З'єднання золота та ртуті. Золото з ртуті Що було спочатку

Золото та ртуть утворюють амальгаму. В основу утворення цієї сполуки закладено Фізичні властивостіметалів. Амальгамування широко використовувалося в технологічному процесі вилучення дорогоцінного компонента з породи і для збагачення шліхового матеріалу.

У пошуках філософського каменю

У багатьох народів світу золото є символом високої гідності та цінності. Досить часто у побуті, характеризуючи майстри, кажуть, що він має золоті руки. Давно звичним стало визначення чорного золота стосовно нафти. Як символ, це слово увійшло до прислів'я та приказки, а досягнення в науці та техніці прийнято відзначати нагородами із сонячного матеріалу.

З моменту становлення жовтого металу засобом товарного обміну золото стало символом багатства та влади. Невтомні пошуки шляхетного металу призвели до нових географічних відкриттів.

Досягнення алхімії, яку називають нерозумною дочкою хімії, дозволило експериментувати з хімічними елементами та сполуками у пошуках філософського каменю, що перетворює будь-який метал на золото.

Розроблена алхіміками ртутно-сірчана теорія походження металів становила основу їх пізнання. Сірка та живе срібло розглядалися ними як батько та мати металів. У своїй діяльності алхіміки використовували різні метали та речовини, кожному з яких відповідав символ чи знак.

Існує безліч рецептів отримання філософського каменю, але Научний підхіддозволяє пояснити процеси в реальному часі, значенні та з розумінням того, що ртуть неможливо перетворити на золото. Але можна створити амальгаму сонячного матеріалу із живим сріблом.

Властивості сонячного металу та ртуті

Живе срібло є рідким металом срібного кольору з властивою йому високим ступенемзмочування інших металів. Ртуть має тенденцію до скочування в кульки, притягуючи до себе інші частки.

Цю властивість можна спостерігати у побуті у разі пошкодження ртутного термометра. Маленькі кульки рідкого компонента спрямовуються один до одного і скочуються у велику рухливу кульку.

Ртуть є важким хімічним елементом, його питома вага всього на 6 одиниць менша, ніж у золота. Досвідчені золотодобувачі поміщали рідке срібло в шлюзи, призначені для промивання шліхового золота, для уловлювання найдрібніших частинок та порошку дорогоцінного металу.

Спосіб отримання амальгами вимагає високої чистоти золота. Воно не повинно бути покрите домішкою заліза, нафти та інших речовин, що перешкоджають змочуванню.

Щоб витягти весь шляхетний компонент із концентрату, слід його помістити в розведений 10% розчин азотної кислоти. При цьому слід підібрати відповідний посуд для проведення очищення, щоб уникнути взаємодії кислого середовища з матеріалом ємності, що використовується.

нагріванням з'єднання до повного випаровування ртуті;
розчинення живого срібла в азотній кислоті.

Температура, коли ртуть перетворюється на пар, дорівнює 357°C. Досягти її можна у верхній частині відкритого полум'я газових пальників. Нагрівання слід проводити в приміщенні, що провітрюється з дотриманням правил техніки безпеки, і пам'ятати, що небезпечно вдихати пари рідкого хімічного елемента.

Амальгама сонячного металу

Золото у подрібненому вигляді майже миттєво пропадає у ртуті, поглинаючись рідким металом. Амальгами, в яких міститься до 12% дорогоцінного металу, зовні виглядають як чисте живе срібло.

Тому в часи процвітання алхімії найбільш популярний спосіб отримання золота з ртуті полягав у розчиненні невеликої кількості дорогоцінного металу з подальшим вилученням.

Спосіб вилучення золота, що використовується в металургії дорогоцінного металу, складається з такої технологічної послідовності:

кварцові жили, що містять дорогоцінний компонент, подрібнюють до тонкого стану;
порошок промивають над мідними листами, покритими шаром амальгами;
пилоподібне золото розчиняється у шарі покриття;
утворене з'єднання знімають з листів і піддають дистиляції;
утворену руду після 1 етапу фракціонування обробляють розчином ціаніду з метою вилучення дорогоцінного компонента.

У годинниковому та ювелірному виробництві для захисту виробів від впливу атмосферних умов здійснюють золочення, яке завдають електролітичним та контактним способами.

Вогневий спосіб золочення, заснований на використанні амальгами золота, нині застосовується вкрай рідко. В основі цього методу закладена здатність сонячного металу розчинятися у живому сріблі з утворенням амальгами.

Після нанесення розчину на поверхню виріб нагрівають. В результаті термічної обробки ртуть випаровується, а золото залишається у вигляді осаду, що щільно прилягає до виробу.

Ртуть може легко розчинити золото, тому прикраси із сонячного металу не повинні стикатися з живим сріблом. Навіть наявність у повітрі ртутних випарів сприяє розчиненню дорогоцінного металу, який змінює свій колір, стаючи білим.

