Виток спирали - Валентин Рич

Через восемьдесят лет, прошедших после появления таблицы Лавуазье с ее 26 элементами, люди знали уже более 60 сортов атомов. Среди новых элементов были такие активные, как калий, горящий даже в воде. И такие стойкие, как осмий или иридий, не боящиеся самых сильных кислот. Был легчайший металл алюминий и более тяжелые, чем свинец, — торий и уран.

Сколько элементов еще предстоит открыть? И какими окажутся их свойства? И вообще — от чего эти свойства зависят, по какому закону от элемента к элементу изменяются?

На эти вопросы не мог ответить никто.

Только что упорядоченный Лавуазье и Дальтоном мир элементов снова постепенно превращался в хаос, за которым отдельные мыслители тщетно стремились угадать систему.

Английский врач Уильям Праут выступил с идеей, которую сегодня нельзя не назвать пророческой. Вес любого атома кратен весу атома водорода потому, что все атомы состоят из атомов водорода; именно водород и есть та первичная материя, из которой затем постепенно образовались и все остальные элементы…

Но эта крайне привлекательная мысль не подтвердилась. Точные измерения показали, что атомные веса более тяжелых элементов не делятся нацело, без остатка, на атомный вес водорода.

Другой англичанин Джон Ньюлендс предложил расположить все сорта атомов в порядке возрастания атомных весов и посмотреть, не обнаружится ли при этом какая-нибудь закономерность в изменении других свойств элементов.

В 1866 году он высказал свою идею в Лондоне. Но присутствовавшие на докладе ученые подняли его на смех; один физик даже спросил: а не пробовал ли достопочтенный докладчик расположить элементы не по атомным весам, а по алфавиту?

И Ньюлендс отступил.

Не достигли успеха и другие попытки обнаружить закономерную систему элементов, предпринятые французом Александром де Шанкуртуа, немцем Лотаром Мейером, англичанином Уильямом Одлингом.

Но если общий чертеж системы элементов до конца 60-х годов XIX века оставался неизвестным, то кое-какие его детали все же постепенно прояснялись. Более всего это относилась к установлению сходства между отдельными элементами и даже группами элементов.

Пожалуй, наиболее важный шаг в этой области сделал немецкий химик Иоганн Деберейнер. Он установил, что существуют группы элементов, сходные не только по химическим, но и по некоторым физическим свойствам. Например, литий-калий-натрий. Или магний-кальций-стронций. Или фосфор-мышьяк-сурьма. Или фтор-хлор-бром. Такие группы Деберейнер назвал триадами. А установленная им закономерность — "закон триад" — гласила: атомный вес среднего члена триады есть среднее арифметическое атомных весов ее крайних членов. Таким же средним был у средних элементов триад и удельный вес окисей.

Казалось бы, что могло помешать распространению "закона триад" и на несходственные по своим химическим свойствам и даже на все вообще элементы?

Но парадоксальная по тому времени мысль о "сходстве несходного", если и возникала, то ее тут же отбрасывали, или остерегались обнародовать, или, как в случае с Ньюлендсом, не могли доказать.

Кроме того, препятствием для ее утверждения была путаница с атомными весами: атомные веса многих элементов были определены неверно. И главным образом потому, что большинство исследователей первой половины XIX века не представляли себе как следует различие между двумя видами частиц вещества — атомами и молекулами. И не понимали, что закон кратных отношений Дальтона относится к атомам, а закон Авогадро — к молекулам. Поэтому при определении атомного веса того или иного элемента нередко получали ошибочный результат. Например, зная, что в воде на 1 весовую часть водорода приходится 8 весовых частей кислорода и полагая, что соотношение атомов элементов здесь один к одному, можно было принять атомный вес кислорода за 8. А рассуждая так же о перекиси водорода, можно было принять его за 16.

Только в 40-х годах XIX века французский химик Шарль Жерар пришел к выводу, что атом есть наименьшее количество элемента, входящее в состав молекулы его соединений. И что молекула есть наименьшее количество вещества, вступающее в химические реакции и занимающее в газообразном состоянии одинаковый объем для всех веществ.

