Свинец и золото — самые тяжелые металлы

Так уж сложилось, что многие из нас считают свинец и золото самыми тяжелыми металлами. И лишь немногие вспоминают о существовании более тяжелых элементов, та­ких как осмий или платина, однако свинец все равно ставится в один ряд с этими веществами.

А может ли свинец претен­довать на звание тяжелейшего вещества на Земле? Нет, не может, его плотность слишком мала для этого, но обо всем по порядку.

Каждое вещество имеет определенную плотность, то есть отношение массы к занимаемому этой массой объему. И чем больше массы вещества «помещается» в определенный объем пространства, тем это вещество плотнее. Мы можем определить плотность по тяжести — чем плотнее вещество, тем оно тяжелее на ощупь. Интересно, что разброс плотностей веществ в нашем мире огромен — от сотни граммов до двух с лишним десятков тонн в одном кубическом метре. Но нас сейчас интересуют тяжесть золота и свинца, а также их положение на шкале плотности всех известных нам элементов.

Если составить список металлов согласно их плотности (рас­сматриваются металлы, так как именно они (за редким ис­ключением) являются самыми плотными среди всех веществ), то первые десять позиций будут следующими (начиная с самого тяжелого): осмий (22,61 г/см³), иридий (22,57 г/см³), платина (21,46 г/см³), рений (21,02 г/см³), нептуний (20,45 г/см³), плуто­ний (19,84 г/см³), золото (19,28 г/см³), вольфрам (19,25 г/см³), уран (18,95 г/см³) и тантал (16,65 г/см³).

А где же свинец?! Он находится почти на двадцатой строчке нашего списка, так как его плотность —11,34 г/см³ — в два раза меньше, чем плотность самых тяжелых металлов. А чтобы понять, насколько эти метал­лы тяжелы, можно вспомнить, что кубический сантиметр сосны, березы, липы или осины имеет массу около половины грамма — почти в 50 раз меньше, чем самые плотные из металлов!

В списке указано, что самым плотным металлом является осмий, а с небольшим отставанием за ним следует иридий, и этой точки зрения сейчас придерживается официальная наука. Однако необходимо внести некоторую ясность, так как плот­ность этих двух металлов в значительной степени зависит от того, как проводить измерения.

Каждый элемент во Вселенной состоит из нескольких изото­пов — совершенно одинаковых по химическим свойствам ато­мов, отличающихся лишь внутренним строением ядра и мас­сой. В ядрах изотопов одного элемента (в переводе с греческого изотопы — «занимающие одно место»: isos — «одинаковый» и topos — «место») находится одинаковое количество протонов, а вот число нейтронов может изменяться. Именно из-за разного количества нейтронов меняется и плотность изотопов одного вещества, эта разница ничтожна, но при больших объемах может быть весьма ощутима. Например, у того же осмия на­считывается 7 изотопов, среди которых один является радио­активным.

В связи с этим необходимо оговаривать, в каких пропорциях в данном элементе находятся различные его изотопы. В частно­сти, 1 кг металлического осмия содержит в себе около 410 грам­мов осмия-192, 264 грамма осмия-190, 161 грамм осмия-189, 133 грамма осмия-188, 16,4 грамма осмия-187, 15,9 грамма осмия-186 и сотые доли грамма осмия-184. У иридия ситуация иная, так как известны всего два его естественных изотопа, по­этому 1 кг этого металла состоит из 627 граммов иридия-193 и 373 граммов иридия-191. Однако такое соотношение разных изотопов в одном образце наблюдается не всегда, поэтому и воз­никают проблемы с точным измерением плотности.

Это наглядно прослеживается на примере измерения плот­ностей осмия и иридия и их соперничества на звание самого тяжелого металла. Можно сказать, что плотность обоих металлов в среднем равна 26,2 г/см³, однако эти показатели могут менять­ся от 22,57 г/см³ (иридий) и 22,61 г/см³ (осмий) до 22,65 г/см³ (снова иридий). Такой разброс как раз и определяется наличием в измеряемых образцах более легких или более тяжелых изо­топов.

Однако существуют металлы, обладающие гораздо большей плотностью, чем осмий или иридий. Хотя термин «существуют» к ним подходит слабо: эти элементы получены искусственно на ускорителях, а в природе их нет. Точные значения плотностей самых тяжелых из искусственных элементов неизвестны, потому что все они нестабильны (распадаются за время от несколь­ких часов до долей секунд), а некоторые из них были получены в количестве двух-трех ядер! Поэтому приведенные ниже плотно­сти металлов являются очень приближенными и вычисленными лишь по косвенным данным.

Сиборгий (элемент № 106 в таблице Менделеева) получен в 1974 году в США; предполагают, что его плотность равна 35 г/см³. Мейтнерий (элемент № 109) синтезирован в 1982 году в Германии, по расчету, его плотность также достигает 35 г/см³. Борий (элемент № 107) сначала получен в 1976 году в СССР, а по­вторно в 1981 году в Германии. Его плотность должна достигать 37 г/см³. Дубний (элемент № 105) открыт в 1970 году в СССР, его плотность должна составлять 39 г/см³. Хассий (элемент № 108) синтезирован в 1984 году в Германии, по примерным расчетам, он должен обладать плотностью около 41 г/см³. О плотностях других искусственных элементов, полученных за последние годы, пока говорить не приходится, ведь даже ученые затрудняются хотя бы примерно оценить этот параметр.

Пока на Земле не существует более плотных веществ, чем осмий или иридий. Однако в космическом пространстве есть объ­екты, плотность которых в сотни, тысячи и миллионы раз больше. Например, вещество белых карликов (угасающих звезд, размеры которых близки к размерам Земли) может обладать плотностью от 100 кг до 1000 тонн на кубический сантиметр! Это обсто­ятельство в 1862 году поразило научную общественность (имен­но в этом году был открыт первый белый карлик — Сириус В), а объяснение этого факта было найдено лишь в 30-х годах про­шлого века.

Однако и эта плотность — не предел. Вещество нейтронных звезд обладает плотностью, превышающей 300-500 миллионов тонн на кубический сантиметр! Это даже больше, чем плот­ность атомных ядер. Но самой большой плотностью должны обладать черные дыры — в их центрах плотность стремится к бесконечности, хотя при тех условиях, что теоретически долж­ны наблюдаться в черных дырах, нельзя говорить ни о времени, ни о пространстве, ни о плотности в нашем понимании смысла этих слов…