Амальгама золота дуже концентрована, і при порушенні межі розчинення дорогоцінного металу може розпадатися на дрібні шматочки. Їх легко можна зібрати за допомогою мінімальної кількості чистої ртуті, до якої прагнутимуть дрібні частини амальгами.

Залізо не утворює сполуки з ртуттю, що дозволяє використовувати сталеві судини для транспортування сировини.

Звичайно, спосіб амальгамації дорогоцінного металу є дуже токсичним і вимагає запобіжних заходів. У Росії її в технологічних процесах, що з збагаченням руд і вилученням золота з породи, застосування ртуті заборонено відповідним наказом.

1. Хвиля в гавані? 2. Одяг для босих ніг? 3. Чи намагався отримати золото з ртуті? 4. Мідна частина тіла? 5. Тенор Домінго? 6. Країна та її столиця в Африці? 7. Міра вовни з вівці? 8. Башта з вуст поета? 9. Глухе місце? 10. Молдавська каша? 11. Полчище ворогів? 12. Набиті шишки життя? 13. Людина з ложкою? 14. Перший етап сінозаготівлі? 15. Спортсмен із чорним поясом? 16. Біг службовими сходами? 17. Матрьошка? 18. Морський пірат? 19. І вона сама, і її оселя? 20. Панічне відступ? 21. Квіринал чи Вімінал у Римі? 22. Мова про горду пташку? 23. Зернова культура? 24. Тара для випадкових покупок? 25. Поїздка з круїзом? 26. Ім'я Штірліца? 27. ... Валтасара Рембрандта? 28. Аріадна зменшувальна? 29. Спонукальний ...? 30. Великий квітка? 31. Що вставляють у дриль? 32. Так, об нього всі ноги витирають? 33. Тиха стадія протесту? 34. Шлюпка? 35. Головоломка на кшталт цієї? 36. Дія домушника? 37. Холопка? 38. Паливо для варіння чавуну? 39. Тютюн свого замісу? 40. Шкода у відповідь на шкоду? 41. Гучна знаменитість Америки? 42. Фон для сольної партії? 43. Чи сильний жар від вогню? 44. Шахрай у образі? 45. Грілка на хворе горло? 46. Той, хто кидає гроші на вітер? 47. Важіль взводу? 48. Травма сунувся в пекло? 49. Чи підпорядковує своїй владі?

Золото, отримане в атомному реакторі

У 1935 році американському фізику Артуру Демпстер вдалося провести мас-спектрографічне визначення ізотопів, що містяться в природному урані. У ході дослідів Демпстер вивчив також ізотопний склад золота та виявив лише один ізотоп - золото-197. Жодних вказівок на існування золота-199 не було. Деякі вчені припускали, що має бути важкий ізотоп золота, бо золоту в той час приписували відносну атомну масу 197,2. Однак золото є моноізотопним елементом. Тому бажаючим штучним шляхом отримати цей омріяний шляхетний метал всі зусилля необхідно спрямувати на синтез єдиного стійкого ізотопу - золота-197.

Звістки про успішні досліди з виготовлення штучного золота завжди викликали занепокоєння у фінансових та правлячих колах. Так було за часів римських правителів, так і тепер. Тому не дивно, що сухий звіт про дослідження Національної лабораторії в Чикаго групи професора Демпстера ще нещодавно викликав збудження в капіталістичному фінансовому світі: в атомному реакторі можна отримати золото з ртуті! Це - останній і переконливий випадок алхімічного перетворення.

Почалося це ще 1940 року, коли в деяких лабораторіях ядерної фізики почали бомбардувати швидкими нейтронами, отриманими за допомогою циклотрону, сусідні із золотом елементи – ртуть та платину. На нараді американських фізиків у Нешвіллі у квітні 1941 року А. Шерр та К. Т. Бейнбрідж з Гарвардського університету доповіли про успішні результати таких дослідів. Вони направили розігнані дейтрони на літієву мішень та отримали потік швидких нейтронів, який був використаний для бомбардування ядер ртуті. Внаслідок ядерного перетворення було отримано золото!

Три нові ізотопи з масовими числами 198, 199 і 200. Проте ці ізотопи були настільки стійкими, як природний ізотоп - золото-197. Випускаючи бета-промені, вони через кілька годин або днів знову перетворювалися на стійкі ізотопи ртуті з масовими числами 198, 199 і 200. Отже, у сучасних прихильників алхімії не було приводу для тріумфу. Золото, яке знову перетворюється на ртуть, нічого не варте: це оманливе золото. Проте вчені раділи успішному перетворенню елементів. Вони змогли розширити свої знання про штучні ізотопи золота.

В основі "трансмутації", проведеної Шерром та Бейнбриджем, лежить так звана ( n, p) -Реакція: ядро атома ртуті, поглинаючи нейтрон n, перетворюється на ізотоп золота і при цьому виділяється протон р.

