Как были открыты химические элементы

Трифонов Дмитрий Николаевич

ТАЛЛИЙ

Третьим элементом, чье присутствие в земных минералах было установлено спектроскопическим методом, стал таллий. По некоторым своим свойствам он оказался похожим на щелочные металлы. И были ученые, отказывавшие таллию в праве считаться самостоятельным химическим элементом. Они полагали, что в действительности он является смесью щелочных металлов, неизвестных еще тяжелых аналогов рубидия и цезия. Потребовалось время, чтобы развеять подобное заблуждение. В то время как Р. Бунзен и Г. Кирхгоф продолжали исследования только что обнаруженных ими элементов, метод спектрального анализа привлек внимание английского химика и физика В. Крукса. К этому моменту он был известен научному миру главным образом как издатель-редактор журнала «Химические новости» (Chemical News). Свой путь к открытию

таллия В. Крукс начал весьма обыденно. Еще в 1850 г. он получил десять фунтов ила, остававшегося в свинцовых камерах после производства серной кислоты. Этим приобретением В. Крукс был обязан заводу в Тилькероде (Германия). Ученый выделял из ила селен, который был нужен ему для лабораторных исследований соединений, называемых селеноцианидами (им была посвящена первая печатная работа В. Крукса). После извлечения селена и его очистки оставалось некоторое количество вещества, причем имелись основания подозревать, что в нем содержится теллур — непосредственный аналог селена по химическим свойствам. Однако примененные В. Круксом методы не привели к выделению теллура. Работы были прекращены, и лишь по удачному стечению обстоятельств ученый сохранил остатки от переработки ила. И пожалуй, еще уверенность, что в остатках содержится теллур.

Обнаружение цезия и рубидия произвело огромное впечатление на В. Крукса. Будучи не только впечатлительным человеком, но и трезвым практиком, он сразу понял, насколько перспективным для анализа оказывался спектральный метод. Получив в свое распоряжение спектроскоп, ученый тут же решил испытать его в деле. Объектом исследования послужили хранившиеся более десяти лет образцы сернокислотного ила (точнее, остатки после удаления из него селена). И вот образчик ила внесен в пламя горелки. В. Крукса сначала ждет разочарование: в спектре нет никакого намека на линии теллура. Линии селена, возникавшие вроде бы в первый момент, постепенно блекли. Однако на смену им появлялась великолепная зеленая линия, которую ранее В. Крукс никогда не наблюдал. Как было не приписать ее появление присутствию в иле нового химического элемента. Ученый так и сделал, дав ему имя «таллий», которое производится от греческого слова таллос, означающего «молодая зеленая ветвь».

Первую публикацию об открытии В. Крукс поместил в выпуске «Химических новостей» от 30 марта 1861 г. под названием «О существовании нового элемента, вероятно из группы серы». Здесь была ошибка, так как известно, что таллий не имеет никакого отношения к сере и ее аналогам. Спустя год В. Крукс признал ее и свою новую работу назвал: «Таллий, новый металлический элемент», где аналогия с серой уже не рассматривалась.

Так был открыт таллий (слово «открыт» относится к факту констатации существования нового химического элемента спектроскопическим методом). Но В. Крукс не выделил металлического таллия, не приготовил даже его соединения сразу после того, как обнаружил спектр элемента. Это сделал французский химик К. Лами, и ему часто приписывают честь независимого открытия таллия.

Впервые К. Лами наблюдал зеленую линию таллия в образце селена, выделенного предварительно из илов сернокислотных производств (т. е. того же исходного сырья, с которым имел дело В. Крукс). Это произошло в марте 1862 г. — год спустя после наблюдений В. Крукса. Уже 23 июня К. Лами представил Парижской Академии наук образец металлического таллия массой около 14 г. В. Круксу, по-видимому, тоже удалось изготовить металлический таллий, но в виде порошка. К. Лами, однако, заявил, что круксовский таллий есть не что иное, как сульфид металла. Началась полемика. В. Крукс заявил, что металл в порошке ему удалось получить до 1 мая 1862 г., но из-за летучести он не отважился сплавить порошок, чтобы получить слиток. Специальная комиссия, созданная Парижской Академией (в нее входили такие видные ученые, как А. Сент-Клер Девилль, Т. Пелуз, Ж. Дюма), признала приоритет К. Лами в получении металла.

