Почему же так долго франций оставался неуловимым для ученых всего мира? Прежде всего потому, что из всех химических элементов (исключая трансурановые) франций - самый неустойчивый. Период полураспада его наиболее долгоживущего изотопа (который и был обнаружен в опытах Перэ) - всего 22 минуты. Мудрено ли, что при такой "продолжительности жизни" на Земле практически нет не только ощутимых запасов этого элемента, но и мизерных его следов? Впрочем, кое-что все же есть. Пользуясь законом радиоактивного распада, специалисты подсчитали, что из 5976 * 1018 тонн земного вещества на долю франция приходится... чуть больше 500 граммов. Вот почему найти в природе хотя бы крупицу этого элемента неизмеримо сложнее, чем отыскать иголку в стоге сена. И тем не менее сегодня ученым точно известны многие физические и химические свойства франция. Как же удалось их определить?
Для этого нужно искусственным путем получить сколько-нибудь заметные количества элемента, тщательно очистить его от всех примесей и затем в кратчайшее время провести необходимые измерения и опыты.
Первое время для выделения франция применялись различные химические методы, однако они были довольно сложны и далеки от совершенства. Ощутимых успехов удалось достичь, когда на помощь химикам пришла... физика. Создание циклотронов и развитие техники ускорения ионов позволили разработать физические методы получения франция, основанные на бомбардировке ториевых или урановых "мишеней" протонами высоких энергий. Таким путем в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне в результате пятнадцатиминутного "обстрела" одного грамма урана на синхроциклотроне было получено 5 * 10-13 граммов франция.
Всего 5 * 10-13 граммов? Если бы речь шла, допустим, о золоте, то такое его количество не стоило бы в буквальном смысле и ломаного гроша. А триллионные доли грамма Франция представляют для ученых огромную ценность, ибо позволяют заполнить многие графы в характеристике этого элемента. Разумеется, при этом невозможно экспериментально определить плотность металла или выяснить, при каких температурах он плавится и кипит, но собранная исследователями информация позволяет сделать это расчетным путем.
Разработан и другой оригинальный способ получения франция - облучение "мишеней" из свинца, таллия или золота многозарядными ионами соответственно бора, углерода или неона, ускоренными на циклотронах либо линейных ускорителях.
Средневековые алхимики схватились бы за голову, узнав, что их потомки вместо того, чтобы заниматься серьезным делом, т. е. получать золото из других веществ, безрассудно "стреляют" в него какими-то частицами, стремясь превратить драгоценный металл в элемент с сомнительными свойствами. Именно эти сомнительные свойства и вынуждают ученых проводить все новые и новые эксперименты, чтобы узнать как можно больше "секретов" франция.
Как же осуществляются "алхимические" процессы XX века? Тончайшую золотую фольгу (толщиной всего несколько микрон), помещенную в кассету, облучают ускоренными ионами неона - происходит ядерная реакция, в результате чего образуется изотоп франция с массовым числом 212. После получасовой "артподготовки" кассету с фольгой доставляют в лабораторию, где в защитном шкафу с помощью манипулятора облученное золото извлекают из кассеты. Внешне фольга выглядит так же, как до опыта; на самом же деле она содержит десятки тысяч атомов франция. Скажем прямо, не густо, но современным ученым зачастую приходится иметь дело буквально с несколькими атомами вещества. Так, элемент № 101 (впоследствии названный менделевием) был открыт американскими учеными, когда у них "в руках" побывало всего 17 атомов, да и то не одновременно, а в результате примерно дюжины экспериментов (по 1-2 в каждом). Так что десятки тысяч атомов - это целый клад.
Итак, франций получен, но работа с ним только начинается: ведь его надо извлечь из золота и очистить от всех других осколков деления атомных ядер, а уж потом подвергнуть скрупулезному исследованию. Все это надо ухитриться проделать поистине с "космической" скоростью, потому что период полураспада изотопа франция, получаемого при "обстреле" золота, всего 19 минут.
