Можем ли мы превратить свинец в золото?

Превращение неблагородных металлов, таких как свинец, в золото действительно возможно, но много золота вы из него не получите!

Вы когда-нибудь мечтали стать богатым в одночасье? А что, если бы вы могли сделать золото из других металлов, таких как свинец?

Именно этого пытались добиться алхимики Средневековья. Их целью был "философский камень", "эликсир" или "настойка", которые даровали бы бессмертие, молодость и избавление от всех болезней, а также несметные богатства тем, кто их употреблял. Одним из самых интересных свойств эликсира было то, что он мог превратить любой неблагородный металл, например, свинец, в сверкающий кусок золота. Превращение одного элемента в другой называется трансмутацией.

Однако об эликсире ходили легенды, и алхимикам никогда не удавалось превратить свинец в золото. Их ждала неудача, поскольку ни одна обычная химическая реакция не может превратить свинец в золото.

Однако смогли бы ученые современного мира, с нашими расширенными химическими знаниями и более совершенными инструментами, совершить этот химический подвиг?

Что такое элемент?

Превращение свинца в золото означает превращение одного элемента в другой. Каждый элемент определяется количеством протонов (называемых атомным номером) и нейтронов (протоны + нейтроны = массовое число), составляющих его ядро; количество электронов не так важно для определения элемента.

Свинец имеет атомный номер 82 (82 протона в ядре), а золото - 79.

Чтобы превратить один элемент в другой, необходимо изменить число протонов в ядре.

Изменение числа нейтронов (при неизменном числе протонов) в ядре приводит к появлению различных видов одного и того же элемента, называемых изотопами. Свинец имеет четыре изотопа, встречающихся в природе, и множество других, созданных в лаборатории.

Превращение одного элемента в другой

Эти субатомные частицы связаны сильными ядерными силами, которые поддерживают стабильность ядра. Попытка преодолеть эти силы требует огромного количества энергии.

Удаление протона или нейтрона из ядра было бы похоже на попытку поднять молот Тора, Мьёльнир, если вы не чисты душой. Добавление субатомной частицы было бы похоже на попытку заставить магниты одного и того же полюса соприкоснуться.

И при добавлении, и при убавлении субатомных частиц выделяется огромное количество энергии.

Но что, если бы вам удалось изменить состав ядра? К сожалению, это дает элементу кризис идентичности, нарушая равновесие сил внутри элемента. Элемент начинает испускать субатомные частицы, чтобы достичь более стабильного состояния, аналогично тому, что происходит при радиоактивном распаде.

Трансмутация посредством радиоактивности

Атомы с очень большими ядрами не могут справиться со своим размером, что делает их нестабильными. Они сбрасывают лишний вес, выбрасывая протоны и нейтроны (альфа-излучение), электроны (бета-излучение) и электромагнитное излучение (гамма-излучение).

Большинство элементов после висмута в периодической таблице радиоактивны.

Радиоактивный распад - не лучший способ получения золота. Во-первых, радиоактивным элементам требуются месяцы, а то и годы или тысячелетия, чтобы распасться на более распространенные элементы. Радию-226 требуется 1600 лет, чтобы распасться наполовину. Во-вторых, радиоактивные излучения могут вызывать такие заболевания, как рак и проблемы со щитовидной железой.

В-третьих, уран, торий и радий после распада превращаются в свинец. Свинец стабилен и не распадается дальше, что печально, учитывая, что у золота всего на 3 протона меньше, чем у свинца.

Ядерная трансмутация в ядерном реакторе

Если исключить радиоактивность, какой еще метод можно использовать для превращения свинца в золото? Что ж, есть несколько вариантов.

Использование свинца для получения золота - не самая лучшая стратегия, поскольку у свинца на 3 протона больше, чем у золота. Лучше использовать либо ртуть (на 1 протон больше, чем у золота), либо платину (на 1 протон меньше, чем у золота).

Самые ранние эксперименты по превращению неблагородного металла в золото относятся к 1924 году. Независимо друг от друга исследователи Нагоака в Японии и Мите и Штаммрайх в Германии преобразовали ртуть в золото, подвергнув ртуть воздействию высоких электрических токов. Более поздние исследователи, проводившие подобные эксперименты, получили отрицательные результаты, что поставило эти выводы под сомнение. Таким образом, воздействие на ртуть электрическим током, возможно, не является решением проблемы.

Другой вариант - бомбардировка ртути или платины субатомными частицами, такими как протоны и нейтроны. В 1941 году исследователи бомбардировали ртуть быстрыми нейтронами и превратили металл в золото и платину. В 1936 году исследователи бомбардировали платину дейтронами (ядро с протоном и нейтроном; ядро дейтерия), что привело к образованию радиоактивных изотопов платины, которые распались на золото.

Если у вас есть большие запасы свинца, которые вам нужно использовать, то в эксперименте 1996 года было обнаружено золото после облучения свинца протонами с энергией 600 МэВ.

Сколько золота вы можете сделать?

Если вы начали мечтать о том, как разбогатеть, делая золото, позвольте нам разрушить ваши мечты.

Во-первых, большая часть золота была радиоактивной, что означает, что оно, скорее всего, распадется. К сожалению, не существует химического способа превратить радиоактивное золото в обычное.

Во-вторых, во всех этих экспериментах золото было получено в количестве менее 1 мг. Часто золото обнаруживалось лишь в следовых количествах. В одном из отчетов написано, что золото, полученное Мите и Штаммрайхом, стоило всего 1 доллар, но его изготовление обошлось им в 60 000 долларов! Вы были бы очень глубоко в долгах к тому времени, когда получили бы хоть какое-то полезное золото в результате таких экспериментов.

Исследователей, проводивших эти эксперименты, больше интересовало поведение атомов и их субатомных частиц, а не то, чтобы на самом деле заработать состояние на золоте. Даже если бы некоторые из этих исследователей были нацелены на деньги, они скорее разбогатели бы, открыв что-то действительно полезное (например, бесконечный и устойчивый источник энергии).

Ученые использовали свои технологии трансмутации для создания новых элементов. Такие элементы, как прометий, технеций и многие элементы из ряда лантанидов и актинидов, являются рукотворными. В 2020 году исследователи сообщили о создании нового элемента с атомным номером 113 путем слияния атомов цинка с атомами висмута. Один из исследователей, работавших над проектом, сообщил, что потребовалось более 4 миллиардов столкновений, чтобы создать элемент всего три раза.

В общем, кого волнует, что из свинца нельзя делать золото? Ученые работают над еще более крутыми проектами - надеемся, что они принесут пользу всем нам!