Природна ртуть містить сім ізотопів у різних кількостях: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29) ,80%) та 204 (6,85%). Оскільки Шерр та Бейнбрідж знайшли ізотопи золота з масовими числами 198, 199 і 200, слід вважати, що останні виникли з ізотопів ртуті з тими самими масовими числами. Наприклад:

198 Hg + n= 198 Au + р

Таке припущення видається виправданим - адже ці ізотопи ртуті досить поширені.

Імовірність здійснення будь-якої ядерної реакції визначається насамперед так званим ефективним перерізом захоплення атомного ядрапо відношенню до відповідної бомбардуючої частки. Тому співробітники професора Демпстера, фізики Інгрем, Гесс та Гайдн, намагалися точно визначити ефективний перетин захоплення нейтронів природними ізотопами ртуті. У березні 1947 року вони змогли показати, що ізотопи з масовими числами 196 і 199 мають найбільший переріз захоплення нейтронів і тому мають найбільшу ймовірність перетворення на золото. Як "побічний продукт" своїх експериментальних дослідженьвони отримали... золото! Точно 35 мкг, одержаних зі 100 мг ртуті після опромінення уповільненими нейтронами в атомному реакторі. Це становить вихід 0,035 %, проте якщо знайдену кількість золота віднести лише до ртуті-196, то вийде солідний вихід 24 %, бо золото-197 утворюється лише ізотопу ртуті з масовим числом 196.

З швидкими нейтронами часто протікають ( n, р)-реакції, а з повільними нейтронами - переважно ( n, γ)-перетворення. Золото, відкрите співробітниками Демпстера, утворилося так:

196 Hg + n= 197 Hg* + γ
197 Hg* + e- = 197 Au

Нестійка ртуть-197, що утворюється по (n, γ)-процесу, перетворюється на стійке золото-197 в результаті. K-захоплення (електрона з K-оболонки свого атома).

Таким чином, Інгрем, Гесс та Гайдн синтезували в атомному реакторі відчутні кількості штучного золота! Незважаючи на це, їхній "синтез золота" нікого не стривожив, оскільки про нього дізналися лише вчені, які ретельно стежили за публікаціями у "Фізикл ревью". Звіт був коротким і напевно недостатньо цікавим для багатьох через своє заголовок, що ні про що не говорить: "Neutron cross-sections for mercury isotopes" ( Ефективні перерізи захоплення нейтронів ізотопами ртуті).
Однак нагоди вийшло завгодно, щоб через два роки, в 1949 році, надто ретивий журналіст підхопив це суто наукове повідомлення і в крикливо-ринковій манері проголосив у світовій пресі про виробництво золота в атомному реакторі. Після цього у Франції відбулася велика плутанина при котируванні золота на біржі. Здавалося, що події розвиваються саме так, як уявляв Рудольф Дауман, який передбачив у своєму фантастичному романі "кінець золота".

Однак штучне золото, отримане в атомному реакторі, змушувало себе чекати. Воно не збиралося затоплювати ринки світу. До речі, професор Демпстер у цьому не сумнівався. Поступово французький ринок капіталу знову заспокоївся. У цьому не остання заслуга французького журналу "Атоми", який у січневому номері 1950 помістив статтю: "La transmutation du mercure en or" ( Трансмутація ртуті у золото).

Хоча журнал у принципі визнавав можливість отримання золота з ртуті методом ядерної реакції, проте своїх читачів він запевняв у наступному: ціна такого штучного благородного металу буде набагато вище, ніж природного золота, добутого з найбідніших золотих руд!

Співробітники Демпстера не могли відмовити собі у задоволенні - отримати в реакторі деяку кількість такого штучного золота. З того часу цей маленький цікавий експонат прикрашає музей Чикаго науки і промисловості. Цим раритетом – свідченням мистецтва "алхіміків" в атомну еру – можна було помилуватися під час Женевської конференції у серпні 1955 року.

З погляду ядерної фізики можливі кілька перетворень атомів на золото. Ми нарешті відкриємо таємницю філософського каменю та розповімо, як можна зробити золото. Підкреслимо при цьому, що єдиний можливий шлях – це перетворення ядер. Всі інші рецепти класичної алхімії, що дійшли до нас, нічого не варті, вони призводять лише до обману.

Стійке золото, 197Au, можна було б одержати шляхом радіоактивного розпаду певних ізотопів сусідніх елементів. Цьому нас навчає так звана карта нуклідів, в якій представлені всі відомі ізотопи та можливі напрямки їхнього розпаду. Так, золото-197 утворюється з ртуті-197, що випромінює бета-промені, або з такої ртуті шляхом К-захоплення. Можна було б отримати золото з талію-201, якби цей ізотоп випускав альфа-промені. Проте цього немає. Як отримати ізотоп ртуті з масовим числом 197, якого немає в природі? Чисто теоретично його можна отримати з талію-197, а останній – зі свинцю-197. Обидва нукліди мимоволі із захопленням електрона перетворюються відповідно на ртуть-197 та талій-197. Практично це була б єдина, хоч і тільки теоретична, можливість зробити золото зі свинцю. Однак свинець-197 теж лише штучний ізотоп, який треба спочатку отримати ядерною реакцією. Із природним свинцем справа не піде.

