Земля и космос. От реальности к гипотезе - Айзек Азимов

Но Мосандер на этом не остановился. Он продолжал работать с полученной лантановой землей для того, чтобы определить, нет ли у нее примесей. Это заняло два года упорного труда, поскольку методы тех дней были очень несовершенны, но в 1841 году Мосандер пришел к радостному заключению, что и в лантановой земле, которую он добыл из цериевой, есть еще одна земля, которая до сих пор оставалась скрытой. Эту новую землю он назвал «didymia», дидимиевая земля, от греческого слова, обозначающего «близнецы», поскольку он полагал, что новая земля — это почти неотделимый близнец лантановой земли.

Все это уже стало походить на шутку. Когда была найдена одна необычная земля, иттриевая, это было выдающимся открытием — этого вполне достаточно. Но когда новые земли стали появляться одна за другой, как кролики, это начало вселять тревогу. Теперь было уже четыре земли: иттриевая, цериевая, лантановая и дидимиевая. Кто мог сказать, сколько еще их может быть?

Примерно в это время термин «редкоземельный» начал применяться уже только к этому «семейству».

Мосандер продолжил свою кропотливую работу. Он взял цериевую землю Клапрота и добыл из нее еще две новых земли. Было бы удивительно, если бы он не сделал того же с иттриевой землей Гадолина, которому было уже пятьдесят лет и который так и не смог правильно использовать свое открытие.

Мосандер принялся за изучение иттриевой земли. Очень осторожно он удалил из нее цериевую, дидимиевую и лантановую земли (а они были в исследовавшемся куске земли, поскольку любой образец с редкоземельными элементами, если его обрабатывать очень тщательно, похоже, может содержать частицы всего семейства).

Как только это было сделано, Мосандер должен был получить чистую иттриевую землю, но получилось ли у него это? Путем тщательной обработки с помощью азотной кислоты он в конце концов получил в 1843 году три разных земли с разной растворимостью в кислоте. Все три земли разнились в окраске. Бесцветная фракция оказалась самой большой, и по этой причине за ней осталось первоначальное название — иттриевая земля. Желтую землю Мосандер назвал эрбиевой землей, а розоватую — тербиевой.

Все три названия — иттриевой, эрбиевой и тербиевой земель — произошли от названия карьера, где был найден первый образец — Иттербю. В каком-то смысле схожесть названий была правильной, поскольку она показывала тесную химическую связь трех земель и их общее происхождение.

С другой стороны, для одного карьера Иттербю оказалось чересчур много чести. Число элементов ограниченно, и их названия следовало бы использовать более бережно, чтобы кого-нибудь увековечить. (Конечно, для этой цели названия не использовались; многие из элементов получили свои названия по очень прозаическим причинам, и сейчас слишком поздно с этим что-то делать.)

Более того, названия «эрбиевая земля» и «тербиевая земля» звучат столь одинаково, что очень легко их спутать. Так и случилось — то, что Мосандер назвал эрбиевая земля, потом стало зваться тербиевая земля, и наоборот. Это не имело каких-либо последствий, но все же свидетельствовало о том, что названия надо подбирать более тщательно.

Таким было положение вещей, когда появилось новое поколение ученых. У них было уже шесть редких земель, и эти земли приводили тогдашних ученых в замешательство. В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) создал Периодическую систему элементов, в которой они располагались в рациональном порядке, основанном на их химических свойствах. Полезность этой таблицы состояла в том, что стало возможным предсказывать существование некоторых элементов, которые еще не были открыты, и указывать их свойства с большой степенью вероятности. Все элементы должны были точно вписаться в таблицу — и два из уже известных в то время редкоземельных элементов, иттрий и лантан, вписались. Однако для четырех других места не нашлось, и со временем положение стало еще хуже: когда были обнаружены другие редкие элементы, только один из них вписался в таблицу достаточно удачно.

А 1878 году швейцарский химик Жан Шарль Галлисар де Мариньяк (1817–1894) получил эрбиевую землю (землю розового цвета, которую Мосандер поначалу назвал тербиевой землей). Дальнейшей обработкой он разделил ее на бесцветную землю и землю с более глубоким красным оттенком. Поскольку первоначальная эрбиевая земля имела цвет, он оставил это название за красной землей. Ту же землю, что была почти бесцветной, он назвал иттербиевой землей, также по названию прославленного карьера Иттербю. Таким образом, память об этом карьере сохранилась в названиях уже четырех земель, а следовательно, элементов.

