Как были открыты химические элементы

Трифонов Дмитрий Николаевич

Цепочка неудач потянулась и дальше. В 1836 г. к работе приступают братья Г. и Р. Нокс из Ирландии. Пять лет повторяются один за другим опасные эксперименты, но без проблеска надежды. Братья получают серьезные отравления, и Р. Нокс вскоре умирает. В 1846 г. бельгиец П. Луйе повторяет драматический путь братьев Нокс. Его судьбу затем разделяет французский химик Д. Никле. Наконец, профессор Политехнической школы в Париже Э. Фреми в 1854–1856 гг. как будто добирается до свободного фтора. Ему удается электролитически разложить безводный расплавленный СаF₂. На катоде отлагается металлический кальций, а на аноде выделяется газ, который не может быть чем-либо иным, нежели фтором. Но мало наблюдать, как бегут один за другим быстрые газовые пузырьки, их нужно собрать. Но здесь Э. Фреми подстерегает

неудача. И все же — как вы думаете? — не достоин ли Э. Фреми тоже считаться автором открытия фтора, во всяком случае в неменьшей степени, чем К. Шееле?

В 1869 г. английскому химику Г. Гору удалось получить немного свободного фтора, который, однако, тут же со взрывом прореагировал с водородом. Были еще исследователи — числом около десяти, — которые надеялись получить свободный фтор. История, конечно, сохранила их имена, но мы не будем их перечислять.

Наконец, настал момент, когда в судьбу фтора властно вмешался А. Муассан. Прежде всего он учел ошибки своих предшественников. Он ясно представлял себе, что попытки М. Фарадея, Э. Фреми и Г. Гора не привели к успеху лишь потому, что эти исследователи не сумели «обуздать» агрессивность фтора, который моментально вступал в соединения с материалом аппаратуры. А. Муассан видел ошибку и тех, кто пытался выделить фтор, действуя на фториды хлором. Ведь хлор должен был быть окислителем более слабым, нежели фтор.

Как же поступил А. Муассан-экспериментатор? Он применил U-образный сосуд. Сначала сосуд был сделан из платины, но затем ученый пришел к выводу, что гораздо удобнее сосуд из меди (на образующийся фторид меди не действуют ни фтор, ни фтороводород). Тем самым слой фторида меди предохранял сосуд от разрушения. А. Муассан заполнил сосуд безводной плавиковой кислотой, добавив к ней немного кислого фторида калия, чтобы раствор проводил электрический ток. Сосуд был погружен в охладительную смесь при температуре около -25°C. Платиновые электроды были вставлены в специальные пробки, изготовленные из CaF₂. Электролиз приводил к тому, что на катоде выделялся водород, а на аноде — фтор, который накапливался в специальных медных трубках.

Первый успешный эксперимент А. Муассан провел 26 июня 1886 г. Он наблюдал пламя, образующееся при реакции фтора с кремнием. А. Муассан послал в Парижскую Академию наук довольно скромное сообщение. В нем он писал, что возможны различные гипотезы о природе выделяющегося газа. Самая простая из них состоит в том, что фтор действительно выделяется. Но возможно образуется перфторид водорода или даже смесь HF и озона. Эта смесь достаточно активна, чтобы объяснить то энергичное действие, которое газ оказывает на кристаллическую кремнекислоту.

Поскольку А. Муассан еще не был членом Академии, его сообщение зачитал А. Дебре, и была назначена специальная комиссия в составе А. Дебре, уже известного нам Э. Фреми и старейшины французских химиков М. Бертло. В первый день проверки А. Муассан не сумел приготовить свободный фтор. Но на следующий день он торжествовал: комиссия убедилась в успехе А. Муассана. Так в биографии фтора появилась еще одна дата, едва ли не самая важная, — дата его выделения в свободном виде (1886). В жидком виде А. Муассан получил фтор в 1887 г.

ХЛОР

В далекие времена людям были известны такие соединения хлора, как поваренная соль NaCl и нашатырь NH₄Cl. Потом наступила очередь знакомства с соляной кислотой НС1, и она находила самые разнообразные применения. В руках исследователей находились многочисленные соединения хлора. И нет никаких сомнений, что в ходе манипуляций с этими веществами не раз был получен свободный хлор. Среди тех, кому удалось его наблюдать, были такие выдающиеся ученые, как И. Глаубер (он приготовил широко известную глауберову соль), И. Ван-Гельмонт и Р. Бойль. Но едва ли кто из этих естествоиспытателей, даже если бы и обратил внимание на странный желто-зеленый газ, сумел бы понять его природу.

