Как там у вас, на Бета-Лире? - Юрий Фиалков

Геохимики, конечно, не прибегают к пальцам — ведь для записи таких чисел существует превосходный алгебраический способ, одинаково пригодный как для очень больших, так и малых величин. Содержание кадмия записывается совсем недлинно: 5∙10–4 %, распространенность радия выражается не менее лаконично: 2∙10–10. Столь же компактно записывается распространенность франция: 10–21.

Так дальше и будем писать.

Выражение состава земной коры через весовые (правильнее говорить — массовые) проценты — способ наиболее естественный, но, строго говоря, не очень строгий. Оправдывает этот невольный каламбур вопрос, по форме очень смахивающий на знаменитую задачу о железе и пухе:

«Где атомов больше: в килограмме водорода или в килограмме железа?»

В отличие от классической задачи, которой в детстве имеют обыкновение дурачить младших сестренок, здесь вопрос имеет совершенно точный физический смысл. Поэтому совершенно определенным и точным будет ответ: в килограмме водорода атомов в 56 раз больше, чем в килограмме железа, потому что именно во столько раз атомная масса водорода меньше атомной массы железа.

Вот почему так ли уж справедливо, характеризуя состав земной коры, сопоставлять массы образующих кору элементов? Ведь это сопоставление еще ничего не говорит об относительной распространенности атомов элементов. Поэтому часто состав земной коры выражают через атомные проценты: число всех атомов, входящих в состав земной коры, при этом считается равным ста процентам.

Кислород и в такой «атомной» таблице здесь не уступает своего лидирующего положения. Более того, его преимущество выглядит еще внушительнее: свыше половины атомов земной коры — это атомы кислорода, то есть на каждый из остальных 89 химических элементов приходится по атому кислорода и остается еще немножко…

Почти сказочное изменение судьбы, так сказать, феерический взлет при этом «атомном» способе выражения состава испытывает водород. Его довольно скромный (на фоне элементов-олимпийцев, конечно) один массовый процент превращается в 17,25 атомного процента — число, которое позволяет водороду уверенно выйти на второе место. Кремний же с его 16,11 атомного процента потеснен на третье место. Ну, а остальные олимпийцы и в этом случае не оставляют пьедестала почета; компания элементов-гигантов остается, можно сказать, в прежнем составе.

Чтобы покончить со способами выражения состава земной коры, остается рассказать еще об одном, с помощью которого если и не избавляются полностью от удручающего количества нулей в величинах распространенности, то, во всяком случае, значительно уменьшают его. Способ этот носит все признаки разумного психологического подхода к проблеме и невольно подводит к аналогии с образцами реклам, которыми, пишут, заполнены улицы больших итальянских городов: «Этот прекрасный мотороллер станет Вашим за сумму, всего впятеро превышающую стоимость перчаток, которые покупает у нас прекрасная Джина». Что и говорить, реклама неплоха. Тут и ссылка на то, что услугами торговой фирмы пользуется самая популярная звезда итальянского киноэкрана — несравненная Джина Лоллобриджида. Но главное, в рекламе нет больших чисел: напиши, что мотороллер стоит 80 тысяч лир — и эта цена отпугнет самого безрассудного транжира. Но вот одинокое числительное «пять» да еще в сравнении с какими-то перчатками — это совсем не страшно.

Если читатель не забыл пример с итальянской рекламой, то вернемся к очередному способу выражения состава земной коры, который может называться относительным. За единицу сравнения здесь берут миллион (106) атомов кремния и выражают распространенность остальных элементов по отношению к этой величине. В таких единицах распространенность кадмия выражается уже значительно менее громоздким числом: 0,11, означающим, что в земной коре на миллион атомов кремния приходится 0,11 атома кадмия. Распространенность брома выражается не «многонулевым» числом 0,00004, а гораздо более благовидным 2,16.

Какими бы интересными ни представились сведения о распространенности химических элементов в земной коре, утолить любознательность читателя они никак не могут. Если считать рассказ о распространенности элементов в природе драмой, то, собственно говоря, не началось как следует даже и первое действие. Пока лишь названы действующие лица — химические элементы, обозначено место действия — земная кора и только-только обозначился конфликт — неравномерность содержания элементов. До ответов же на волнующие «зрителя» вопросы «почему» еще далеко — они в четвертом действии. А ведь этих «почему» ох как много! Почему кислорода в земной коре много, а франция мало? Почему большинство известных нам химических элементов — лишь незначительная примесь к нескольким элементам-гигантам? Почему в число элементов-гигантов входят именно те химические элементы, а не другие? Почему… Но не хватит ли вопросов? Ведь на каждый из них придется отвечать. Вот и примемся за эту работу, начав, правда, с совсем другого вопроса.

