Пытался получить золото из ртути. Золото из ртути. Ставим все с ног на голову

Золото и ртуть образуют амальгаму. В основу образования этого соединения заложены физические свойства металлов. Амальгамирование широко использовалось в технологическом процессе по извлечению драгоценного компонента из породы и для обогащения шлихового материала.

В поисках философского камня

У многих народов мира золото является символом высокого достоинства и ценности. Довольно часто в быту, характеризуя мастера, говорят, что у него золотые руки. Давно привычным стало определение черное золото по отношению к нефти. Как символ, это слово вошло в пословицы и поговорки, а достижения в науке и технике принято отмечать наградами из солнечного материала.

С момента становления желтого металла средством товарного обмена золото стало символом богатства и власти. Неустанные поиски благородного металла привели к новым географическим открытиям.

Достижения алхимии, которую называют неразумной дочерью химии, позволило экспериментировать с химическими элементами и соединениями в поисках философского камня, превращающего любой металл в золото.

Разработанная алхимиками ртутно-серная теория происхождения металлов составила основу их познания. Сера и живое серебро рассматривались ими как отец и мать металлов. В своей деятельности алхимики использовали различные металлы и вещества, каждому из которых соответствовал символ или знак.

Существует множество рецептов получения философского камня, но научный подход позволяет объяснить процессы в реальном времени, значении и с пониманием того, что ртуть невозможно преобразовать в золото. Но можно создать амальгаму солнечного материала с живым серебром.

Свойства солнечного металла и ртути

Живое серебро представляет собой жидкий металл серебряного цвета со свойственной ему высокой степенью смачивания других металлов. Ртуть имеет тенденцию к скатыванию в шарики, притягивая к себе другие частицы.

Это свойство можно наблюдать в быту в случае повреждения ртутного термометра. Маленькие шарики жидкого компонента устремляются друг к другу и скатываются в большой подвижный шарик.

Ртуть является тяжелым химическим элементом, его удельный вес всего на 6 единиц меньше, чем у золота. Опытные золотодобытчики помещали жидкое серебро в шлюзы, предназначенные для промывки шлихового золота, для улавливания мельчайших частиц и порошка драгоценного металла.

Способ получения амальгамы требует высокой чистоты золота. Оно не должно быть покрыто примесью железа, нефти и других веществ, препятствующих смачиванию.

Чтобы извлечь весь благородный компонент из концентрата, следует его поместить в разбавленный 10 % раствор азотной кислоты. При этом следует подобрать соответствующий сосуд для проведения очистки, чтобы избежать взаимодействия кислой среды с материалом используемой емкости.

• нагреванием соединения до полного испарения ртути;
• растворением живого серебра в азотной кислоте.

Температура, при которой ртуть переходит в пар, равна 357°C. Достичь ее можно в верхней части открытого пламени газовых горелок. Нагревание следует проводить в проветриваемом помещении с соблюдением правил техники безопасности, и помнить, что опасно вдыхать пары жидкого химического элемента.

Амальгама солнечного металла

Золото в измельченном виде почти мгновенно пропадает в ртути, поглощаясь жидким металлом. Амальгамы, в которых содержится до 12 % драгметалла, внешне выглядят как чистое живое серебро.

Поэтому во времена процветания алхимии наиболее популярный способ получения золота из ртути заключался в растворении небольшого количества драгметалла с последующим извлечением.

Способ извлечения золота, используемый в металлургии драгметалла, состоит из такой технологической последовательности:

• кварцевые жилы, содержащие драгоценный компонент, измельчают до тонкого состояния;
• порошок промывают над медными листами, покрытыми слоем амальгамы;
• пылеобразное золото растворяется в слое покрытия;
• образованное соединение снимают с листов и подвергают дистилляции;
• образованную руду после 1 этапа фракционирования обрабатывают раствором цианида с целью извлечения драгоценного компонента.

В часовом и ювелирном производстве для защиты изделий от воздействия атмосферных условий осуществляют золочение, которое наносят электролитическим и контактным способами.

Огневой способ золочения, основанный на использовании амальгамы золота, в настоящее время применяется крайне редко. В основе этого метода заложена способность солнечного металла растворяться в живом серебре с образованием амальгамы.

После нанесения раствора на поверхность изделие нагревают. В результате термической обработки ртуть испаряется, а золото остается в виде осадка, плотно прилегающего к изделию.

Ртуть может легко растворить золото, поэтому украшения из солнечного металла не должны соприкасаться с живым серебром. Даже наличие в воздухе ртутных испарений способствует растворению драгметалла, который меняет свой цвет, становясь белым.

Амальгама золота очень концентрированная, и при нарушении предела растворения драгметалла может распадаться на мелкие кусочки. Их легко можно собрать с помощью минимального количества чистой ртути, к которой будут стремиться мелкие части амальгамы.

