të shndërrojmë 1.69 . 10 15 atome merkuri. Sa kohë do të duhet për të konvertuar të gjithë sasinë e merkurit-196? Këtu është përgjigja: do të kërkonte bombardim intensiv neutron nga një reaktor me fluks të lartë për katër vjet e gjysmë! Ne duhet t'i përballojmë këto shpenzime të mëdha në mënyrë që në fund të fitojmë vetëm 74 g ar nga 50 kg merkur, dhe ky ari sintetik duhet të ndahet gjithashtu nga izotopet radioaktive të arit, merkurit, etj.
Po, ashtu është, në epokën e atomit mund të bësh flori. Megjithatë, procesi është shumë i shtrenjtë. Ari i prodhuar artificialisht në një reaktor është i paçmuar. Do të ishte më e lehtë për të shitur një përzierje të izotopeve radioaktive të saj si "ari". Ndoshta shkrimtarët e trillimeve shkencore do të tundohen të krijojnë histori që përfshijnë këtë ar "të lirë"?
"Mare tingerem, si mercuris esset" ( Do ta ktheja detin në ar nëse do të përbëhej nga mërkuri). Kjo deklaratë mburrëse iu atribuua alkimistit Raymundus Lullus. Supozoni se ne nuk e kthyem detin, por një sasi të madhe merkuri në 100 kg ar në një reaktor atomik. I padallueshëm nga ari natyral, ky ari radioaktiv qëndron para nesh në formën e shufrave me shkëlqim. Nga pikëpamja kimike, ky është gjithashtu ari i pastër.
Disa Croesus i blen këto bare me atë që ai beson se është një çmim i ngjashëm. Ai nuk e ka idenë se në realitet po flasim për një përzierje të izotopeve radioaktive 198 Au dhe 199 Au, gjysma e jetës së të cilave është nga 65 në 75 orë.
Për çdo tre ditë pasuria e tij përgjysmohet dhe ai nuk është në gjendje ta parandalojë këtë; pas një jave, vetëm 20 kg ar do të mbeten nga 100 kg ari, pas dhjetë gjysmë jetësh (30 ditë) - praktikisht asgjë (teorikisht, kjo është 80 g të tjera). Gjithçka që mbeti në thesar ishte një pellg i madh me merkur. Ari mashtrues i alkimistëve!
Prej disa vitesh, Adolf Mithe kishte ngjyrosur mineralet dhe xhamin nën ndikimin e rrezeve ultravjollcë. Për ta bërë këtë, ai përdori një llambë konvencionale të merkurit - një tub qelqi kuarci të evakuuar, midis elektrodave të të cilit formohet një hark merkuri, duke lëshuar rreze ultravjollcë.
Më vonë, Miethe përdori një lloj të ri llambë, e cila dha një prodhim veçanërisht të lartë të energjisë. Sidoqoftë, gjatë përdorimit të zgjatur, në muret e tij u formuan depozita, të cilat ndërhynin shumë në punë. Depozita të tilla mund të gjendeshin edhe në llambat e përdorura të merkurit nëse hiqej merkuri. Përbërja e kësaj mase të zezë i interesoi këshilltarit të fshehtë dhe papritmas, kur analizoi pjesën e mbetur prej 5 kg zhivë të llambës, ai gjeti... ar. Mitya pyeti veten nëse ishte teorikisht e mundur që zhiva në një llambë merkuri, si rezultat i shkatërrimit të një atomi, të kalbet në ar me shkëputjen e protoneve ose grimcave alfa. Miethe dhe bashkëpunëtori i tij Hans Stamreich kryen eksperimente të shumta, të magjepsur nga ideja e këtij transformimi të elementeve. Materiali fillestar ishte merkuri i distiluar në vakum. Studiuesit besonin se nuk përmbante ar. Këtë e vërtetuan edhe analizat e kimistëve të famshëm K. Hoffmann dhe F. Haber. Mitya u kërkoi atyre të ekzaminonin merkurin dhe mbetjet në llambë. Me këtë merkur, i cili sipas të dhënave analitike ishte i pastër nga ari, Miethe dhe Stamreich mbushën një llambë të re, e cila më pas punoi për 200 orë, pasi e hoqën zhivën, e shpërndanë mbetjen në acid nitrik dhe me entuziazëm ekzaminuan në mikroskop atë që kishte mbetur. në gotë: kishte një shkëndijë në xhamin e kapakut aglomerat të verdhë të artë të kristaleve tetëedrale.