Эрбия? Да, есть такой химический элемент, затерявшийся в трудно запоминаемом перечне так называемых редкоземельных элементов (элементы, занимающие в периодической системе Менделеева места с 57-го по 71-е). Можете не корить себя за химическую безграмотность: даже в фундаментальном трехтомном курсе неорганической химии эрбию отводится несколько строк, набранных к тому же петитом. Возникает искушение приписать непопулярность эрбия его малой распространенности в земной коре, что кстати, подтверждает и название семейства, к которому относится эрбий: «редкоземельные». Отыскав эрбий в таблице распространенности, мы как будто бы находим подтверждение нашему предположению: эрбия в земной коре 7∙10–5 атомных процента, семь стотысячных. Очень мало. Но поскольку мы еще не успели отодвинуть таблицу распространенности, то с удивлением убеждаемся, что многих из очень хорошо известных элементов в земной коре куда меньше, чем эрбия.

Много ли на земле эрбия?

За примерами ходить недалеко. Ртуть, надеюсь, никак нельзя отнести к малознакомым или очень уж редким элементам? Однако ее в земной коре в 100 (сто!) раз меньше, чем экзотического эрбия. Но может быть, эрбий по каким-то причинам обойденный элемент? Может быть, химики почему-либо гнушаются эрбием и именно этим объясняется непопулярность этого металла?

Посмотрим… Кто из вас держал в руках элемент иттрий? Никто? А слыхал кто об этом металле? Да, немногие… А ведь иттрия в земной коре целых 0,001 %! Не торопитесь говорить, что немного. Потому что «обычного» и очень хорошо известного брома в земной коре вдесятеро меньше, сурьмы же меньше в 100 раз, а висмута (того самого, чьи окислы составляют основу пудры) меньше, чем иттрия, в 1000 раз.

И уж совсем выразительный пример — элемент гафний. О нем химики узнали, можно сказать, совсем недавно, потому что он был открыт в 1923 году. Естественно было бы предполагать, что гафний отыскали позже остальных химических элементов потому, что его в земной коре мало. Конечно, с одной стороны, 4∙10–5 число и впрямь небольшое, но ведь и йод не назовешь редким элементом! Йод помянут здесь не случайно. Об этом элементе уместно вспомнить, потому что его в земной коре втрое меньше, чем гафния. А известен йод химикам без малого 200 лет. Да и вряд ли стали бы в аптеках продавать за копейки йодную настойку, если бы йод был таким уж редким элементом. Но, может быть, гафний тоже стоит недорого? Как бы не так! Покупка десяти граммов гафния подрывает месячный бюджет даже солидной лаборатории.

Вот и выходит, что… ничего не понятно. А вместо ответа на вопросы выплыла очередная проблема: какой элемент следует считать редким?

Надо заметить, что распространенность элемента в земной коре и его доступность не всегда идут рука об руку. Тут можно вспомнить одесского коммерсанта смутного 1919 года, который невиданно дешево продавал вагон яблочного повидла и вагон секундных стрелок. Совершив сделку, он охотно пояснял довольным покупателям, что повидло и стрелки… как бы вам сказать… некоторым образом перемешаны друг с другом.

Германия в земной коре в 25 тысяч раз больше, чем золота. Но в то время как золото встречается в самородном состоянии и, следовательно, можно (при хорошем везении, конечно) набрести на золотой слиток, германиевый самородок до сих пор еще никто не находил и, можно не сомневаться, не отыщет. Потому что германий, как и многие другие рассеянные элементы, находится в земной коре в «размазанном» состоянии. Так сказать, всюду и нигде. Поэтому химик, которому предстоит добывать элемент из земных недр, предпочтет журавля (золото) в руках синице (германий) в небе.

Термин «рассеянный» тут употреблен отнюдь не в том смысле, в каком им описывают ротозейство известного обитателя улицы Бассейной, а в его изначальном значении, основывающемся на слове «сеять» — раздроблять.