Железо не образует соединения со ртутью, что позволяет использовать стальные сосуды для транспортировки сырья.

Конечно, способ амальгамации драгметалла является очень токсичным и требует мер предосторожности. В России в технологических процессах, связанных с обогащением руд и извлечением золота из породы, применение ртути воспрещено соответствующим приказом.

История алхимии – это в основном история поиска способа превращения свинца или ртути в золото. О реальных химических открытиях, которые алхимики Средневековья делали на этом пути, они часто говорили походя, без особого внимания. Главное, что они искали – это Магистериум (он же красная тинктура, панацея жизни, жизненный эликсир, философский камень) – некое вещество, реактив, который позволил бы получить из неблагородных металлов благородные.

Доподлинно неизвестно, удалось ли кому-нибудь при помощи химической реакции получить золото из ртути и свинца, хотя легенд об этом до сих пор ходит много. Однако в середине 20-го века группа американских физиков сумела-таки получить небольшое количество устойчивого изотопа золота именно из ртути – но только средствами ядерной физики. Превращение металлов, оно же трансмутация, оказалось возможным!

История началась в 1940 году. Тогда в нескольких мировых лабораториях стали проводиться опыты по бомбардировке ртути, которая соседствует с золотом в Периодической таблице Менделеева, быстрыми нейтронами. Первые успешные результаты опытов были оглашены в апреле 1941 года на встрече американских физиков в г. Нэшвилл учеными Гарварда А. Шерром и К. Т. Бэйнбриджем.

Им удалось получить три изотопа золота с массовыми числами 198, 199 и 200. Но они не были устойчивыми и за время от нескольких часов до нескольких дней превращались обратно в ртуть.

Нужен был способ получить природный изотоп – золото-197. По этому пути, хотя и не специально, пошли сотрудники лаборатории профессора Артура Демпстера – физики Ингрем, Гесс и Гайдн. (Артур Демпстер известен тем, что создал первый современный масс-спектрометр и открыл, наряду с Ф. Астоном, рекордное количество изотопов химических элементов).

В марте 1947 года этой группе ученых в процессе исследования процесса захвата нейтронов ядрами атомов в качестве побочного продукта удалось получить искомое золото-197. Оно было «добыто» из 100 миллиграммов ртути-196 путем облучении ее замедленными нейтронами в атомном реакторе.

Выход устойчивого золота составил всего 35 мкг. Это, по научным меркам, вполне ощутимое количество искусственно золота. Публикация об открытии появилась в журнале «Physical Review». Но широкая публика статью под названием «Эффективные сечения захвата нейтронов изотопами ртути», естественно, не заметила.

Однако в 1949 году некий «желтый» журналист опубликовал статью о начале производства золота в атомных реакторах. Результатом публикации стала паника на биржах Франции, что повлекло за собой обвал цен на золото. Паника прекратилась только в 1950 году, когда журнал «Атомы» напечатал статью «Трансмутация ртути в золото», в которой сообщил, что себестоимость производства искусственного золота из ртути во много раз выше, чем себестоимость добычи природного золота из самой захудалой золотой руды.

35 мкг искусственного золота до сих пор хранятся в Чикаго – в Музее науки и промышленности. С тех пор производством золота-197 из неблагородных металлов никто серьезно не занимался и не пытался удешевить технологию.

В 21 веке из ртути-198 получают неустойчивое радиоактивное золото-198, которое используют как лекарственный препарат для получения радиограмм органов человеческого тела (вместо рентгеновских лучей) и лечения раковых опухолей. Оказывается, атомы такого золота работают, как маленькие рентгеновские трубки и убивают раковые клетки в строго определенной области тела.

А еще в 21 веке процветает «алхимия наоборот». Из золота, например, получают изотопы ценных для науки элементов франция и астата, которых в природе просто не существует.

Фото: «Goden eggs in carton» (corbisimages.com/photographer/bevis-boobacca), Артур Демпстер (American Institute of Physics)

Выравнивание текста в HTML, текст по центру, справа страницы

Внимание! Скидки устаревают в срок от 1 до нескольких дней. Проверяйте условия скидочных предложений.

Золото, полученное в атомном реакторе

В 1935 году американскому физику Артуру Демпстеру удалось провести масс-спектрографическое определение изотопов , содержащихся в природном уране. В ходе опытов Демпстер изучил также изотопный состав золота и обнаружил только один изотоп - золото-197. Никаких указаний на существование золота-199 не было. Некоторые ученые предполагали, что должен существовать тяжелый изотоп золота, ибо золоту в то время приписывали относительную атомную массу 197,2. Однако золото является моноизотопным элементом. Поэтому желающим искусственным путем получить этот вожделенный благородный металл все усилия необходимо направить на синтез единственного устойчивого изотопа - золота-197.

