Рассказ о самых стойких - Аркадий Локерман

Такой быстрый и безопасный способ получения огня до изобретения спичек пользовался широким распространением. Огниво сумели «миниатюризировать» почти до размера современной зажигалки.

Новое свойство платины привлекло общее внимание и тут выяснилось, что первым, правда в менее эффектной форме, его подметил X. Дэвн, обнаруживший в 1818 году, что в присутствии платины кислород самопроизвольно превращает винный спирт в уксусную кислоту.

Вскоре Дёберейнер продемонстрировал еще один эффектный опыт: он взрывал гремучий газ, приближая к нему платину, как волшебную палочку.

В те же годы другие исследователи установили, что способность возбуждать химические реакции, замедлять их или ускорять не является уникальной особенностью платины, а присуща и некоторым другим элементам и соединениям.

Берцелиус в 1835 году предложил вещества, обладающие таким свойством, называть катализаторами (от древнегреческого: разлагать, возбуждать).

Вслед за огнивом были изобретены каталитические грелки. Они применяются и поныне: горючее из резервуара по фитилю подводят к платиновому катализатору. Под его влиянием, взаимодействуя с кислородом воздуха, горючее окисляется и порождает тепло без образования пламени, при безопасной для воспламенения температуре.

В конце прошлого века был придуман контактный способ получения серной кислоты путем окисления сернистого газа на платине. Для экономного ее расходования применили «пушонку» — тончайшие волокна асбеста, покрытые платиновой чернью.

С той поры катализаторы, платиновые и другие, применяются все шире (об этом будет еще речь) и во многом обусловили прогресс химической технологии, хотя причины их «магического» действия прояснялись очень медленно, вместе с ростом знаний о строении вещества. Основа этих знаний — периодическая система элементов Д. И. Менделеева, Сущность ее общеизвестна и не требует пояснений. Здесь надо лишь отметить особую роль платиновых металлов в ее рождении. Химия тогда представляла, по существу, лишь набор разрозненных сведений об элементах и их соединениях. Попытки систематизации базировались в основном на внешних признаках и успеха не приносили.

Открытие Волластоном и Теннантом четырех элементов, спутников платины, вызвало предположения о том, что соседство их не случайно, а обусловлено химической общностью, но доказать родство могли только очень глубокие и трудные сопоставительные исследования. Выполнить их смог только К. К. Клаус. Открытый им рутений внес как бы симметрию в строение семейства. заполнил недостающее звено. Накопленные за 20 лет упорного труда данные позволили Клаусу обосновать, что все эти металлы по своим химическим свойствам «являются членами нераздельной хорошо образованной группы».

Результаты исследований Клауса привлекли особое внимание Д. И. Менделеева. В 1869 году он опубликовал книгу «Основы химии», которая навсегда стала подлинной основой не только химии, но и всех наук, изучающих строение вещества. В ней Менделеев особо отметил, что в открытии периодической системы путеводной нитью послужило «замечательное сходство между рядами Pd-Rh-Ru и Pt-Ir-Os… установленное казанским профессором Клаусом».

Следует напомнить и о том, что платиновые металлы, послужив «путеводной нитью», вскоре обратились в «твердый орешек», когда пришлось Менделееву решать, где же их место в периодах и группах системы.

Данные о свойствах платиновых металлов приведены в таблице 1.

Бросается в глаза наиболее четкое различие: членов семейства можно, почти по Чехову, подразделить на «тонких» и «толстых» или на «тяжелых» и «сверхтяжелых» (по принятой в науке классификации).

При создании периодической системы Д. И. Менделеев построил все элементы в шеренгу по атомному весу, или, применяя современную терминологию, по их атомным номерам. Семейство платиноидов оказалось в этом строю разорванным на две триады: рутений (№ 44), родий (№ 45), палладий (№ 46) и осмий (№ 76), иридий (№ 77), платина (№ 78). Разделяют их тридцать иных элементов, и, следовательно, место этим триадам в разных периодах системы.

Обнаружилась неоднородность семейства и по другому важному признаку валентности. Она определяет поведение веществ в химических реакциях, и Менделеев по этому критерию выделил в системе группы, объединив в каждой из них элементы с одинаковой максимальной валентностью, равной номеру группы.

