Беседа о самом необыкновенном в мире веществе

Хроматография и периодический закон

До сих пор химики еще не закончили спор о том, как должен быть построен последний, седьмой период менделеевской таблицы. Этот вопрос для науки особенно важен и принципиален. Теория на него может дать лишь приблизительный ответ. Остается детально изучать химические свойства каждого элемента — тот путь, которым шел Менделеев. Зная химические свойства нового элемента, можно найти ему место в периодической таблице. Для того же, чтобы их изучить, надо новый элемент иметь в руках.

При помощи ионообменной хроматографии были открыты и исследованы тяжелые трансурановые элементы. На рисунке сопоставлено положение редкоземельных и трансурановых элементов в периодической таблице с хроматограммами изменения активности вытекающего из колонки раствора. На основании аналогии строения и свойств элементов этих двух рядов было предсказано, в каких именно каплях раствора, выходящего из хроматографической колонки, следует искать атомы новых трансурановых элементов. Капли собирались в плоские платиновые чашечки, высушивались, после чего чашечки помещали в  низационную камеру для измерений радиоактивности. Именно таким образом был открыт менделевий, хотя в каждом опыте у исследователей был всего один атом.

Ионообменная хроматография помогла науке найти выход из этого трудного положения. Действительно, совсем еще недавно нельзя было и мечтать о том, чтобы изучать химические свойства элемента, имея в руках всего несколько атомов. Хроматография предоставила науке эту поистине чудесную возможность. Загадка седьмого периода в периодической таблице могла быть разрешена только путем сравнения трансурановых элементов с элементами предшествующих периодов — шестого и пятого (см. ст. «Великий закон»).

Двухмерная хроматограмма сложной смеси 14 различных аминокислот. Эта хроматограмма получена из одной капли раствора смеси кислот, нанесенной в точку, обозначенную кружочком. Проявление велось поочередно в двух направлениях разными реактивами. Каждая метка-пятно принадлежит одной аминокислоте. По окраске и положению пятна можно совершенно точно -установить природу вещества.

Решение этой трудной, важнейшей для химии задачи было найдено благодаря хроматографии. Полученную смесь радиоактивных изотопов редкоземельных элементов разделили на ионообменной хроматографической колонне. Радиоактивность каждой капли раствора, вытекающего из колонны, измерялась отдельно. Оказалось, что чем выше порядковый номер элемента, тем быстрее он выходит из колонны при хроматографическом разделении. И чередование элементов в порядке выхода их из ионообменной колонны удивительным образом точно соответствует их взаимному положению в периодической системе элементов. Затем при тех же условиях (на той же колонне, наполненной той же ионообменной смолой, с применением того же состава раствдрителей) были подвергнуты хроматографическому разделению четыре трансурановых элемента: америций (№ 95), кюрий (№ 96), берклий (№ 97) и калифорний (№ 98) — и измерялась активность каждой капли раствора.

Каждое новое вещество, выходящее из хроматографической колонки, отмечается на диаграмме сигналом в виде пика. Вещество, выход которого регистрируется таким пиком, можно извлечь из раствора или газовой смеси, собрать и выделить в чистом виде. Этот метод все шире применяется для разделения очень сложных смесей и в ближайшее время станет промышленным методом получения чистых веществ.

Результат был прост и поразителен. Хроматография позволила установить малейшую разницу физико-химических свойств новых элементов. Оказалось, что они действительно очень сходны между собой; что они, так же как и редкие земли, выходят из хроматографической колонны в порядке, строго соответствующем их положению в периодической системе, — раньше появляется тот элемент, у которого порядковый номер больше. Стало возможным уловить тончайшие различия в сходном строении электронных оболочек атомов, изучая взаимное расположение кривых активности на хроматограммах.