Известия об успешных опытах по изготовлению искусственного золота всегда вызывали беспокойство в финансовых и правящих кругах. Так было во времена римских правителей, так осталось и теперь. Поэтому не удивительно, что сухой отчет об исследованиях Национальной лаборатории в Чикаго группы профессора Демпстера еще недавно вызвал возбуждение в капиталистическом финансовом мире: в атомном реакторе можно из ртути получить золото! Это - самый последний и убедительный случай алхимического превращения.

Началось это еще в 1940 году, когда в некоторых лабораториях ядерной физики начали бомбардировать быстрыми нейтронами, полученными с помощью циклотрона, соседние с золотом элементы - ртуть и платину. На совещании американских физиков в Нэшвилле в апреле 1941 года А. Шерр и К. Т. Бэйнбридж из Гарвардского университета доложили об успешных результатах таких опытов. Они направили разогнанные дейтроны на литиевую мишень и получили поток быстрых нейтронов, который был использован для бомбардировки ядер ртути. В результате ядерного превращения было получено золото!

Три новых изотопа с массовыми числами 198, 199 и 200. Однако эти изотопы не были столь устойчивыми, как природный изотоп - золото-197. Испуская бета-лучи, они по истечении нескольких часов или дней снова превращались в устойчивые изотопы ртути с массовыми числами 198, 199 и 200. Следовательно, у современных приверженцев алхимии не было повода для ликования. Золото, которое вновь превращается в ртуть, ничего не стоит: это обманчивое золото. Однако ученые радовались успешному превращению элементов. Они смогли расширить свои познания об искусственных изотопах золота.

В основе "трансмутации", проведенной Шерром и Бейнбриджем, лежит так называемая (n , p ) -реакция: ядро атома ртути, поглощая нейтрон n , превращается в изотоп золота и при этом выделяется протон р .

Природная ртуть содержит семь изотопов в разных количествах: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Поскольку Шерр и Бейнбридж нашли изотопы золота с массовыми числами 198, 199 и 200, следует полагать, что последние возникли из изотопов ртути с теми же массовыми числами. Например:

198 Hg + n = 198 Au + р

Такое предположение кажется оправданным - ведь эти изотопы ртути являются довольно распространенными.

Вероятность осуществления какой-либо ядерной реакции определяется прежде всего так называемым эффективным сечением захвата атомного ядра по отношению к соответствующей бомбардирующей частице. Поэтому сотрудники профессора Демпстера, физики Ингрем, Гесс и Гайдн, пытались точно определить эффективное сечение захвата нейтронов природными изотопами ртути. В марте 1947 года они смогли показать, что изотопы с массовыми числами 196 и 199 обладают наибольшим сечением захвата нейтронов и потому имеют наибольшую вероятность превращения в золото. В качестве "побочного продукта" своих экспериментальных исследований они получили... золото! Точно 35 мкг, полученных из 100 мг ртути после облучения замедленными нейтронами в атомном реакторе. Это составляет выход 0,035 %, однако если найденное количество золота отнести лишь к ртути-196, то получится солидный выход в 24 %, ибо золото-197 образуется только из изотопа ртути с массовым числом 196.

С быстрыми нейтронами часто протекают (n , р )-реакции, а с медленными нейтронами - преимущественно (n , γ)-превращения. Золото, открытое сотрудниками Демпстера, образовалось следующим образом:

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

Образующаяся по (n, γ)-процессу неустойчивая ртуть-197 превращается в устойчивое золото-197 в результате K -захвата (электрона с K -оболочки своего собственного атома).

Таким образом, Ингрем, Гесс и Гайдн синтезировали в атомном реакторе ощутимые количества искусственного золота! Несмотря на это, их "синтез золота" никого не встревожил, поскольку о нем узнали лишь ученые, тщательно следившие за публикациями в "Физикл ревью". Отчет был кратким и наверняка недостаточно интересным для многих из-за своего ни о чем не говорящего заголовка: "Neutron cross-sections for mercury isotopes" (Эффективные сечения захвата нейтронов изотопами ртути ).
Однако случаю выло угодно, чтобы через два года, в 1949 году, чересчур ретивый журналист подхватил это чисто научное сообщение и в крикливо-рыночной манере провозгласил в мировой прессе о производстве золота в атомном реакторе. Вслед за этим во Франции произошла крупная неразбериха при котировании золота на бирже. Казалось, что события развиваются именно так, как представлял себе Рудольф Дауман, предсказавший в своем фантастическом романе "конец золота".

Однако искусственное золото, полученное в атомном реакторе, заставляло себя ждать. Оно никак не собиралось затоплять рынки мира. Кстати, профессор Демпстер в этом и не сомневался. Постепенно французский рынок капитала вновь успокоился. В этом не последняя заслуга французского журнала "Атомы", который в январском номере 1950 года поместил статью: "La transmutation du mercure en or" (Трансмутация ртути в золото ).