Ізотопи платини 197Pt та ртуті 197Hg теж отримують лише ядерними перетвореннями. Реально здійсненними є лише реакції, основу яких лежать природні ізотопи. Як вихідні речовини для цього підходять тільки 196 Hg, 198 Hg і 194 Pt. Ці ізотопи можна було б бомбардувати розігнаними нейтронами або альфа-частинками для того, щоб дійти наступних реакцій:

196 Hg + n= 197 Hg* + γ
198 Hg + n= 197 Hg * + 2n
194 Pt + 4 He = 197 Hg * + n

З таким же успіхом можна було б отримати ізотоп платини з 194 Pt шляхом ( n, γ)-перетворення або з 200 Hg шляхом ( n, α) -процесу. При цьому, звичайно, не можна забувати, що природне золото і платина складаються із суміші ізотопів, так що в кожному випадку доводиться враховувати конкуруючі реакції. Чисте золото доведеться зрештою виділяти із суміші різних нуклідів і ізотопів, що не прореагували. Процес цей вимагатиме великих витрат. Від перетворення платини на золото взагалі доведеться відмовитися з економічних міркувань: як відомо, платина дорожча за золото.

Іншим варіантом синтезу золота є безпосереднє ядерне перетворення природних ізотопів, наприклад, за такими рівняннями:

200 Hg + р= 197 Au + 4 He
199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He

До золота-197 привів би також (γ, р) -процес (ртуть-198), (α, р) -процес (платина-194) або ( р, γ) або (D, n)-перетворення (платина-196). Питання полягає лише в тому, чи це можливо практично, а якщо так, то рентабельно це взагалі з згаданих причин. Економічним було б лише тривале бомбардування ртуті нейтронами, які є в реакторі достатньої концентрації. Інші частки довелося б одержувати чи прискорювати у циклотроні – такий метод, як відомо, дає лише крихітні виходи речовин.

198 Hg + n= 198 Au* + p
198 Au = 198 Hg + e- (2,7 дні)
Виключити зворотне перетворення радіоактивного золота на ртуть, тобто розірвати цей Circulus vitiosus, в жодному разі не вдається: закони природи не можна обминути.

У умовах менш складним, ніж " алхімія " , здається синтетичне отримання дорогого шляхетного металу - платини. Якби вдалося направити бомбардування нейтронами в реакторі так, щоб відбувалися переважно ( n, α)-перетворення, то можна було б сподіватися отримати з ртуті значну кількість платини: всі поширені ізотопи ртуті - 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg - перетворюються на стійкі ізотопи платини - 195 Pt, 196 Pt і 198 Pt. Звичайно, і тут дуже складний процес виділення синтетичної платини.

Фредерік Содді ще 1913 року запропонував шлях отримання золота ядерним перетворенням талію, ртуті чи свинцю. Проте на той час вчені нічого не знали про ізотопний склад цих елементів. Якби запропонований Содді процес відщеплення альфа-і бета-часток міг бути здійснений, слід виходити з ізотопів 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. З них у природі існує лише ізотоп 201 Hg, змішаний з іншими ізотопами цього елемента та хімічно нероздільний. Отже, рецепт Содді був нездійсненний.

Те, що не вдається навіть видатному досліднику атома, не зможе, звичайно, здійснити профан. Письменник Дауман у своїй книзі "Кінець золота", що вийшла 1938 року, повідомив нам рецепт, як перетворити вісмут на золото: відщеплення двох альфа-часток від ядра вісмуту за допомогою рентгенівських променів великої енергії. Така (γ, 2α)-реакція не відома і досі. Крім цього, гіпотетичне перетворення

205 Bi + γ = 197 Au + 2α

не може йти і з іншої причини: немає стійкого ізотопу 205 Bi. Вісмут – моноізотопний елемент! Єдиний природний ізотоп вісмуту з масовим числом 209 може дати за принципом реакції Даумана - тільки радіоактивне золото-201, яке з періодом напіврозпаду 26 хв знову перетворюється на ртуть. Як бачимо, герой роману Даумана, вчений Баргенгронд, не міг отримати золото!

Тепер нам відомо, як насправді отримати золото. Озброєні знанням ядерної фізики ризикнемо на уявний експеримент: 50 кг ртуті перетворимо на атомний реактор на повноцінне золото - на золото-197. Справжнє золото виходить із ртуті-196. На жаль, цього ізотопу міститься у ртуті лише 0,148%. Отже, в 50 кг ртуті є лише 74 г ртуті-196, і тільки таку кількість ми можемо трансмутувати в справжнє золото.

