Как были открыты химические элементы
Шрифт:
Слово «алебастр» в древности служило для обозначения двух минералов. За первым (одной из разновидностей сульфата кальция) это название сохранилось до сих пор, но в Египте, например, под этим словом понималась одна из разновидностей кальцита (карбоната кальция).
Гипс также используют с давних пор в качестве строительного материала. Раствор на основе гипса применяли при строительстве пирамид, храмов и других сооружений. Теофраст под словом «гипс» понимал также два минерала: сам гипс и продукт его частичной дегидратации. Чистый оксид кальция был описан немецким химиком И. Поттом еще в 1746 г., однако попытки получить из него металл с помощью различных восстановителей к успеху не привели.
Правильный путь предложил Г. Дэви. В первых попытках получить кальций он пропускал электрический ток через влажную землю, закрытую от воздуха слоем керосина. (Аналогично
ГЛАВА VI.
ЭЛЕМЕНТЫ, ОТКРЫТЫЕ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Не было такого десятилетия в XIX в., когда список химических элементов не пополнялся бы, притом в иные десятилетия весьма существенно. Исключение составляют только 50-е годы прошлого века, на протяжении которых ученым так и не удалось открыть ни одного нового элемента. Ни одного, сколь бы парадоксальным это обстоятельство не казалось. Но при внимательном рассмотрении оказывается, что особого парадокса здесь, собственно, и нет. Подобная ситуация скорее закономерна. Все, что было в силах классической аналитической химии, она сделала. Химико-аналитический метод позволил обнаружить к середине столетия практически все те элементы, открытие которых не требовало особых ухищрений. Они либо встречались на Земле в заметных количествах, либо были удачно найдены месторождения минералов, содержащих менее распространенные элементы. В середине прошлого столетия известно было уже около 60 элементов.
Столь мирной полосе в истории их открытия положил конец метод спектрального анализа, разработанный в 1859–1860 гг. немецкими учеными Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом. И сразу же стали появляться сообщения об открытии новых элементов, и каждый раз сигналом служило наблюдение новых спектральных линий. Четыре химических элемента подряд (цезий, рубидий, таллий и индий) появились на свет благодаря спектроскопическому методу.
ЦЕЗИЙ
Цезию суждено было стать первым химическим элементом, присутствие которого на Земле удалось доказать при помощи спектрального анализа. Но судьба этого редкого щелочного металла могла сложиться и по-другому. Еще в 1846 г. минералог А. Брейтхаупт, изучая минералы и руды с острова Эльба, обратил внимание на окрашенную разновидность кварцита, которую он назвал поллуксом (или поллуцитом). Образец поллукса попал в руки немецкого химика К. Платтнера из Фрайберга, профессора металлургии в Горной академии. В распоряжении К. Платтнера было очень небольшое количество поллукса, поэтому он сумел провести только одно аналитическое исследование. Выделив из минерала входящие в него компоненты и не найдя при этом ничего нового, К. Платтнер, к своему удивлению, обнаружил, что сумма составных частей равна 92,75%, т. е. почти на 7% меньше, чем должно было быть. Объяснить причину этого он не сумел, так как у него не оказалось больше поллукса. Однако К. Платтнер с несомненностью установил следующий факт: поллукс имеет самое высокое содержание щелочей из всех известных к тому времени силикатов. Будущий цезий был поэтому надежно замаскирован в минерале преобладающими количествами натрия и калия; экспериментального мастерства К. Платтнера не хватило для его извлечения.
В 1860 г. Р. Бунзен и Г. Кирхгоф спектральным путем исследовали химический состав различных минеральных вод. В их лаборатории оказались воды Дюркхеймского минерального источника.
11 апреля 1860 г. Р. Бунзен писал Г. Роско (соавтору по работе в области фотохимии) о своих изысканиях относительно нового щелочного металла. Сообщение об открытии цезия Р. Бунзен сделал 10 мая на заседании Берлинской Академии наук. Спустя полгода Р. Бунзен располагал уже 50 г почти чистого хлороплатината цезия. Чтобы получить это количество, пришлось переработать около 300 т минеральной воды (в качестве побочного продукта было выделено около 1 кг хлорида лития). Эти числа свидетельствуют, насколько ничтожным было содержание цезия в минеральных водах.
Через четыре года итальянский химик-аналитик Ф. Пизани занялся изучением поллукса, с которым в свое время работал К. Платтнер. Ф. Пизани сопутствовала удача: он обнаружил в минерале цезий и показал, в чем состояла ошибка К. Платтнера. Оказывается, немецкий исследователь ошибочно принял выделенный им сульфат будущего цезия за смесь сульфатов натрия и калия. До получения металлического цезия дело дошло, однако, нескоро. Только в 1882 г. немецкий химик К. Заттерберг выделил металл электролитическим методом (электролиз смеси цианидов CsCN и Ba(CN)2). Независимо и почти одновременно цезий получил в России Н. Н. Бекетов, восстанавливая алюминат цезия (CsAlO2) магнием в токе водорода.
РУБИДИЙ
Открытие второго по счету «спектрального элемента» связано с изучением редкого минерала лепидолита (его называли также лилалит из-за лилового цвета). Впервые детальный химический анализ лепидолита осуществил еще в конце XVIII в. М. Клапрот. Этот искусный аналитик не сумел обнаружить в нем присутствие щелочей. Усомнившись в результатах, М. Клапрот решил повторить анализ и на сей раз (1797) нашел в лепидолите следующие составные части: 54,5% оксида кремния, 38,25% оксида алюминия, 4% оксида калия и 0,75% оксида марганца. Исчезнувший (2,5%) остаток М. Клапрот отнес за счет потерь главным образом содержащейся в минерале воды. Но лепидолит все же оказался нераспознанным до конца. Сколь изобретательным ни был М. Клапрот, он не сумел установить содержание двух важных составляющих: лития (в то время он еще не был открыт) и фтора.
В начале 1861 г. в руки Р. Бунзена и Г. Кирхгофа попал образец этого минерала, найденного в Саксонии. Ученые выделили из него щелочные компоненты и осадили калий в виде хлороплатината. После тщательного промывания осадок был подвергнут спектральному анализу, и 23 февраля 1861 г. на заседании Берлинской Академии наук изобретатели спектроскопического метода объявили о существовании нового щелочного металла в лепидолите. «Великолепный темно-красный цвет линии нового щелочного металла позволяет нам дать этому элементу название „рубидий“ и символ Rb — от слова rubidus, которое в старинные времена служило для обозначения глубокого красного цвета», — говорили ученые. Затем Р. Бунзен и Г. Кирхгоф обнаружили рубидий в тех же минеральных водах, которые годом раньше послужили природным источником цезия. Содержание рубидия оказалось лишь немногим выше. Металл был приготовлен Р. Бунзеном в 1863 г.