Хотя журнал в принципе признавал возможность получения золота из ртути методом ядерной реакции, однако своих читателей он уверял в следующем: цена такого искусственного благородного металла будет во много раз выше, чем природного золота, добытого из самых бедных золотых руд!

Сотрудники Демпстера не могли отказать себе в удовольствии - получить в реакторе некоторое количество такого искусственного золота. С тех пор этот крошечный любопытный экспонат украшает Чикагский музей науки и промышленности. Этим раритетом - свидетельством искусства "алхимиков" в атомную эру - можно было полюбоваться во время Женевской конференции в августе 1955 года.

С точки зрения ядерной физики возможны несколько превращений атомов в золото. Мы наконец откроем тайну философского камня и расскажем, как можно сделать золото. Подчеркнем при этом, что единственно возможный путь - это превращение ядер. Все другие дошедшие до нас рецепты классической алхимии ничего не стоят, они приводят лишь к обману.

Устойчивое золото, 197Au, можно было бы получить путем радиоактивного распада определенных изотопов соседних элементов. Этому нас учит так называемая карта нуклидов, в которой представлены все известные изотопы и возможные направления их распада. Так, золото-197 образуется из ртути-197, излучающей бета-лучи, либо из такой ртути путем К-захвата. Можно было бы также получить золото из таллия-201, если бы этот изотоп испускал альфа-лучи. Однако этого не наблюдается. Как же получить изотоп ртути с массовым числом 197, которого нет в природе? Чисто теоретически его можно получить из таллия-197, а последний - из свинца-197. Оба нуклида самопроизвольно с захватом электрона превращаются соответственно в ртуть-197 и таллий-197. Практически это была бы единственная, хотя и только теоретическая, возможность сделать золото из свинца. Однако свинец-197 тоже лишь искусственный изотоп, который надо сначала получить ядерной реакцией. С природным свинцом дело не пойдет.

Изотопы платины 197Pt и ртути 197Hg тоже получают только ядерными превращениями. Реально осуществимыми являются лишь реакции, в основе которых лежат природные изотопы. В качестве исходных веществ для этого подходят только 196 Hg, 198 Hg и 194 Pt. Эти изотопы можно было бы бомбардировать разогнанными нейтронами или альфа-частицами с тем, чтобы прийти к следующим реакциям:

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

С таким же успехом можно было бы получить искомый изотоп платины из 194 Pt путем (n , γ)-превращения либо из 200 Hg путем (n , α) -процесса. При этом, конечно, нельзя забывать, что природное золото и платина состоят из смеси изотопов, так что в каждой случае приходится учитывать конкурирующие реакции. Чистое золото придется в конце концов выделять из смеси различных нуклидов и непрореагировавших изотопов. Процесс этот будет требовать больших затрат. От превращения платины в золото вообще придется отказаться из экономических соображений: как известно, платина дороже золота.

Другим вариантом синтеза золота является непосредственное ядерное превращение природных изотопов, например, по следующим уравнениям:

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

К золоту-197 привел бы также (γ, р ) -процесс (ртуть-198), (α, р ) -процесс (платина-194) или (р , γ) либо (D, n )-превращение (платина-196). Вопрос заключается лишь в том, возможно ли это практически, а если да, то рентабельно ли это вообще по упомянутым причинам. Экономичной была бы только длительная бомбардировка ртути нейтронами, которые имеются в реакторе в достаточной концентрации. Другие частицы пришлось бы получать или ускорять в циклотроне - такой метод, как известно, дает лишь крошечные выходы веществ.

Если природную ртуть подвергнуть в реакторе действию потока нейтронов, то кроме устойчивого золота образуется главным образом радиоактивное. Это радиоактивное золото (с массовыми числами 198, 199 и 200) имеет очень малую продолжительность жизни и в течение нескольких дней вновь превращается в исходные вещества с испусканием бета-излучения:

198 Hg + n = 198 Au* + p
198 Au = 198 Hg + e - (2,7 дня)
Исключить обратное превращение радиоактивного золота в ртуть, то есть разорвать этот Circulus vitiosus, ни в коем случае не удается: законы природы нельзя обойти.

В этих условиях менее сложным, чем "алхимия", кажется синтетическое получение дорогостоящего благородного металла - платины. Если бы удалось направить бомбардировку нейтронами в реакторе так, чтобы происходили преимущественно (n , α)-превращения, то можно было бы надеяться получить из ртути значительные количества платины: все распространенные изотопы ртути - 198 Hg, 199 Hg, 201 Hg - превращаются в устойчивые изотопы платины - 195 Pt, 196 Pt и 198 Pt. Конечно, и здесь очень сложен процесс выделения синтетической платины.