Спочатку будемо оптимістами і припустимо, що ці 74 г ртуті-196 можна перетворити на таку ж кількість золота-197, якщо піддати ртуть бомбардування нейтронами в сучасному реакторі продуктивністю 10 15 нейтронів/(см 2 . с). Уявімо собі 50 кг ртуті, тобто 3,7 л, у вигляді кулі, поміщеної в реактор, тоді на поверхню ртуті, рівну 1157 см 2 в кожну секунду буде впливати потік 1,16 . 10 18 нейтронів. З них на 74 г ізотопу-196 впливають 0,148%, або 1,69 . 10 15 нейтронів. Для спрощення приймемо далі, кожен нейтрон викликає перетворення 196 Hg в 197 Hg*, з якої захопленням електрона утворюється 197 Au.

Отже, у нашому розпорядженні є 1,69 . 10 15 нейтронів за секунду для того, щоб перетворити атоми ртуті-196. Скільки ж це, власне, атомів? Один моль елемента, тобто 197 г золота, 238 г урану, 4 г гелію, містить 6,022 . 1023 атомів. Приблизне уявлення про цю гігантську кількість ми зможемо отримати лише на основі наочного порівняння. Наприклад, такого: уявімо, що все населення земної кулі 1990 року - приблизно 6 мільярдів чоловік - приступило до підрахунку цієї кількості атомів. Кожен рахує по одному атому за секунду. За першу секунду порахували б 6 . 10 9 атомів, за дві секунди – 12 . 10 9 атомів і т. д. Скільки часу потрібно людству в 1990 році, щоб порахувати всі атоми в одному молі? Відповідь приголомшує: близько 3200000 років!

74 г ртуті-196 містять 2,27 . 1023 атомів. У секунду з цим потоком нейтронів ми можемо трансмутувати 1,69 . 10 15 атомів ртуті. Скільки часу потрібно для перетворення всієї кількості ртуті-196? Ось відповідь: знадобиться інтенсивне бомбардування нейтронами з реактора з великим потоком протягом чотирьох з половиною років! Ці величезні витрати ми повинні зробити, щоб з 50 кг ртуті зрештою отримати лише 74 г золота, і таке синтетичне золото треба ще відокремити від радіоактивних ізотопів золота, ртуті та ін.

Так, це так, у вік атома можна зробити золото. Однак процес занадто дорогий. Золото, отримане штучно у реакторі, безцінно. Найпростіше було б продавати як "золоту" суміш його радіоактивних ізотопів. Можливо, письменники-фантасти спокусяться на вигадки за участю цього "дешевого" золота?

"Mare tingerem, si mercuris esset" ( Я море перетворив би на золото, якби воно складалося з ртуті.). Цей хвалькуватий вислів приписували алхіміку Раймундусу Луллусу. Припустимо, що ми перетворили не море, але велика кількістьртуті у 100 кг золота в атомному реакторі. Зовні не відрізняється від природного, лежить перед нами це радіоактивне золото у вигляді блискучих злитків. З точки зору хімії це теж чисте золото.

Якийсь Крез купує ці зливки за подібною, як вважає, ціною. Він і не підозрює, що насправді мова йдепро суміш радіоактивних ізотопів 198 Au і 199 Au, період напіврозпаду яких становить від 65 до 75 год. Можна уявити цього скнару, що побачив, що його золотий скарббуквально витікає крізь пальці.

За кожні три дні його майно зменшується наполовину, і він не в змозі це запобігти; через тиждень від 100 кг золота залишиться лише 20 кг, через десять періодів напіврозпаду (30 днів) – практично нічого (теоретично це ще 80 г). У скарбниці залишилася лише велика калюжа ртуті. Оманливе золото алхіміків!

Історія алхімії - це в основному історія пошуку способу перетворення свинцю або ртуті на золото. Про реальні хімічні відкриття, які алхіміки Середньовіччя робили на цьому шляху, вони часто говорили схоже, без особливої уваги. Головне, що вони шукали – це Магістеріум (він червона тинктура, панацея життя, життєвий еліксир, філософський камінь) – якась речовина, реактив, який дозволив би отримати з неблагородних металів шляхетні.

Достеменно невідомо, чи вдалося комусь за допомогою хімічної реакціїотримати золото з ртуті та свинцю, хоча легенд про це досі ходить багато. Проте в середині 20-го століття група американських фізиків зуміла отримати невелику кількість стійкого ізотопу золота саме з ртуті - але тільки засобами ядерної фізики. Перетворення металів, воно ж трансмутація, виявилося можливим!

Історія почалася 1940 року. Тоді в кількох світових лабораторіях стали проводитися досліди з бомбардування ртуті, що сусідить із золотом у Періодичною таблицеюМенделєєва, швидкими нейтронами. Перші успішні результати дослідів були оголошені у квітні 1941 року на зустрічі американських фізиків у Нешвілл вченими Гарварда А. Шерром і К. Т. Бейнбріджем.

Їм вдалося отримати три ізотопи золота з масовими числами 198, 199 і 200. Але вони не були стійкими і за час від декількох годин до декількох днів перетворювалися назад на ртуть.

