Наследие русской химической науки XIX века только что получило небольшой апдейт: пять элементов в сердце периодической таблицы Менделеева оказались не совсем такими, какими мы их представляли.

«Ваш учитель химии, возможно, говорил вам, что «атомные массы — природные константы», но ничто не может быть дальше от истины, чем это утверждение», — развенчивает наши школьные иллюзии Тайлер Коплен (Tyler Coplen), директор Рестоновской лаборатории стабильных изотопов (США).

И правда, атомный вес некоторых элементов варьируется в зависимости от того, в какой именно точке Земли вы находитесь.

Рис. 1. Наедине с этим милым существом в вашей персональной таблице Менделеева бром-81 будет преобладать над бромом-79… (Здесь и ниже фото Алексея Трофимова / Wikimedia Commons).

Подавляющая часть атомной массы покоится в ядре атома в виде протонов и нейтронов (исключение — водород, в ядре которого один протон). Количество протонов в ядре действительно константно для данного изотопа; скажем, у ядра углерода их всегда шесть, у кислорода — восемь, и так далее. А вот число нейтронов может меняться от атома к атому, причём у одного и того же химического элемента. Собственно, отсюда и изотопы, так что, как видим, в целом учебник за седьмой класс прошёл проверку фактами.

Так-так, а как же обещанные колебания веса в «зависимости от географии»? Их, увы, не избежать. Несмотря на то что многие изотопы нестабильны, ряд элементов имеет больше одного стабильного изотопа. Скажем, у брома таких два, причём их распространённость на планете Земля примерно одинакова: ⁷⁹Br — 50,56 %, ⁸¹Br — 49,44 %. И тут появляется проблема:

какую именно атомную массу указывать в таблице Менделеева? Конечно, можно обойтись «средним арифметическим», но тогда отличникам будет казаться, что в природе доминирует искусственно получаемый нестабильный бром-80…

Рис. 2. А в тех районах Земли, где солей мало, а морской воды попросту нет, всё обстоит наоборот.

Чтобы жизнь химика не казалась вам чёрной икрой, добавим, что в морской воде и в солях ⁸¹Br несколько более распространён, чем в живых организмах. То есть в вас или в омулёвой бочке по имени Байкал доминирует бром ⁷⁹Br, а в Красном и тем паче Мёртвом море — ⁸¹Br. У магния стабильных изотопов три, и их распространённость также варьируется в разных окружающих средах. Но какой бы из изотопов вы ни выбрали за «основной», действие это будет очень условным — уже сейчас известно, что на других планетах Солнечной системы, а также на самом Солнце распределение стабильных изотопов может отличаться от земного. Тем более оно может быть другим в иных звёздных системах. Словом, пока просто нельзя понять, какой изотоп того же брома чаще встречается на миллиардах планет нашей Галактики, не говоря уже обо всей Вселенной.

Всё это заставило Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) заявить, что в случае атомных масс брома и магния лучше использовать интервалы, нежели просто цифры. Оттого атомная масса брома теперь не 79,904, а 79,901–79,907 ([79,901, 79,907]), а магния — не 24,3050, а 24,304–24,307 ([24,304, 24,307]).

И тут, как вы уже догадались, только начни, а остановиться будет архитрудно. Тут же — то есть пару лет назад — ИЮПАК заменил «чёткие» атомные массы десяти других элементов интервалами, причём сделал это для сверхраспространённых водорода и углерода. А не так давно та же операция была проделана с ещё тремя элементами — германием, индием и ртутью.

Тайлер Коплен, автор последнего доклада ИЮПАК, уверен, что в будущем, по мере роста чувствительности приборов, которые позволяют оценить доли различных изотопов в тех или иных районах Земли, та же история повторится с другими элементами, имеющими более одного стабильного изотопа.

«Комитет ИЮПАК вновь соберётся в августе, — сообщает учёный. — Думаю, ещё нескольким элементам придётся измениться».

Подробнее о поднятой теме можно почитать в журнале Pure and Applied Chemistry.