С этого времени стало теоретически возможным правильное определение атомных весов. Но во-первых, не все ученые сразу согласились с Жераром. А во-вторых, для претворения теоретической возможности в реальность нужно было преодолеть немало технических препятствий.

И лишь к концу 50-х годов, когда итальянский ученый Станислао Канницаро изобрел способ определения атомного веса металлов по плотности их паров и теплоемкости, все химики наконец согласились с жераровскими представлениями об атоме и молекуле.

Об этом удалось договориться на Международном химическом конгрессе; он состоялся в сентябре 1860 года в немецком городе Карлсруэ. После этого можно было правильно определить атомный вес всех без исключения элементов. Хотя, конечно, для этой работы потребовалось немало времени.

…Чтобы навести порядок во все увеличивающемся нагромождении химических элементов и снабдить человечество картой атомов, нужен был гений. Возможно, не меньший, чем Чарлз Дарвин, который разобрался в хаосе растительного и животною мира.

И никто из маститых участников конгресса в Карлсруэ не подозревал, что этот научный подвиг совершит находившийся в одном зале с ними двадцатишестилетний русский химик Дмитрий Иванович Менделеев.

Глава вторая,

в которой многое происходит не так, как полагается

В 1859 году немецкие ученые Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен обнаружили новое, до того не известное свойство атомов: если раскалить какое-нибудь вещество и заставить его светиться, а потом пропустить этот свет через стеклянную призму, то можно обнаружить, что спектр у него будет не такой, как у другого вещества. В спектре натрия, например, самой яркой будет желтая полоска, а в спектре магния — зеленая.

Когда Кирхгоф и Бунзен обнаружили эти удивительные особенности атомов разного сорта, они построили специальный прибор спектроскоп, который позволял получить спектр мельчайшей крупицы вещества. И принялись испытывать в этом приборе самые разные минералы. И вот в одном минерале, в спектре которого светилась ярко-голубая полоска, они открыли новый элемент цезий ("небесно-голубой"), а в другом минерале — в его спектре светилась багровая полоска — новый элемент рубидии ("красный").

Спектроскоп был принят на вооружение десятками исследователей во многих странах. И вскоре были открыты еще два новых элемента.

Один из них был назван таллием ("таллюс" — это молодая зеленая ветвь), а другой индием (индиго — самая красивая синяя краска); в спектре первого ученые увидели характерную только для этого элемента ярко-зеленую полоску, в спектре второго — ярко-синюю.

После таллия и индия пришло время гелия…

Из всех ученых, занявшихся спектральным анализом, наибольший успех выпал на долю французского химика Поля Лекока де Буабодрана — ему посчастливилось обнаружить три новых элемента.

Самую широкую известность получило его первое открытие. И не потому, что первый открытый Буабодраном элемент, названный в честь родины первооткрывателя галлием, оказался более распространенным и важным для техники, чем впоследствии обнаруженные им самарий и диспрозий. Нет, открытие галлия произвело громадное впечатление на весь ученый мир совсем по другой причине…

Можно представить себе радость исследователя, когда он, раскалив кусочек довольно обычного минерала, увидел в его спектре совсем необычную, ранее никому и никогда не встречавшуюся фиолетовую линию и уже через день, многократно повторив эксперимент и сравнив полученный спектр со спектрами известных элементов, смог написать французскому академику Вюрцу:

"Позавчера, 27 августа 1875 года, между двумя и четырьмя часами ночи, я обнаружил новый элемент в минерале цинковая обманка из рудника Пьерфитт в Пиренеях…"

Можно представить испытанное исследователем удовлетворение, когда после года упорной, кропотливой работы ему удалось выделить несколько тысячных долей грамма этого нового элемента и определить некоторые его свойства, в том числе атомный вес, который оказался близким к 69, и плотность, которая оказалась равна 4,7.

Труднее представить, что почувствовал Буабодран, когда узнал, что петербургский профессор Дмитрий Менделеев, не имевший ни малейшей крупицы галлия, тем не менее позволил себе не только оспаривать правильность найденной им, Буабодраном, плотности нового элемента, не только называть иное, по его мнению, более правильное число — 5,9, но еще и давать советы. Он рекомендовал получше очистить препарат от натрия и тогда уже определять плотность.