Потрібен був спосіб отримати природний ізотоп – золото-197. Цим шляхом, хоч і не спеціально, пішли співробітники лабораторії професора Артура Демпстера – фізики Інгрем, Гесс та Гайдн. (Артур Демпстер відомий тим, що створив перший сучасний мас-спектрометр і відкрив поряд з Ф. Астоном рекордну кількість ізотопів хімічних елементів).

У березні 1947 року цій групі вчених у процесі дослідження процесу захоплення нейтронів ядрами атомів як побічний продукт вдалося отримати шукане золото-197. Воно було «видобуте» зі 100 міліграмів ртуті-196 шляхом опромінення її уповільненими нейтронами в атомному реакторі.

Вихід стійкого золота становив лише 35 мкг. Це, за науковими мірками, цілком відчутна кількість штучного золота. Публікація про відкриття з'явилася в журналі Physical Review. Але широка публіка статтю під назвою «Ефективні перерізи захоплення нейтронів ізотопами ртуті», звісно, не помітила.

Однак у 1949 році «жовтий» журналіст опублікував статтю про початок виробництва золота в атомних реакторах. Результатом публікації стала паніка на біржах Франції, що спричинило обвал цін на золото. Паніка припинилася тільки в 1950 році, коли журнал «Атоми» надрукував статтю «Трансмутація ртуті в золото», в якій повідомив, що собівартість виробництва штучного золота з ртуті у багато разів вища, ніж собівартість видобутку природного золота із найгіршої золотої руди.

35 мкг штучного золота досі зберігаються у Чикаго – у Музеї науки та промисловості. З того часу виробництвом золота-197 з неблагородних металів ніхто серйозно не займався і не намагався здешевити технологію.

У 21 столітті з ртуті-198 одержують нестійке радіоактивне золото-198, яке використовують як лікарський препарат для отримання радіограм органів людського тіла (замість рентгенівських променів) та лікування ракових пухлин. Виявляється, атоми такого золота працюють, як маленькі рентгенівські трубки та вбивають ракові клітини у строго визначеній ділянці тіла.

А ще у 21 столітті процвітає «алхімія навпаки». Із золота, наприклад, одержують ізотопи цінних для науки елементів франція та астату, яких у природі просто не існує.

Фото: "Goden eggs in carton" (Corbisimages.com/photographer/bevis-boobacca), Артур Демпстер

Вирівнювання тексту в HTML, текст по центру, праворуч сторінки

Увага! Знижки старіють у термін від 1 до кількох днів. Перевіряйте умови знижкових пропозицій.

Вже протягом кількох років Адольф Міте займався фарбуванням мінералів та скла під дією ультрафіолетових променів. Для цього він використовував звичайну ртутну лампу - евакуйовану тру6ку з кварцового скла, між електродами якої утворюється ртутна дуга, що випромінює ультрафіолетові промені.

Пізніше Миті користувався новим типом лампи, що давав особливо високий енергетичний вихід. Однак при тривалій експлуатації на стінках утворювалися нальоти, які сильно заважали роботі. У ртутних лампах, що відслужили, теж можна було знайти такі нальоти, якщо відігнати ртуть. Склад цієї чорної маси зацікавив таємного радника, і раптом, під час аналізу залишку від 5 кг лампової ртуті, він знайшов… золото. Миті міркував: чи можливо теоретично, щоб у ртутній лампі ртуть внаслідок руйнування атома розпадалася до золота з відщепленням протонів чи альфа-часток. Міте та його співробітник Ганс Штамрайх проводили численні досліди, зачаровані ідеєю такого перетворення елементів. Вихідною речовиною служила ртуть, перегнана у вакуумі. Дослідники вважали, що вона містить золота. Підтвердили це також аналізи відомих хіміків К. Гофмана та Ф. Габера. Міті попросив їх дослідити ртуть та залишки в лампі. Цією ртуттю, за аналітичними даними вільною від золота, Миті і Штамрайх заповнили нову лампу, яка потім працювала протягом 200 год. Після відгону ртуті вони розчинили залишок в азотній кислоті і захоплено розглядали під мікроскопом те, що залишилося в склянці: на покривному склі виблискував золотисто-жовтий агломерат октаедричних кристалів

Однак Фредерік Содді не думав, що золото утворилося шляхом відщеплення альфа-частинки чи протона. Швидше можна говорити про поглинання електрона: якщо останній має досить велику швидкість, щоб пронизати електронні оболонкиатомів і впровадитись у ядро, тоді могло б утворитися золото. При цьому порядковий номерртуті (80) зменшується на одиницю і утворюється 79 елемент - золото.

Теоретичне висловлювання Содді підкріпило думку Миті та всіх тих дослідників, які твердо повірили в «розпад» ртуті до золота. Проте не врахували тієї обставини, що на природне золото може перетворитися лише один ізотоп ртуті з касовим числом 197. Тільки перехід 197 Hg + e- = 197 Au може дати золото.