Megjithatë, Frederick Soddy nuk mendoi se ari u formua nga abstraksioni i një grimce alfa ose protoni. Përkundrazi, mund të flasim për thithjen e një elektroni: nëse ky i fundit ka mjaftueshëm shpejtësi e lartë, për të shpuar predha elektronike të atomeve dhe për të depërtuar në bërthamë, atëherë mund të formohet ari. Në këtë rast, numri serial i merkurit (80) zvogëlohet me një dhe formohet elementi i 79-të - ari.
Deklarata teorike e Soddy përforcoi këndvështrimin e Miethe dhe të gjithë atyre studiuesve që besonin fort në "shkatërrimin" e merkurit në ar. Sidoqoftë, ata nuk e morën parasysh faktin se vetëm një izotop i merkurit me një numër parash 197 mund të shndërrohet në ar natyral vetëm 197 Hg e- = 197 Au mund të japë ar.
A ekziston izotopi 197 Hg? Masa atomike relative e këtij elementi, 200.6, e quajtur atëherë pesha atomike, sugjeroi se kishte disa izotope të tij. F.V. Aston, duke studiuar rrezet e kanalit, gjeti izotope të merkurit me numra masiv nga 197 në 202, kështu që një transformim i tillë ishte i mundshëm.
Sipas një versioni tjetër, nga një përzierje e izotopeve 200.6 Hg, mund të formohej edhe 200.6Au, domethënë një ose më shumë izotope ari me masa të mëdha. Ky ar duhet të ishte më i rëndë. Prandaj, Miethe nxitoi të përcaktojë masën atomike relative të arit të tij artificial dhe ia besoi këtë specialistit më të mirë në këtë fushë - profesor Gonigschmidt në Mynih.
Sigurisht, sasia e arit artificial për një përcaktim të tillë ishte shumë e pakët, por Mitya nuk kishte akoma më shumë: mbret peshonte 91 mg, diametri i topit ishte 2 mm. Nëse e krahasojmë me "rendimentet" e tjera që Miethe mori gjatë transformimeve në një llambë merkuri - në çdo eksperiment ato varionin nga 10 -2 në 10 -4 mg - ishte ende një copë ari e dukshme. Gonigschmidt dhe bashkëpunëtori i tij Zintl gjetën një masë atomike relative prej 197.2 ± 0.2 për arin artificial.
Gradualisht, Mitya hoqi "fshehtësinë" nga eksperimentet e tij. Më 12 shtator 1924 u publikua një mesazh nga laboratori fotokimik, në të cilin për herë të parë paraqiteshin të dhënat eksperimentale dhe përshkruheshin më hollësisht pajisjet. Rendimenti u bë gjithashtu i njohur: nga 1,52 kg merkur, i pastruar më parë me distilim me vakum, pas 107 orësh djegie të vazhdueshme të një harku 16 cm të gjatë, në një tension prej 160 në 175 V dhe një rrymë 12,6 A, Mite mori po aq. si 8,2 * 10 -5 g ar, domethënë tetë të qindtat e miligramit. "Alkimistët" nga Charlottenburg siguruan se as substanca fillestare, as elektrodat dhe telat që furnizonin rrymën, as kuarci i guaskës së llambës nuk përmbanin sasi ari të dallueshme analitike.