Французский ученый, бесспорно, сделал гораздо больше В. Крукса в изучении химии таллия. Он доказал, что металл образует трехвалентные и одновалентные соединения. Одновалентный таллий очень похож на щелочные металлы, трехвалентный — на алюминий. Ж. Дюма назвал его парадоксальным металлом. Сходство с натрием и калием и навело на мысль, что таллий на самом деле является смесью неизвестных щелочных металлов с большими атомными массами. Между тем, к сожалению, действительные заслуги французского химика в истории

открытия таллия нередко остаются на заднем плане, и честь этого открытия безраздельно приписывается В. Круксу.

В 1866 г. известный путешественник и минералог Э. Норденшельд, один из исследователей Гренландии, обнаружил новый минерал, содержащий серебро, медь, селен и таллий. Он предложил назвать его крукезитом (в честь В. Крукса). Этот минерал долгое время считался единственным, содержащим заметную концентрацию таллия.

ИНДИЙ

В истории элементов бывало много случаев, когда открытие нового химического элемента самым непосредственным образом влияло на обнаружение другого. Таллий оказался своего рода катализатором, существенно ускорившим процесс открытия индия — последнего из классической четверки элементов, опознанных с помощью спектрального анализа.

Местом действия оказался немецкий город Фрейберг, а главными действующими лицами — профессор физики в Горной академии Ф. Рейх и его ассистент И. Рихтер. Время действия — 1863 г. Заинтересовавшись некоторыми свойствами открытого за два года до этого таллия, Ф. Рейх решил приготовить достаточное для исследований количество металла. Прежде всего он позаботился о природных источниках для выделения таллия и с этой целью стал анализировать образцы цинковых руд, добытых из шахт Химмельсфюрста. Было известно, что руды, помимо цинка, содержали серу, мышьяк, свинец, кремний, марганец, медь, олово и кадмий — словом, солидный набор различных химических элементов. Ф. Рейх предложил добавить к ним и таллий. Но в ходе долгих химических операций ему так и не удалось выделить искомый элемент, однако он получил в итоге соломенно-желтый осадок неизвестного состава. Сохранился рассказ о том, что в его лабораторию зашел как-то раз К. Винклер (будущий автор открытия германия) и Ф. Рейх сказал ему, показав пробирку с осадком, что это сульфид нового элемента.

Было бы удивительно, если бы Ф. Рейх не использовал для доказательства своего предположения спектроскопический метод. Конечно, он так и сделал, но здесь выяснилось досадное обстоятельство. Ф. Рейх страдал дальтонизмом (он не мог различать цвета). Поэтому для спектральных исследований он привлек своего ассистента И. Рихтера.

И. Рихтер достиг успеха буквально с первой попытки: в спектре исследуемого образца он увидел исключительно яркую синюю линию, ее нельзя было спутать ни с какими другими, она не совпадала с голубой линией цезия. Словом, всякая конкуренция исключалась. И. Рихтер рассказал о своих наблюдениях Ф. Рейху, и ученые пришли к выводу, что в цинковых рудах Химмельсфюрста содержится новый химический элемент. Решено было назвать его индием (по названию ярко-синей краски индиго, в которую была окрашена характерная спектральная линия элемента). Здесь любопытна деталь, очень хорошо характеризующая Ф. Рейха. Первые публикации об открытии индия были подписаны фамилиями обоих ученых. Ф. Рейх впоследствии считал это несправедливым и выдвигал И. Рихтера как единственного автора, полагая, что честь открытия индия принадлежит исключительно ему.

Вскоре, после того как благодаря спектроскопическому методу они доказали присутствие индия в природе, Ф. Рейх и И. Рихтер выделили небольшое количество элементов в материальной форме. Соединения индия скрашивают пламя бунзеновской горелки в такой яркий сине-фиолетовый цвет, что присутствие нового элемента могло быть установлено без спектроскопа. Ученым удалось изучить некоторые свойства индия, и в этом им большую поддержку оказал К. Винклер.

Впервые был приготовлен и металлический индий; правда, он содержал примеси. Образцы чистого индия И. Рихтер представил Парижской Академии наук только в 1867 г. и оценивал их в 800 фунтов стерлингов, по тем временам цена высокая.

Химическое лицо индия выявилось довольно быстро, но его атомную массу сначала определили неправильно (75,6). Д. И. Менделеев пришел к выводу, что при таком значении атомной массы индий не найдет подходящего места в периодической системе, и предложил увеличить это значение примерно в 1,5 раза. Д. И. Менделеев оказался прав, и индий занял место в третьей группе таблицы элементов.

ГЛАВА VII.

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