Фредерик Содди еще в 1913 году предложил путь получения золота ядерным превращением таллия, ртути или свинца. Однако в то время ученые ничего не знали об изотопном составе этих элементов. Если бы предложенный Содди процесс отщепления альфа-и бета-частиц мог быть осуществлен, следовало бы исходить из изотопов 201 Tl, 201 Hg, 205 Pb. Из них в природе существует лишь изотоп 201 Hg, смешанный с другими изотопами этого элемента и химически неразделимый. Следовательно, рецепт Содди был неосуществим.

То, что не удается даже выдающемуся исследователю атома, не сможет, конечно, осуществить профан. Писатель Дауман в своей книге "Конец золота", вышедшей в 1938 году, сообщил нам рецепт, как превратить висмут в золото: отщеплением двух альфа-частиц от ядра висмута с помощью рентгеновских лучей большой энергии. Такая (γ, 2α)-реакция не известна и до настоящего времени. Помимо этого, гипотетическое превращение

205 Bi + γ = 197 Au + 2α

не может идти и по другой причине: не существует устойчивого изотопа 205 Bi. Висмут - моноизотопный элемент! Единственный же природный изотоп висмута с массовым числом 209 может дать по принципу реакции Даумана - только радиоактивное золото-201, которое с периодом полураспада 26 мин снова превращается в ртуть. Как видим, герой романа Даумана, ученый Баргенгронд, и не мог получить золото!

Теперь нам известно, как действительно получить золото. Вооруженные знанием ядерной физики рискнем на мысленный эксперимент: 50 кг ртути превратим в атомном реакторе в полновесное золото - в золото-197. Настоящее золото получается из ртути-196. К сожалению, этого изотопа содержится в ртути только 0,148%. Следовательно, в 50 кг ртути присутствует лишь 74 г ртути-196, и только такое количество мы можем трансмутировать в истинное золото.

Вначале будем оптимистами и положим, что эти 74 г ртути-196 можно превратить в такое же количество золота-197, если подвергнуть ртуть бомбардировке нейтронами в современном реакторе производительностью 10 15 нейтронов/(см 2 . с). Представим себе 50 кг ртути, то есть 3,7 л, в виде шара, помещенного в реактор, тогда на поверхность ртути, равную 1157 см 2 , в каждую секунду будет воздействовать поток 1,16 . 10 18 нейтронов. Из них на 74 г изотопа-196 воздействуют 0,148%, или 1,69 . 10 15 нейтронов. Для упрощения примем далее, что каждый нейтрон вызывает превращение 196 Hg в 197 Hg*, из которой захватом электрона образуется 197 Au.

Следовательно, в нашем распоряжении имеется 1,69 . 10 15 нейтронов в секунду для того, чтобы превратить атомы ртути-196. Сколько же это, собственно, атомов? Один моль элемента, то есть 197 г золота, 238 г урана, 4 г гелия, содержит 6,022 . 10 23 атомов. Приблизительное представление об этом гигантском числе мы сможем получить лишь на основе наглядного сравнения. Например, такого: представим себе, что все население земного шара 1990 года - примерно 6 миллиардов человек - приступило к подсчету этого количества атомов. Каждый считает по одному атому в секунду. За первую секунду сосчитали бы 6 . 10 9 атомов, за две секунды - 12 . 10 9 атомов и т. д. Сколько времени потребуется человечеству в 1990 году, чтобы сосчитать все атомы в одном моле? Ответ ошеломляет: около 3 200 000 лет!

74 г ртути-196 содержат 2,27 . 10 23 атомов. В секунду с данным потоком нейтронов мы можем трансмутировать 1,69 . 10 15 атомов ртути. Сколько времени потребуется для превращения всего количества ртути-196? Вот ответ: потребуется интенсивная бомбардировка нейтронами из реактора с большим потоком в течение четырех с половиной лет! Эти огромные затраты мы должны произвести, чтобы из 50 кг ртути в конце концов получить только 74 г золота, и такое синтетическое золото надо еще отделить от радиоактивных изотопов золота, ртути и др.

Да, это так, в век атома можно сделать золото. Однако процесс слишком дорог. Золото, полученное искусственно в реакторе, бесценно. Проще было бы продавать в качестве "золота" смесь его радиоактивных изотопов. Может быть, писатели-фантасты соблазнятся на выдумки с участием этого "дешевого" золота?

"Mare tingerem, si mercuris esset" (Я море бы превратил в золото, если бы оно состояло из ртути ). Это хвастливое высказывание приписывали алхимику Раймундусу Луллусу. Предположим, что мы превратили не море, но большое количество ртути в 100 кг золота в атомном реакторе. Внешне неотличимое от природного, лежит перед нами это радиоактивное золото в виде блестящих слитков. С точки зрения химии это - тоже чистое золото.