Пребывал в заблуждении и шведский химик К. Шееле. Он получил хлор тем же самым способом, который описан в школьном учебнике, действуя соляной кислотой на оксид марганца (К. Шееле брал размельченный пиролюзит, природную MnO₂). Было бы неправильным сказать, что ученый наткнулся на этот химический процесс

случайно. К. Шееле знал, что при действии НСl на пиролюзит должен получиться воспламеняемый (или горючий) воздух (будущий водород), как это всегда бывало, когда кислоты действовали на металлы (см. с. 37 ). Газ действительно выделялся, но он даже отдаленно ничем не напоминал воспламеняемый воздух. У него был очень неприятный запах, не радующий глаз желто-зеленый цвет. Он разъедал пробки, обесцвечивал цветы и листья растений. Новый газ оказался активнейшим химическим реагентом. Он действовал на многие металлы, в смеси с аммиаком образовывал густой дым (хлорид аммония NH₄Cl). В воде газ растворялся слабо. К. Шееле не произнес слов «новый химический элемент», хотя и держал его в руках, а логика рассуждений приводила к выводу об элементарности газа. Шведский химик был активным сторонником теории флогистона. Он считал, что открытый им газ является соляной кислотой, потерявшей флогистон. Поэтому он назвал его дефлогистированной соляной кислотой или дефлогистированной муриевой кислотой (НСl называли муриевой кислотой, от латинского слова maria, означающего «рассол, соленая вода»). В то время К. Шееле разделял мнение Г. Кавендиша и других ученых, что воспламеняемый воздух (водород) есть флогистон. Отсюда следовало, что новый газ должен быть простым телом (соляная кислота минус флогистон). Но такого, казалось бы, очевидного вывода К. Шееле не сделал. Датой открытия нового газа считается 1774 г. Но прошло довольно много времени, прежде чем было окончательно понято, что же он из себя представляет.

А. Лавуазье ниспроверг флогистонные представления. Понятно, что само название «дефлогистированная муриевая кислота» вызвало у него активный протест. С точки зрения А. Лавуазье, кислота К. Шееле являлась соединением муриевой (соляной) кислоты с кислородом. В окисленную муриевую кислоту — вот во что превратился у А. Лавуазье будущий химический элемент хлор. Ведь, по мнению французского химика, все кислоты должны содержать кислород, находящийся в соединении с каким-либо элементом. Его А. Лавуазье именует мурием и помещает в «Таблицу простых тел» (муриевый радикал — radical muriatique).

Получился парадокс: пытаясь правильно истолковать природу газа, открытого К. Шееле, А. Лавуазье лишь усложнил представления о нем. Но, пожалуй, это было то звено в истории открытия хлора, которое неизбежно должно было появиться в соответствии с новыми теоретическими идеями. Кое-кто из химиков пытался получить свободный мурий. Легко понять, что попытки эти были беспредметны. Но сущность нового газа отсюда не стала яснее.

В 1807 г. его загадку решил разгадать Г. Дэви. Он подвергнул пресловутую муриевую кислоту самым различным воздействиям. Г. Дэви пытался разложить ее с помощью электролиза, но никакого разложения не происходило. Как он ни изощрялся в своих манипуляциях с оксимуриевой кислотой, ему никак не удавалось получить воду или выделить кислород. Словом, кислота вела себя так, как будто это простое вещество. Тем более, когда она действовала на металлы или их оксиды, образовывались типичные соли. Ничего другого не оставалось Г. Дэви, как признать оксимуриевую кислоту состоящей из одного единственного простого вещества — признать элементарную природу газа, открытого 30 с лишним лет назад К. Шееле. Г. Дэви и сказал об этом 19 ноября 1810 г. на заседании Британского королевского общества.

Г. Дэви предложил для элемента название «хлорин» от греческого слова хлорос, означающего «желто-зеленый». Двумя годами позже, в 1812 г., французский химик Ж. Гей-Люссак предложил изменить название на хлор (что стало общепринятым, за исключением англоязычных стран).

Ж. Гей-Люссак в содружестве с Л. Тенаром почти одновременно с Г. Дэви стал изучать оксимуриевую кислоту с целью понять ее природу. Ученые сначала пытались твердо доказать содержание в ней кислорода. Они пропускали ее над углем через нагретую докрасна фарфоровую трубку. Если бы в газе К. Шееле содержался кислород, он непременно поглотился бы углем. Но что входило в трубку, то и выходило из нее. Газ по составу нисколько не менялся. Это наблюдение, однако, не поколебало мнения ученых, твердых сторонников А. Лавуазье о составе оксимуриевой кислоты.