Как были открыты химические элементы
Шрифт:
Подобная точка зрения исходила от человека, с именем которого мы уже встречались в книге и встретимся еще не раз. Это был английский ученый В. Крукс, открыватель таллия. В. Крукс считал, что РЗЭ — это и есть разновидности, модификации обычных элементов. Такие разновидности он назвал метаэлементами. Он делал свои выводы на основе спектральных исследований. Спектральный анализ здесь подвел. П. Лекок де Буабодран показал, что наблюдения В. Крукса ошибочны.
Так рухнула гипотеза метаэлементов. Но ведь бывает, что даже в самой фантастической идее порой содержится рациональное зерно. Полагая обычные элементы состоящими из смеси метаэлементов, В. Крукс допускал для каждого из элементов существование разновидностей атомов.
Это уже повод для сопоставления с будущим. Попробуйте сравнить со взглядами В. Крукса идеи о том, что многие химические элементы являются смесью изотопов. И окажется, что В. Крукс с поразительной точностью предвосхитил грядущие представления об изотопии.
Смутным временем в истории РЗЭ мы назвали последние годы XIX в. Но шаг за шагом все четче проступали контуры истины. Уже некоторые ученые более или менее точно оценивали возможное количество РЗЭ. Например, датский физик Ю. Томсен прямо попал в точку, назвав число 15. Это тот самый Ю. Томсен, который предложил лестничную форму таблицы Д. И. Менделеева, применяемую и сейчас. Б. Браунер предложил вариант размещения РЗЭ в периодической системе, поместив их в одну группу, — словом, так, как принято в наши дни.
На Всемирной выставке в Париже в 1900 г. экспонировались образцы металлических лантана, церия и неодима, что считалось большим достижением науки и техники.
ИТТЕРБИЙ И ЛЮТЕЦИЙ
Знакомый вам с первых строчек этой главы Ж. Урбэн сделал много для развития химии РЗЭ. Он усовершенствовал методы их разделения, получил некоторые оксиды в очень чистом виде (для получения чистого тулия Ж. Урбэну пришлось провести 15000 перекристаллизаций), уточнил значения атомных масс. Но самому открыть новый элемент ему никак не удавалось.
Удача пришла к нему только в 1907 г. Ученый сумел доказать, что старый мариньяковский «иттербий» есть смесь двух элементов. За одним из них Ж. Урбэн сохранил название иттербий, и потому подлинная дата рождения иттербия — 1907 г. Другому элементу исследователь дал имя лютеций (в честь старинного названия Парижа — Лютеция).
Но оказалось, что в то же самое время, когда Ж. Урбэн манипулировал с «иттербием», аналогичную операцию проводил и ниспровергатель дидима К. Ауэр фон Вельсбах. Расщепив «иттербий», австрийский химик предал это имя забвению, а составляющие его элементы назвал альдебараний и кассиопей, заимствовав эти имена из словаря астрономов.
Однако статья Ж. Урбэна появилась в печати на несколько месяцев раньше, и поэтому его считают автором открытия лютеция. Правда, в немецкой научной литературе название кассиопей и символ Cp употреблялись долгое время. Да и вообще многие ученые считали результаты К. Ауэра фон Вельсбаха более надежными и достоверными. После церия это был второй случай в истории РЗЭ, когда приоритет открытия нового элемента оспаривали двое ученых из разных стран. Впрочем, к ним с полным основанием мог добавиться и третий — американский химик Ч. Джеймс. Он самостоятельно установил, что «иттербий» есть смесь, но описал свои опыты после того, как вести о работах Ж. Урбэна и К. Ауэра фон Вельсбаха достигли берегов Америки.
Лютеций оказался последним из РЗЭ, обнаруженным в природе и замыкающим редкоземельный ряд. Ж. Урбэн так не считал. В 1911 г. он возвестил об открытии нового элемента — кельтия, полагая, что в периодической системе он должен стоять после лютеция. Как выяснилось впоследствии, кельтий был ошибкой эксперимента. Ж. Урбэн неправильно расшифровал его спектр: содержавшиеся в нем новые линии в действительности соответствовали спектральным линиям известных элементов.
УРОКИ ИСТОРИИ РЗЭ
Она весьма поучительна — эта история.
История РЗЭ — это единый целостный процесс, из которого нельзя выбросить ни одного звена. Открытие одного элемента исподволь подготавливало открытие другого. Даже бесчисленные ошибки в конечном счете работали на пользу дела. На них учились, ученые совершенствовали методы исследования, проверяли результаты свои и своих коллег. Ни в одном другом случае повторное обнаружение нового элемента не имело такой ценности, как в истории РЗЭ. Истина постепенно извлекалась из моря ошибок.
Течение истории РЗЭ в огромной степени зависело от обнаружения новых редкоземельных минералов. Мы уже рассказывали, какую роль сыграли открытия месторождений самарскита и монацита: после этого ученые перестали испытывать нужду в образцах для исследований. Подобной зависимости вы не найдете в истории других элементов. И наконец, ничто не доставляло таких трудностей периодической системе, как проблема размещения в ней РЗЭ. Ведь ученые не знали, сколько же РЗЭ существует в действительности, в чем заключается причина их удивительного химического сходства. Это стало ясным лишь после того, как датский ученый Н. Бор разработал в 1921 г. свою теорию периодической системы. Физику удалось сделать то, над чем долгое время бились химики. Но и в наши дни продолжаются споры о том, как наилучшим образом разместить РЗЭ в менделеевской таблице.
ГЛАВА VIII.
ГЕЛИЙ И ДРУГИЕ ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ
Плеяду инертных газов (теперь их называют инертными элементами) составляют шесть газообразных элементов: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Все они чрезвычайно мало распространены в природе. Долгое время после их обнаружения полагали, что они вообще не могут образовывать химические соединения, откуда, собственно, и происходит название «инертные» или «благородные» (В. Рамзай предлагал для них и другое название — редкие газы, но оно не закрепилось). Именно в силу своей редкостности и инертности они были открыты сравнительно поздно (в самом конце XIX в.), когда достаточно высокого уровня достигла техника физических исследований, а именно методы спектрального анализа и способы получения газов в жидком состоянии. Характерно, что все инертные газы удалось выделить в свободном состоянии (в котором они только и встречаются в природе), и притом за очень короткий срок — с 1894 по 1900 г. Решающая роль в открытии аргона, гелия, неона, криптона и ксенона принадлежит фактически одному ученому — В. Рамзаю, выдающемуся английскому физико-химику. За это научное достижение ему была присуждена Нобелевская премия по химии (1904).
Из общего русла исследований выпадают те, которые связаны с историей открытия гелия и радона. Радон был найден в результате изучения явления радиоактивности и, следовательно, благодаря применению радиометрического метода. Поэтому о нем мы расскажем в главе XI, посвященной истории открытия радиоактивных элементов. Проблема обнаружения гелия занимает исключительное место во всей истории химических элементов. Дело в том, что сначала, в 1868 г., в спектре солнечных протуберанцев обнаружили линию, которая не соответствовала ни одному из элементов, существующих на Земле. Этот факт и позволял многим ученым утверждать, что на Солнце присутствует неизвестный элемент, названный гелием. В земных же объектах гелий был найден 27 лет спустя и впервые выделен в материальной форме.