До того, как химия была наукой, была алхимия. Одним из главных заданий алхимиков было превратить (превратить) свинец в золото.
Определены свинец (атомный номер 82) и золото (атомный номер 79). как элементы по количеству протонов, которыми они обладают. Для изменения элемента необходимо изменить атомный (протонный) номер. Число протонов в элементе нельзя изменить никакими химическими средствами. Однако можно использовать физику для добавления или удаления протонов и, таким образом, преобразования одного элемента в другой. Поскольку свинец стабилен, для того, чтобы заставить его высвободить три протона, требуется огромный вклад энергии, настолько большой, что стоимость его преобразования значительно превосходит стоимость любого полученного золота.
История
Превращение свинца в золото не только теоретически возможно – оно достигнуто! Сообщалось, что Гленн Сиборг, лауреат Нобелевской премии по химии 1951 года, преуспел в трансмутации небольшого количества свинца (хотя он мог начать с висмута, другого стабильного металла, часто замещающего свинец) в золото в 1980 году. Более ранний отчет (1972) содержит подробности. случайное открытие советскими физиками на ядерном исследовательском центре у озера Байкал в Сибири реакции, превратившей свинцовую защиту экспериментального реактора в золото.
Трансмутация сегодня
Сегодня ускорители элементарных частиц обычно трансмутируют элементы. Заряженная частица ускоряется с помощью электрического и магнитного полей. В линейном ускорителе заряженные частицы дрейфуют через серию заряженных трубок, разделенных промежутками. Каждый раз, когда частица появляется между зазорами, она ускоряется разностью потенциалов между соседними сегментами.
В круговом ускорителе магнитные поля ускоряют частицы, движущиеся по круговым траекториям. В любом случае ускоренная частица ударяется о материал мишени, потенциально выбивая свободные протоны или нейтроны и создавая новый элемент или изотоп. Ядерные реакторы также могут использоваться для создания элементов, хотя условия менее контролируемы.
В природе новые элементы создаются путем добавления протонов и нейтронов к атомам водорода. в ядре звезды производит все более тяжелые элементы, вплоть до железа (атомный номер 26). Этот процесс называется нуклеосинтезом. Элементы тяжелее железа образуются при звездном взрыве сверхновой. В сверхновой можно превратить золото в свинец, но не наоборот.
Хотя превращение свинца в золото, возможно, никогда не будет обычным явлением, это действительно так. Практично для получения золота из свинцовых руд. Минералы галенит (сульфид свинца, PbS), церуссит (карбонат свинца, PbCO 3 ) и англезит (сульфат свинца, PbSO 4 ) часто содержат цинк, золото, серебро и другие металлы. После измельчения руды в порошок достаточно химических методов, чтобы отделить золото от свинца. Результат почти алхимия.