Megjithatë, shpejt erdhi një pikë kthese. Kimistët bëheshin gjithnjë e më të dyshimtë. Ari ndonjëherë formohet, dhe gjithmonë në sasi minimale, dhe pastaj përsëri nuk formohet. Nuk gjendet asnjë proporcionalitet, domethënë, sasia e arit nuk rritet me rritjen e përmbajtjes së merkurit, rritjen e diferencës potenciale ose me një kohë më të gjatë funksionimi të llambës kuarci. A është prodhuar në të vërtetë ari që u zbulua artificialisht? Apo ishte i pranishëm më parë? Burimet e gabimeve të mundshme sistematike në metodën Miethe u kontrolluan nga disa shkencëtarë nga institutet kimike të Universitetit të Berlinit, si dhe nga laboratori i koncernit elektrik Siemens. Kimistët para së gjithash studiuan në detaje procesin e distilimit të merkurit dhe arritën në një përfundim mahnitës: edhe në merkurin e distiluar, në dukje pa ar, ka gjithmonë ar. Ai ose u shfaq gjatë procesit të distilimit ose mbeti i tretur në merkur në formë gjurmë, kështu që nuk mund të zbulohej menjëherë në mënyrë analitike. Vetëm pas qëndrimit për një kohë të gjatë ose kur spërkatej në një hark që shkaktoi pasurim, u zbulua papritur përsëri. Ky efekt mund të ngatërrohet me formimin e arit. Një tjetër rrethanë doli në dritë. Materialet e përdorura, duke përfshirë kabllot që çojnë në elektroda dhe vetë elektrodat, të gjitha përmbanin gjurmë ari.
Por kishte ende një deklaratë bindëse nga fizikanët atomikë se një transformim i tillë ishte i mundur nga pikëpamja e teorisë atomike. Siç dihet, kjo bazohej në supozimin se izotopi i merkurit 197 Hg thith një elektron dhe shndërrohet në ar.
Sidoqoftë, kjo hipotezë u hodh poshtë nga raporti i Aston, i cili u shfaq në revistën Nature në gusht 1925. Një specialist i ndarjes së izotopeve ishte në gjendje të karakterizonte pa mëdyshje linjat e izotopeve të merkurit duke përdorur një spektrograf masiv me rezolucion të lartë. Si rezultat, rezultoi se merkuri natyror përbëhet nga izotope me numra masiv 198, 199, 200, 201, 202 dhe 204.
Rrjedhimisht, izotopi i qëndrueshëm 197 Hg nuk ekziston fare. Rrjedhimisht, duhet të supozohet se është teorikisht e pamundur të merret ari natyror-197 nga merkur duke e bombarduar atë me elektrone, dhe eksperimentet që synojnë këtë mund të konsiderohen paraprakisht si jo premtuese. Kjo u realizua përfundimisht nga studiuesit Harkins dhe Kay nga Universiteti i Çikagos, të cilët u nisën për të transformuar merkurin duke përdorur elektrone ultra të shpejta. Ata bombarduan merkurin (të ftohur me amoniak të lëngshëm dhe të marrë si anti-katodë në një tub me rreze X) me elektrone të përshpejtuara në një fushë prej 145,000 V, domethënë me një shpejtësi prej 19,000 km/s.
Fritz Haber gjithashtu kreu eksperimente të ngjashme kur testoi eksperimentet e Miethe. Pavarësisht metodave shumë të ndjeshme të analizës, Harkins dhe Kay nuk gjetën asnjë gjurmë ari. Ata ndoshta besonin se edhe elektronet me energji kaq të lartë nuk ishin në gjendje të depërtonin në bërthamën e një atomi të merkurit. Ose izotopet e arit që rezultojnë janë aq të paqëndrueshëm sa nuk mund të "mbijetojnë" deri në fund të analizës, e cila zgjat nga 24 në 48 orë.
Kështu, ideja e mekanizmit të formimit të arit nga merkuri, e propozuar nga Soddy, u trondit shumë.