Какой-нибудь Крез покупает эти слитки по сходной, как полагает, цене. Он и не подозревает, что в действительности речь идет о смеси радиоактивных изотопов 198 Au и 199 Au, период полураспада которых составляет от 65 до 75 ч. Можно представить себе этого скрягу, увидевшего, что его золотое сокровище буквально утекает сквозь пальцы.

За каждые три дня его имущество уменьшается наполовину, и он не в состоянии это предотвратить; через неделю от 100 кг золота останется только 20 кг, через десять периодов полураспада (30 дней) - практически ничего (теоретически это еще 80 г). В сокровищнице осталась только большая лужа ртути. Обманчивое золото алхимиков!

Уже в течение нескольких лет Адольф Мите занимался окрашиванием минералов и стекла под действием ультрафиолетовых лучей. Для этого он использовал обычную ртутную лампу - эвакуированную тру6ку из кварцевого стекла, между электродами которой образуется ртутная дуга, излучающая ультрафиолетовые лучи.

Позднее Мите пользовался новым типом лампы, дававшим особенно высокий энергетический выход. Однако при длительной эксплуатации на ее стенках образовывались налеты, которые сильно мешали работе. В отслуживших ртутных лампах тоже можно было обнаружить такие налеты, если отогнать ртуть. Состав этой черноватой массы заинтересовал тайного советника, и вдруг, при анализе остатка от 5 кг ламповой ртути, он нашел… золото. Мите раздумывал: возможно, ли теоретически, чтобы в ртутной лампе ртуть в результате разрушения атома распадалась до золота с отщеплением протонов или альфа-частиц. Мите и его сотрудник Ганс Штамрайх проводили многочисленные опыты, завороженные идеей такого превращения элементов. Исходным веществом служила ртуть, перегнанная в вакууме. Исследователи полагали, что она не содержит золота. Подтвердили это также анализы известных химиков К. Гофмана и Ф. Габера. Мите попросил их исследовать ртуть и остатки в лампе. Этой ртутью, по аналитическим данным свободной от золота, Мите и Штамрайх заполнили новую лампу, которая затем работала в течение 200 ч. После отгонки ртути они растворили остаток в азотной кислоте и увлеченно рассматривали под микроскопом то, что осталось в стакане: на покровном стекле сверкал золотисто-желтый агломерат октаэдрических кристаллов.

Однако Фредерик Содди не думал, что золото образовалось путем отщепления альфа-частицы или протона. Скорее можно говорить о поглощении электрона: если последний обладает достаточно большой скоростью, чтобы пронзить электронные оболочки атомов и внедриться в ядро, тогда могло бы образоваться золото. При этом порядковый номер ртути (80) уменьшается на единицу и образуется 79-й элемент - золото.

Теоретическое высказывание Содди подкрепило точку зрения Мите и всех тех исследователей, которые твердо уверовали в «распад» ртути до золота. Однако не учли того обстоятельства, что в естественное золото может превратиться лишь один изотоп ртути с кассовым числом 197. Только переход 197 Hg + e - = 197 Au может дать золото.

Существует ли вообще изотоп 197 Hg? Относительная атомная масса этого элемента 200,6, называвшаяся тогда атомным весом, позволила предполагать, что имеется несколько его изотопов. Ф.В. Астон, исследуя каналовые лучи, действительно нашел изотопы ртути с массовыми числами от 197 до 202, так что такое превращение было вероятным.

По другой версии, из смеси изотопов 200,6Hg могло образоваться и 200,6Au, то есть один или несколько изотопов золота с большими массами. Это золото должно было бы быть тяжелее. Поэтому Мите поспешил определить относительную атомную массу своего искусственного золота и поручил это лучшему специалисту в этой области - профессору Гонигшмидту в Мюнхене.

Конечно, количество искусственного золота для такого определения было весьма скудным, однако большего у Мите пока не было: королек весил 91 мг, диаметр шарика 2 мм. Если сравнить его, другими «выходами», которые получал Мите при превращениях в ртутной лампе - они в каждом опыте составляли от 10 -2 до 10 -4 мг, - это был все же заметный кусочек золота. Гонигшмидт и его сотрудник Цинтль нашли для искусственного золота относительную атомную массу 197,2±0,2.

Постепенно Мите снял «секретность» со своих опытов. 12 сентября 1924 года было опубликовано сообщение из фотохимической лаборатории, в котором впервые были приведены экспериментальные данные и более подробно описана аппаратура. Выход тоже стал известен: из 1,52 кг ртути, предварительно очищенной вакуумной перегонкой, после 107-часового непрерывного горения дуги длиной в 16 см, при напряжении от 160 до 175 В и токе в 12,6 А Мите получил целых 8,2 * 10 -5 г золота, то есть восемь сотых миллиграмма. «Алхимики» из Шарлоттенбурга уверяли, что ни исходное вещество, ни электроды и провода, подводящие ток, ни кварц ламповой оболочки не содержали аналитически определимых количеств золота.