Чи існує ізотоп 197 Hg взагалі? Відносна атомна маса цього елемента 200,6, називалася тоді атомною вагою, дозволила припускати, що є кілька його ізотопів. Ф.В. Астон, досліджуючи каналові промені, справді знайшов ізотопи ртуті з масовими числами від 197 до 202, отже таке перетворення було можливим.

За іншою версією, із суміші ізотопів 200,6Hg могло утворитися і 200,6Au, тобто один або кілька ізотопів золота з великими масами. Це золото мало б бути важчим. Тому Міте поспішив визначити відносну атомну масу свого штучного золота і доручив це найкращому фахівцю в цій галузі – професору Гонігшмідту у Мюнхені.

Звичайно, кількість штучного золота для такого визначення була дуже мізерною, проте більшої у Міті поки не було: король важив 91 мг, діаметр кульки 2 мм. Якщо порівняти його, іншими «виходами», які отримував Миті при перетвореннях в ртутній лампі - вони в кожному досвіді становили від 10 -2 до 10 -4 мг, - це був все ж таки помітний шматочок золота. Гонігшмідт та його співробітник Цинтль знайшли для штучного золота відносну атомну масу 197,2±0,2.

Поступово Міті зняв секретність зі своїх дослідів. 12 вересня 1924 року було опубліковано повідомлення з фотохімічної лабораторії, в якому вперше були наведені експериментальні дані та детальніше описана апаратура. Вихід теж став відомий: з 1,52 кг ртуті, попередньо очищеною вакуумною перегонкою, після 107-годинного безперервного горіння дуги довжиною 16 см, при напрузі від 160 до 175 В і струмі 12,6 А Міті отримав цілих 8,2 * 10 -5 г золота, тобто вісім сотих міліграма. "Алхіміки" з Шарлоттенбурга запевняли, що ні вихідна речовина, ні електроди і дроти, що підводять струм, ні кварц лампової оболонки не містили аналітично визначених кількостей золота.

Однак незабаром настав перелом. Підозр у хіміків виникало тим більше і більше. Золото то утворюється і завжди в мінімальних кількостях, то знову не утворюється. Жодної пропорційності не виявляється, тобто кількості золота не зростають зі збільшенням вмісту ртуті, підвищенням різниці потенціалів, при більшій тривалості роботи кварцової лампи. Чи виходило справді штучно золото, яке виявляли? Чи воно вже було раніше? Джерела можливих систематичних помилок у методі Міті перевіряли кілька вчених із хімічних інститутів Берлінського університету, а також із лабораторії електричного концерну Сіменса. Хіміки насамперед детально вивчили процес перегонки ртуті і дійшли дивовижного висновку: навіть у перегнаній, здавалося б, не містить золота ртуті завжди є золото. Воно або з'являлося в процесі перегонки, або залишалося розчиненим у ртуті у вигляді слідів, тому його не можна було відразу виявити аналітично. Тільки після тривалого стояння або при розпиленні в дузі, що спричиняло збагачення, воно раптом знову виявлялося. Такий ефект міг бути цілком прийнятий за утворення золота. Виявилася ще одна обставина. Використані матеріали, у тому числі кабелі, що йдуть до електродів, і самі електроди - все містило сліди золота.

Але все ще існувала переконлива заява фізиків-атомників, за якою така трансмутація можлива з погляду атомної теорії. Як відомо, при цьому виходили з припущення, що ізотоп ртуті Hg 197 поглинає один електрон і перетворюється на золото.

Однак така гіпотеза була спростована повідомленням Астона, що з'явився в журналі Нейчур в серпні 1925 року. Фахівцю з поділу ізотопів вдалося за допомогою мас-спектрографа з підвищеною роздільною здатністю однозначно охарактеризувати лінії ізотопів ртуті. В результаті з'ясувалося, що природна ртуть складається з ізотопів з масовими числами 198, 199, 200, 201, 202 та 204.

Отже, стійкого ізотопу 197 Hg не існує. Отже, треба вважати, що отримати природне золото-197 з ртуті обстрілом її електронами теоретично неможливо і досліди, спрямовані на це, можна розглядати заздалегідь як безперспективні. Це зрештою зрозуміли дослідники Харкінс і Кей з університету Чикаго, які взялися було за перетворення ртуті за допомогою надшвидких електронів. Вони бомбардували ртуть (охолоджувану рідким аміаком і взяту в якості антикатода в рентгенівській трубці) електронами, розігнаними в полі 145 000, тобто мають швидкість 19 000 км/с.

Аналогічні досліди проробляв і Фріц Габер під час перевірки дослідів Міті. Незважаючи на дуже чутливі методи аналізу, Харкінс та Кей не виявили й слідів золота. Ймовірно, вважали вони, навіть електрони з такою високою енергією не в змозі проникнути в ядро атома ртуті. Або ізотопи золота, що утворилися, настільки нестійкі, що не можуть «дожити» до кінця аналізу, що триває від 24 до 48 год.

Таким чином, уявлення про механізм утворення золота з ртуті, запропоноване Содді, було сильно похитнуто.