На следующий год, в 1879-м, шведский химик Ларс Фредерик Нильсон (1840–1899) приступил к иттербию Мариньяка и выделил из него еще одну землю. К счастью, он не смог придумать, как заставить несчастный карьер Иттербю выдать еще одно название, так что решил дать обобщенное наименование скандиевая земля в честь Скандинавского полуострова в целом.

Эта земля прекрасно вписалась в таблицу Менделеева (если говорить о версии таблицы XIX века, то это была последняя земля, которой это удалось), причем особенно удачно. Когда Менделеев создал таблицу, он попытался предугадать свойства трех элементов, которые до того еще не были открыты. Один из этих элементов действительно был обнаружен в 1875 году и был назван галлий; он точно соответствовал предсказанию. Новая земля, скандиевая, содержала металлический элемент «скандий», который был вторым из предположенных Менделеевым элементов, и он тоже имел ожидаемые свойства.

Но если из иттербиевой земли Мариньяка можно было получить новую землю, не следовало ли еще изучить и эрбиевую землю, из которой была получена иттербиевая земля? Можно ли было добыть из эрбиевой земли что-либо полезное?

Еще один шведский химик, Пьер Теодор Клеве (1840–1905), обнаружил, что можно. В 1879 году он завершил разделение эрбиевой земли. Для главной фракции он оставил название эрбиевой земли. Две меньших по объему фракции он назвал гольмиевая земля и тулиевая земля. Гольмиевая земля была названа в честь Стокгольма — города, в котором жил Клеве. Тулиевая земля была названа в честь Туле — в древности так называли легендарную землю на Дальнем Севере, которую некоторые ученые связывали со Скандинавией.

Открытия продолжились, когда за них взялся французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран (1838–1912). Именно он открыл галлий при помощи новомодной спектроскопической техники. Оказалось, что каждый элемент дает свою собственную комбинацию спектральных линий при нагревании добела, и потому французский физик направил свой спектроскоп на редкоземельные элементы.

Теперь уже работы велись не наугад. Если два образца какой-то земли, полученные из различных минералов и при помощи различных техник, показывают разные спектры, тогда данный экземпляр не является чистым и в нем присутствует по крайней мере еще одна субстанция.

Французский физик обнаружил, что одна из найденных Мосандером земля, дидимиевая, при исследовании спектроскопом является подозрительной. Он начал ее разделять, проверяя спектр на каждом шаге. В 1879 году он отделил новую землю и назвал ее самариевой.

Кто-то подумает, что это название происходит от библейского города Самарии, но это не так. Так случилось, что руда, с которой работал французский физик, называлась самарскит. Более того, самарскит был типом руды, впервые открытой в России и названной в честь полковника Самарского — малоизвестного шахтного чиновника. Самарий стал первым элементом, названным в честь человека, но так случилось, что название элемента прославило лицо, которое не имело каких-либо значительных заслуг.

В 1886 году французский физик добился нового успеха, получив из самариевой земли еще одну землю, идентичную той, которую Мариньяк получил ранее (с меньшей уверенностью) в 1880 году. Это подтвердило, что Мариньяк действительно был первооткрывателем новой земли. Но имя ей дал французский физик. С разрешения Мариньяка он назвал новую землю гадолиниевая в честь Юхана Гадолина, с которого все началось около столетия до того и который к тому моменту уже скончался. По крайней мере, земля получила название в честь заслуживающего это человека.

Из всего списка элементов, названных в честь людей, только самарий и гадолиний являются стабильными из общего числа в восемьдесят один. В названиях элементов прославлены другие, более великие люди, но такие имена, как Менделеев, Кюри, Эйнштейн и Ферми, присвоены короткоживущим радиоактивным элементам, открытым после Второй мировой войны (к слову, эти радиоактивные элементы имеют интересную связь с редкими землями, но это другая история для другой книги).

После этого менее чем за два года было найдено шесть новых редких земель, однако все еще не было метода, который позволил бы определить, сколько еще земель осталось открыть.