Однако вскоре наступил перелом. Подозрений у химиков возникало тем больше и больше. Золото то образуется, и всегда в минимальных количествах, то снова не образуется. Никакой пропорциональности не обнаруживается, то есть количества золота не возрастают с увеличением содержания ртути, повышением разности потенциалов, при большей длительности работы кварцевой лампы. Получалось ли действительно искусственно золото, которое обнаруживали? Или оно уже присутствовало раньше? Источники возможных систематических ошибок в методе Мите проверяли несколько ученых из химических институтов Берлинского университета, а также из лаборатории электрического концерна Сименса. Химики прежде всего детально изучили процесс перегонки ртути и пришли к удивительному заключению: даже в перегнанной, казалось бы, не содержащей золота ртути всегда имеется золото. Оно либо появлялось в процессе перегонки, либо оставалось растворенным в ртути в виде следов, так что его нельзя было сразу обнаружить аналитически. Только после длительного стояния или при распылении в дуге, вызывавшем обогащение, оно вдруг вновь обнаруживалось. Такой эффект мог вполне быть принят за образование золота. Выявилось еще одно обстоятельство. Использованные материалы, в том числе кабели, идущие к электродам, и сами электроды, - все содержало следы золота.

Но всё ещё существовало убедительное заявление физиков-атомщиков, согласно которому такая трансмутация возможна с точки зрения атомной теории. Как известно, при этом исходили из предположения, что изотоп ртути 197 Hg поглощает один электрон и превращается в золото.

Однако такая гипотеза была опровергнута сообщением Астона, появившемся в журнале «Нейчур» в августе 1925 года. Специалисту по разделению изотопов удалось с помощью масс-спектрографа с повышенной разрешающей способностью однозначно охарактеризовать линии изотопов ртути. В результате выяснилось, что природная ртуть состоит из изотопов с массовыми числами 198, 199, 200, 201, 202 и 204.

Следовательно, устойчивого изотопа 197 Hg вовсе не существует. Следовательно, нужно считать, что получить естественное золото-197 из ртути обстрелом ее электронами теоретически невозможно и опыты, направленные на это, можно заранее рассматривать как бесперспективные. Это в конце концов поняли исследователи Харкинс и Кей из Чикагского университета, которые взялись было за превращение ртути с помощью сверхбыстрых электронов. Они бомбардировали ртуть (охлаждаемую жидким аммиаком и взятую в качестве антикатода в рентгеновской трубке) электронами, разогнанными в поле 145 000 В, то есть имеющими скорость 19 000 км/с.

Аналогичные опыты проделывал и Фриц Габер при проверке опытов Мите. Несмотря на весьма чувствительные методы анализа, Харкинс и Кей не обнаружили и следов золота. Вероятно, полагали они, даже электроны со столь высокой энергией не в состоянии проникнуть в ядро атома ртути. Либо образовавшиеся изотопы золота столь неустойчивы, что не могут «дожить» до конца анализа, длящегося от 24 до 48 ч.

Таким образом, представление о механизме образования золота из ртути, предложенное Содди, было сильно поколеблено.

В 1940 году, когда в некоторых лабораториях ядерной физики начали бомбардировать быстрыми нейтронами, полученными с помощью циклотрона, соседние с золотом элементы - ртуть и платину. На совещании американских физиков в Нэшвилле в апреле 1941 года А. Шерр и К.Т. Бэйнбридж из Гарвардского университета доложили об успешных результатах таких опытов. Они направили разогнанные дейтроны на литиевую мишень и получили поток быстрых нейтронов, который был использован для бомбардировки ядер ртути. В результате ядерного превращения было получено золото.

Три новых изотопа с массовыми числами 198, 199 и 200. Однако эти изотопы не были столь устойчивыми, как природный изотоп - золото-197. Испуская бета-лучи, они по истечении нескольких часов или дней снова превращались в устойчивые изотопы ртути с массовыми числами 198, 199 и 200. Следовательно, у современных приверженцев алхимии не было повода для ликования. Золото, которое вновь превращается в ртуть, ничего не стоит: это обманчивое золото. Однако ученые радовались успешному превращению элементов. Они смогли расширить свои познания об искусственных изотопах золота.

Природная ртуть содержит семь изотопов в разных количествах: 196 (0,146%), 198 (10,02%), 199 (16,84%), 200 (23,13%), 201 (13,22%), 202 (29,80%) и 204 (6,85%). Поскольку Шерр и Бейнбридж нашли изотопы золота с массовыми числами 198, 199 и 200, следует полагать, что последние возникли из изотопов ртути с теми же массовыми числами. Например: 198 Hg + n = 198 Au + р Такое предположение кажется оправданным - ведь эти изотопы ртути являются довольно распространенными.