У 1940 році, коли в деяких лабораторіях ядерної фізики почали бомбардувати швидкими нейтронами, отриманими за допомогою циклотрону, сусідні із золотом елементи – ртуть та платину. На нараді американських фізиків у Нешвіллі у квітні 1941 року А. Шерр та К.Т. Бейнбрідж з Гарвардського університету доповіли про успішні результати таких дослідів. Вони направили розігнані дейтрони на літієву мішень та отримали потік швидких нейтронів, який був використаний для бомбардування ядер ртуті. Внаслідок ядерного перетворення було отримано золото.

Імовірність здійснення будь-якої ядерної реакції визначається насамперед так званим ефективним перерізом захоплення атомного ядра по відношенню до відповідної бомбардуючої частки. Тому співробітники професора Демпстера, фізики Інгрем, Гесс та Гайдн, намагалися точно визначити ефективний перетин захоплення нейтронів природними ізотопами ртуті. У березні 1947 року вони змогли показати, що ізотопи з масовими числами 196 і 199 мають найбільший переріз захоплення нейтронів і тому мають найбільшу ймовірність перетворення на золото. Як «побічний продукт» своїх експериментальних досліджень вони отримали… золото. Точно 35 мкг, одержаних зі 100 мг ртуті після опромінення уповільненими нейтронами в атомному реакторі. Це становить вихід 0,035%, проте якщо знайдену кількість золота віднести лише до ртуті-196, то вийде солідний вихід 24%, бо золото-197 утворюється лише з ізотопу ртуті з масовим числом 196.

З швидкими нейтронами часто протікають ( n, р) - реакції, а з повільними нейтронами - переважно ( n, г) - перетворення. Золото, відкрите співробітниками Демпстера, утворилося так: 196 Hg + n= 197 Hg * + г 197 Hg * + e- = 197 Au

Що Утворюється по (n, г) - процесу нестійка ртуть-197 перетворюється на стійке золото-197 в результаті K-захоплення (електрона з K-оболонки свого атома).

Співробітники Демпстера не могли відмовити собі у задоволенні - отримати в реакторі деяку кількість такого штучного золота. З того часу цей маленький цікавий експонат прикрашає музей Чикаго науки і промисловості. Цим раритетом – свідченням мистецтва «алхіміків» в атомну еру – можна було помилуватися під час Женевської конференції у серпні 1955 року.

З погляду ядерної фізики можливі кілька перетворень атомів на золото. Стійке золото, 197Au, можна було б одержати шляхом радіоактивного розпаду певних ізотопів сусідніх елементів. Цьому нас навчає так звана карта нуклідів, в якій представлені всі відомі ізотопи та можливі напрямки їхнього розпаду. Так, золото-197 утворюється з ртуті-197, що випромінює бета-промені, або з такої ртуті шляхом К-захоплення. Можна було б отримати золото з талію-201, якби цей ізотоп випускав альфа-промені. Проте цього немає. Як отримати ізотоп ртуті з масовим числом 197, якого немає в природі? Чисто теоретично його можна отримати з талію-197, а останній – зі свинцю-197. Обидва нукліди мимоволі із захопленням електрона перетворюються відповідно на ртуть-197 та талій-197. Практично це була б єдина, хоч і тільки теоретична, можливість зробити золото зі свинцю. Однак свинець-197 також лише штучний ізотоп, який треба спочатку отримати ядерною реакцією. Із природним свинцем справа не піде.

З таким же успіхом можна було б отримати ізотоп платини з 194 Pt шляхом ( n, г) - перетворення або з 200 Hg шляхом ( nб) - процесу. При цьому, звичайно, не можна забувати, що природне золото і платина складаються із суміші ізотопів, так що в кожному випадку доводиться враховувати конкуруючі реакції. Чисте золото доведеться виділяти із суміші різних нуклідів і не прореагували ізотопів. Процес цей вимагатиме великих витрат. Від перетворення платини на золото взагалі доведеться відмовитися з економічних міркувань: як відомо, платина дорожча за золото.

Іншим варіантом синтезу золота є безпосереднє ядерне перетворення природних ізотопів, наприклад, за такими рівняннями: 200 Hg + р= 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.

Якщо природну ртуть піддати в реакторі впливу потоку нейтронів, то крім стійкого золота утворюється головним чином радіоактивне. Це радіоактивне золото (з масовими числами 198, 199 і 200) має дуже малу тривалість життя і протягом кількох днів знову перетворюється на вихідні речовини з випромінюванням бета-випромінювання: 198 Hg + n= 198 Au* + p 198 Au = 198 Hg + e- (2,7 дні). Виключити зворотне перетворення радіоактивного золота на ртуть ні в якому разі не вдається: закони природи не можна обминути.

У добу атома можна зробити золото. Однак процес занадто дорогий. Золото, отримане штучно у реакторі, безцінно. А якщо йдеться про суміш радіоактивних ізотопів 198 Au і 199 Au, то через кілька днів від золотого зливка залишиться, лише калюжка ртуті.