Në vitin 1940, kur disa laboratorë të fizikës bërthamore filluan të bombardojnë elementët ngjitur me arin - merkurin dhe platinin - me neutrone të shpejta të marra duke përdorur një ciklotron. Në një takim të fizikantëve amerikanë në Nashville në prill 1941, A. Scherr dhe K.T. Bainbridge nga Universiteti i Harvardit raportoi rezultatet e suksesshme të eksperimenteve të tilla. Ata dërguan deuterone të përshpejtuar në një objektiv litiumi dhe morën një rrjedhë neutronesh të shpejta, të cilat u përdorën për të bombarduar bërthamat e merkurit. Si rezultat i transformimit bërthamor, u përftua ari.
Tre izotopë të rinj me numra masiv 198, 199 dhe 200. Megjithatë, këta izotopë nuk ishin aq të qëndrueshëm sa izotopi natyror ari-197. Duke lëshuar rreze beta, ata, pas disa orësh ose ditësh, u shndërruan përsëri në izotopë të qëndrueshëm të merkurit me numra masiv 198, 199 dhe 200. Për rrjedhojë, adhuruesit modernë të alkimisë nuk kishin asnjë arsye për t'u gëzuar. Ari që kthehet përsëri në merkur është i pavlefshëm: është ari mashtrues. Megjithatë, shkencëtarët u gëzuan për transformimin e suksesshëm të elementeve. Ata ishin në gjendje të zgjeronin njohuritë e tyre për izotopet artificiale të arit.
Merkuri natyror përmban shtatë izotope në sasi të ndryshme: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) dhe 204 (6). %). Meqenëse Sherr dhe Bainbridge gjetën izotope ari me numra masiv 198, 199 dhe 200, duhet të supozohet se ky i fundit lindi nga izotopet e merkurit me të njëjtin numër masiv. Për shembull: 198 Hg + n= 198 Au + R Ky supozim duket i justifikuar - në fund të fundit, këta izotopë të merkurit janë mjaft të zakonshëm.
Probabiliteti i ndodhjes së ndonjë reaksioni bërthamor përcaktohet kryesisht nga e ashtuquajtura seksion kryq efektiv i kapjes së një bërthame atomike në lidhje me grimcën përkatëse të bombardimit. Prandaj, bashkëpunëtorët e profesor Dempster, fizikantët Ingram, Hess dhe Haydn, u përpoqën të përcaktojnë me saktësi seksionin kryq efektiv për kapjen e neutroneve nga izotopet natyrore të merkurit. Në mars 1947, ata ishin në gjendje të tregonin se izotopet me numra masiv 196 dhe 199 kishin seksionet më të mëdha të kapjes së neutroneve dhe për këtë arsye kishin gjasat më të mëdha për t'u bërë ari. Si “nënprodukt” i kërkimeve të tyre eksperimentale, ata morën... ar. Saktësisht 35 mcg, të marra nga 100 mg merkur pas rrezatimit me neutrone të moderuara në një reaktor bërthamor. Kjo arrin në një rendiment prej 0,035%, megjithatë, nëse sasia e gjetur e arit i atribuohet vetëm merkurit-196, atëherë do të merret një rendiment solid prej 24%, pasi ari-197 formohet vetëm nga izotopi i merkurit me një numri masiv prej 196.
Me neutronet e shpejta ato ndodhin shpesh ( n, R) - reaksione, dhe me neutrone të ngadalta - kryesisht ( n, d) - shndërrime. Ari i zbuluar nga punonjësit e Dempster u formua si më poshtë: 196 Hg + n= 197 Hg* + g 197 Hg* + e- = 197 Au
Merkuri i paqëndrueshëm-197 i formuar nga procesi (n, g) kthehet në ar të qëndrueshëm-197 si rezultat. K-kapje (elektroni nga K-predha të atomit të vet).
Punonjësit e Dempster nuk mund t'i mohonin vetes kënaqësinë e marrjes së një sasie të caktuar ari të tillë artificial në reaktor. Që atëherë, kjo ekspozitë e vogël kurioze ka zbukuruar Muzeun e Shkencës dhe Industrisë së Çikagos. Kjo gjë e rrallë - dëshmi e artit të "alkimistëve" në epokën atomike - mund të admirohej gjatë Konferencës së Gjenevës në gusht 1955.