Данные о валентности показывают, что и по этому признаку семейство должно быть расчленено, но уже не на триады, а, так сказать, поперек, с отделением восьмивалентных рутения и осмия, а также шестивалентного иридия от остальных.

Так существует ли вообще семейство?

Веским аргументом в его защиту явилось то, что триады при всей их разобщенности во многом сходны, и у каждого «легкого» элемента есть очень на него похожий тяжелый «брат», занимающий в строю аналогичное место. Поэтому триады могут быть объединены и разделены по вертикали на три диады. Так, «левофланговый» первой триады рутений по многим признакам сходен с «левофланговым» второй триады осмием, оба они отличаются от остальных своей структурой, самой высокой температурой плавления, наибольшей твердостью и хрупкостью, устойчивостью к кислотам и легче всех других соединимы с кислородом. Такую же близость обнаруживают и следующие пары: родий с иридием, палладий с платиной. Отчетливо и то, что свойства элементов в обеих триадах изменяются закономерно — от диады к диаде возрастает химическая стойкость, снижаются температуры плавления и твердость.

Все это, как и многочисленные примеры сходного поведения платиноидов при различных химических реакциях, подтверждало, что они не случайные соседи в природе, а подлинные «родственники», и это в периодической системе должно быть отображено. При ее построении выявилось, что каждая триада имеет на своем правом фланге «законных» соседей: палладий (№ 46) граничит с серебром (№ 47) и платина (№ 78) с золотом (№ 79) а на противоположном фланге соседей не оказалось, там рядом с рутением (№ 44) и осмием (№ 76) пустовали «квартиры», предназначенные для элементов № 43 и № 75.

Какими они окажутся? Может быть, где-то затаилось еще два платиноида и их семейство включает не шесть, а восемь членов и состоит не из двух триад, а из двух тетрад?

Возможно и другое. Судя по положению в периодической системе, могут быть в родстве с марганцем и молибденом эти неизвестные элементы. Менделеев условно назвал их экамарганцем и двимарганцем (на санскритском языке «эка»-один, «дви»-два), показав таким образом, какое предположение он считает более вероятным.

После долгих раздумий, отвергнув много вариантов, Менделеев признал, что черты сходства между платиновыми металлами являются определяющими, а различия еще ждут своего объяснения.

Менделеев решил отнести все платиноиды, вне зависимости от установленной максимальной валентности, к VIII группе и разделить их в отличие от остальных на три подгруппы. Так он отразил особенность «триадного» строения семейства, а симметричным расположением триад в 5 и 6 периодах показал их взаимосвязь.

Все это вызвало споры. Многие исследователи считали, что Менделеев поспешил, согласившись с Клаусом. Предполагая, что Озанн был на верном пути, они продолжали поиск новых элементов в платиновой руде, и это не раз порождало сенсации. В 1877 году был обнаружен «дэвий», а два года спустя «уралий», затем «люций» и «ниппоний». В 1903 году родился «америлий», а в 1911-«канадий». Ни одно открытие не подтвердилось, за новый элемент принимали различные соединения иридия и родия (что иллюстрирует, как трудно их изучение).

Лишь в 1925 году, направив поиск по иному пути, Вальтер Ноддак и Ида Такке (впоследствии Ноддак) после трех лет упорного труда выявили сначала в молибденовой, а затем и в марганцевой руде ничтожное содержание элемента № 75-рения. А № 43 оставался загадкой до 1937 года, когда итальянский физик Эмилио Сегре доказал его существование и назвал технецием (искусственным, по-гречески), что вполне отвечало сути: элемент был получен при бомбардировке молибдена ядрами тяжелого водорода-дейтерия в циклотроне.

Рений и технеций по ряду признаков оказались близкими к молибдену и марганцу, и это завершило спор о численности платинового семейства. Другой спор — о его месте в периодической системе — продолжается, и попытки модернизировать таблицу Менделеева делались неоднократно. Получил распространение, например, ее вариант, где в VIII группе оставлены только рутений и осмий, а остальные платиновые металлы вместе с кобальтом и никелем помещены по соседству, но за пределами таблицы (что ничего не меняет по сути).

Причины различной валентности, как и многие иные особенности элементов, Д. И. Менделеев при уровне знаний его времени установить не мог и ограничился такими словами: «Легко предположить, но ныне пока еще нет возможности доказать, что атомы простых тел суть сложные вещества, образованные сложением некоторых еще меньших частей…»