Сначала фольгу растворяют в царской водке и с помощью специальных "золотоуловителей" удаляют весь драгоценный (но совершенно лишний в данной ситуации) металл. Теперь надо убедиться, что эта операция прошла успешно: электронные приборы, в основе работы которых лежит метод меченых атомов, категорически "заявляют", что в растворе нет ни одного атома золота. Но ведь еще не удалены другие примеси. Если они останутся, то исследовать франций бессмысленно, так как картина может быть искажена и ученые окажутся "обманутыми". А отпущенное время неумолимо сокращается. как шагреневая кожа...
"Обеззолоченный" раствор несколько раз прогоняют через колонку, которая заполнена веществом, жадно поглощающим все лишние продукты ядерных реакций и пропускающим лишь франций. Но вот очистка окончена. Капельку раствора помещают в углубление на тефлоновой пластинке и облучают мощным потоком инфракрасных лучей. Через несколько секунд от капли ничего не остается. Но испарился только раствор, а атомы франция должны "лежать" на пластинке.
Чтобы убедиться в этом, ее вставляют в камеру чувствительного прибора, где создается вакуум, и крохотная неоновая лампочка сигнализирует о том, что франций есть. Но почему горит лишь одна из многих лампочек? Это означает, что франций чист. Если бы к нему "присоседились" инородные атомы, то загорелись бы и другие лампочки. Но, к счастью, ненужной иллюминации нет - можно приступать к химическому исследованию франция. А на эту завершающую и, пожалуй, самую ответственную стадию эксперимента отведены считанные минуты, иначе от франция останутся лишь воспоминания. Не случайно ученые в шутку называют такие опыты "химией на бегу".
За годы, прошедшие со времени открытия франция, проделано множество опытов, выполнены сотни расчетов. Сегодня науке известны основные физические и химические свойства этого элемента. Его плотность 2,5 г/см3, температура кипения примерно 620-630 °С, а вот в отношении точки плавления франция у ученых нет единой точки зрения. Дело в том, что измерить эту температуру пока что не удается, поскольку наука не в состоянии синтезировать франций в весовых количествах; иначе говоря, было бы что плавить, тогда было бы и что измерять. Правда, сегодня радиохимики умеют работать и с так называемыми субмикроскопическими количествами вещества (так, масса впервые полученного в металлическом состоянии берклия составляла всего пять миллионных долей грамма).
Но и тогда результаты определения температуры плавления франция нельзя было бы считать истинными, так как чем меньше размер частиц вещества, тем ниже точка его плавления (например, частицы золота размером 0,01 микрона плавятся не при 1063 °С, как положено золоту, а лишь при 887 °С).
Поэтому искомую характеристику франция ученые получают лишь теоретически - путем сопоставления свойств других щелочных металлов, выяснения существующей между ними взаимосвязи и экстраполяции, т. е. продолжения установленной графической зависимости в область, для которой нет экспериментальных данных. Но этот путь не дает столь точных результатов, как современные способы измерения температуры. Отсюда и расхождения, зависящие от того, какие теоретические предпосылки положены в основу расчета. В литературе можно встретить такие значения температуры плавления франция (в градусах Цельсия): 8, 19, 20, 27, 15-23 и т. д.
С химической точки зрения, франций - самый активный щелочной металл. Если фтор, находящийся в правом верхнем углу таблицы Менделеева, - наиболее яркий представитель неметаллов, то его антипод франций можно считать самым "металлическим" металлом.
Ну, а какую практическую пользу может принести этот неуловимый элемент? О широком применении его говорить пока рано. Однако лед тронулся. Характерное для франция излучение позволяет, например, быстро определить, есть ли в тех или иных природных объектах его "прародитель" актиний. Для медицины несомненный интерес представляет способность франция накапливаться в опухолевых тканях, причем (что особенно важно) даже на начальных стадиях заболевания. Благодаря этому элемент можно использовать для ранней диагностики саркомы. Такие опыты уже успешно проведены на крысах. Будущее несомненно раскроет и другие "способности" франция, а пока...
Эксперименты продолжаются, франций "рассказывает" о себе, ученые внимательно "слушают".