Nga pikëpamja e fizikës bërthamore, disa shndërrime të atomeve në ar janë të mundshme. Ari i qëndrueshëm, 197Au, mund të prodhohej nga zbërthimi radioaktiv i disa izotopeve të elementeve fqinjë. Kjo është ajo që na mëson e ashtuquajtura harta nuklide, e cila paraqet të gjithë izotopet e njohura dhe drejtimet e mundshme të zbërthimit të tyre. Kështu, ari-197 formohet nga merkuri-197, i cili lëshon rreze beta, ose nga zhiva e tillë me kapjen e K. Do të ishte gjithashtu e mundur të bëhej ari nga talium-201 nëse ky izotop lëshonte rreze alfa. Megjithatë, kjo nuk vërehet. Si mund të merret një izotop i merkurit me një numër masiv 197, i cili nuk ekziston në natyrë? Thjesht teorikisht, mund të merret nga talium-197, dhe ky i fundit nga plumbi-197. Të dy nuklidet shndërrohen në mënyrë spontane në merkur-197 dhe tallium-197, përkatësisht, me kapjen e një elektroni. Në praktikë, kjo do të ishte e vetmja, megjithëse e vetme teorike, mundësia për të bërë ar nga plumbi. Sidoqoftë, plumbi-197 është gjithashtu vetëm një izotop artificial, i cili së pari duhet të merret nga një reaksion bërthamor. Nuk do të funksionojë me plumb natyral.
Izotopet e platinit 197Pt dhe merkurit 197Hg përftohen gjithashtu vetëm nga transformimet bërthamore. Vetëm reaksionet e bazuara në izotopet natyrore janë vërtet të realizueshme. Vetëm 196 Hg, 198 Hg dhe 194 Pt janë të përshtatshme si lëndë fillestare për këtë. Këto izotope mund të bombardohen me neutrone të përshpejtuara ose grimca alfa për të prodhuar reaksionet e mëposhtme: 196 Hg + n= 197 Hg* + g 198 Hg + n= 197 Hg* + 2n 194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n.
Me të njëjtin sukses mund të merret izotopi i dëshiruar i platinit nga 194 Pt nga ( n, d) - transformimi ose nga 200 Hg nga ( n, b) - proces. Në të njëjtën kohë, natyrisht, nuk duhet të harrojmë se ari natyror dhe platini përbëhen nga një përzierje izotopësh, kështu që në çdo rast duhet të merren parasysh reagimet konkurruese. Ari i pastër përfundimisht do të duhet të izolohet nga një përzierje e nuklideve të ndryshme dhe izotopeve që nuk reagojnë. Ky proces do të jetë shumë i shtrenjtë. Transformimi i platinit në ar do të duhet të braktiset fare për arsye ekonomike: siç e dini, platini është më i shtrenjtë se ari.
Një tjetër mundësi për sintezën e arit është transformimi i drejtpërdrejtë bërthamor i izotopeve natyrore, për shembull, sipas ekuacioneve të mëposhtme: 200 Hg + R= 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.
Nëse merkuri natyror i ekspozohet një fluksi neutron në një reaktor, atëherë përveç arit të qëndrueshëm, formohet kryesisht ari radioaktiv. Ky ar radioaktiv (me numrat masiv 198, 199 dhe 200) ka një jetëgjatësi shumë të shkurtër dhe brenda pak ditësh kthehet në substancat e tij mëmë me emetimin e rrezatimit beta: 198 Hg + n= 198 Au* + fq 198 Au = 198 Hg + e- (2.7 ditë). Nuk është aspak e mundur të përjashtohet shndërrimi i kundërt i arit radioaktiv në merkur: ligjet e natyrës nuk mund të anashkalohen.
Në epokën e atomit, ari mund të bëhet. Megjithatë, procesi është shumë i shtrenjtë. Ari i prodhuar artificialisht në një reaktor është i paçmuar. Dhe nëse po flasim për një përzierje të izotopeve radioaktive 198 Au dhe 199 Au, atëherë pas disa ditësh vetëm një pellg merkuri do të mbetet nga shufra e arit.