Вероятность осуществления какой-либо ядерной реакции определяется прежде всего так называемым эффективным сечением захвата атомного ядра по отношению к соответствующей бомбардирующей частице. Поэтому сотрудники профессора Демпстера, физики Ингрем, Гесс и Гайдн, пытались точно определить эффективное сечение захвата нейтронов природными изотопами ртути. В марте 1947 года они смогли показать, что изотопы с массовыми числами 196 и 199 обладают наибольшим сечением захвата нейтронов и потому имеют наибольшую вероятность превращения в золото. В качестве «побочного продукта» своих экспериментальных исследований они получили… золото. Точно 35 мкг, полученных из 100 мг ртути после облучения замедленными нейтронами в атомном реакторе. Это составляет выход 0,035%, однако если найденное количество золота отнести лишь к ртути-196, то получится солидный выход в 24%, ибо золото-197 образуется только из изотопа ртути с массовым числом 196.

С быстрыми нейтронами часто протекают (n , р ) - реакции, а с медленными нейтронами - преимущественно (n , г) - превращения. Золото, открытое сотрудниками Демпстера, образовалось следующим образом: 196 Hg + n = 197 Hg* + г 197 Hg* + e - = 197 Au

Образующаяся по (n, г) - процессу неустойчивая ртуть-197 превращается в устойчивое золото-197 в результате K -захвата (электрона с K -оболочки своего собственного атома).

Сотрудники Демпстера не могли отказать себе в удовольствии - получить в реакторе некоторое количество такого искусственного золота. С тех пор этот крошечный любопытный экспонат украшает Чикагский музей науки и промышленности. Этим раритетом - свидетельством искусства «алхимиков» в атомную эру - можно было полюбоваться во время Женевской конференции в августе 1955 года.

С точки зрения ядерной физики возможны несколько превращений атомов в золото. Устойчивое золото, 197Au, можно было бы получить путем радиоактивного распада определенных изотопов соседних элементов. Этому нас учит так называемая карта нуклидов, в которой представлены все известные изотопы и возможные направления их распада. Так, золото-197 образуется из ртути-197, излучающей бета-лучи, либо из такой ртути путем К-захвата. Можно было бы также получить золото из таллия-201, если бы этот изотоп испускал альфа-лучи. Однако этого не наблюдается. Как же получить изотоп ртути с массовым числом 197, которого нет в природе? Чисто теоретически его можно получить из таллия-197, а последний - из свинца-197. Оба нуклида самопроизвольно с захватом электрона превращаются соответственно в ртуть-197 и таллий-197. Практически это была бы единственная, хотя и только теоретическая, возможность сделать золото из свинца. Однако свинец-197 тоже лишь искусственный изотоп, который надо сначала получить ядерной реакцией. С природным свинцом дело не пойдет.

Изотопы платины 197Pt и ртути 197Hg тоже получают только ядерными превращениями. Реально осуществимыми являются лишь реакции, в основе которых лежат природные изотопы. В качестве исходных веществ для этого подходят только 196 Hg, 198 Hg и 194 Pt. Эти изотопы можно было бы бомбардировать разогнанными нейтронами или альфа-частицами с тем, чтобы прийти к следующим реакциям: 196 Hg + n = 197 Hg* + г 198 Hg + n = 197 Hg* + 2n 194 Pt + 4 He = 197 Hg* + n.

С таким же успехом можно было бы получить искомый изотоп платины из 194 Pt путем (n , г) - превращения либо из 200 Hg путем (n , б) - процесса. При этом, конечно, нельзя забывать, что природное золото и платина состоят из смеси изотопов, так что в каждой случае приходится учитывать конкурирующие реакции. Чистое золото придется, в конце концов, выделять из смеси различных нуклидов и не прореагировавших изотопов. Процесс этот будет требовать больших затрат. От превращения платины в золото вообще придется отказаться из экономических соображений: как известно, платина дороже золота.

Другим вариантом синтеза золота является непосредственное ядерное превращение природных изотопов, например, по следующим уравнениям: 200 Hg + р = 197 Au + 4 He 199 Hg + 2 D = 197 Au + 4 He.

Если природную ртуть подвергнуть в реакторе действию потока нейтронов, то кроме устойчивого золота образуется главным образом радиоактивное. Это радиоактивное золото (с массовыми числами 198, 199 и 200) имеет очень малую продолжительность жизни и в течение нескольких дней вновь превращается в исходные вещества с испусканием бета-излучения: 198 Hg + n = 198 Au* + p 198 Au = 198 Hg + e - (2,7 дня). Исключить обратное превращение радиоактивного золота в ртуть ни в коем случае не удается: законы природы нельзя обойти.

В век атома можно сделать золото. Однако процесс слишком дорог. Золото, полученное искусственно в реакторе, бесценно. А если речь идёт о смеси радиоактивных изотопов 198 Au и 199 Au, то через несколько дней от золотого слитка останется, лишь лужица ртути.