Как были открыты химические элементы

Трифонов Дмитрий Николаевич

Существует широко распространенная версия о том, что, получив статью П. Лекока де Буабодрана с низким (4,7) значением плотности галлия, Д. И. Менделеев написал письмо французскому ученому. В нем он говорил, что галлий, которым оперирует его коллега, нечист, содержит примеси; скорее всего, это примеси натрия, использовавшегося в процессе приготовления металлического галлия; у натрия плотность очень низка (0,98), и это существенно занижает плотность галлия. Следовательно, галлий требует тщательной очистки.

Это письмо не было обнаружено во Франции; нет каких-либо упоминаний о нем и в бумагах самого Д. И. Менделеева. Есть лишь косвенные сведения, полученные со слов дочери Д. И. Менделеева и известного историка химии Б. Н. Меншуткина. Существовало ли это письмо или нет, но точка зрения Д. И. Менделеева

стала известна автору открытия галлия. Короче, П. Лекок де Буабодран решил повторить опыты по определению плотности галлия, но уже твердо учитывал, что расчеты Д. И. Менделеева для гипотетического элемента приводят к числу 5,9. Это значение он и получил в начале сентября 1876 г. Слова, завершающие его сообщение об этом, едва ли требуют комментариев. П. Лекок де Буабодран теперь считает, что нет нужды настаивать на исключительной важности подтверждения теоретических взглядов Менделеева относительно плотности нового элемента. Спустя некоторое время П. Лекок де Буабодран прислал великому русскому химику свою фотографию с подписью «Почтительный знак совершенного уважения и мое живейшее желание считать Менделеева в числе моих друзей. Л. де Б.», а Д. И. Менделеев под ней написал: «Лекок де Буабодран. Париж. В 1875 г. открыл экаалюминий, названный галлием, Ga = 69,7».

А осенью 1879 г. Ф. Энгельс познакомился с только что вышедшим в свет подробным учебником химии Г. Роско и К. Шорлеммера. Впервые в учебнике было рассказано о менделеевском предсказании экаалюминия и его воплощении в галлии. В статье, предназначенной для «Диалектики природы», Ф. Энгельс цитирует соответствующее место учебника и делает вывод: «Менделеев, применив бессознательно гегелевский закон о переходе количества в качество, совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Леверье, вычислившего орбиту еще неизвестной планеты — Нептуна» [9] .

9

Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 389.

СКАНДИЙ

Об открытии этого элемента мы вкратце упомянули, рассказывая историю РЗЭ (см. с. 108 ). Хотя по многим своим свойствам скандий похож на элементы редкоземельного семейства, Д. И. Менделеев предсказывал его свойства как недостающего аналога бора в III группе периодической системы. И его прогноз оказался достаточно точным. Напомним, что автором открытия скандия был шведский химик Л. Нильсон; 12 марта 1879 г. увидела свет его статья «О скандии, новом редком металле», а 24 марта эта работа уже обсуждалась на заседании Парижской Академии наук.

Но результаты Л. Нильсона еще во многом были ошибочны. Он считал скандий четырехвалентным и потому записывал его формулу как ScO₂. Атомная масса точно им не измерялась и приводились лишь пределы ее значений (160–180). Наконец, Л. Нильсон предлагал поместить скандий в периодическую систему между оловом и торием. Менделеевский же прогноз не сулил ничего подобного.

Пока в научных кругах еще царило возбуждение, вызванное открытием нового элемента, интерес к скандию проявил соотечественник Л. Нильсона — П. Клеве. Этот исследователь в течение почти пяти месяцев тщательно изучал скандий и пришел к выводу, что Л. Нильсон был во многом не прав. Парижская Академия наук заслушала доклад П. Клеве 18 августа, и академики узнали много нового о скандии. Оказывается, он трехвалентен, и формула его оксида Sc₂O₃; его свойства не совсем такие, как сообщал Л. Нильсон. Но вот, что особенно важно: П. Клеве прямо говорил, что скандий — это предсказанный Д. И. Менделеевым экабор, и продемонстрировал таблицу, где в левой графе приводились свойства экабора, а в правой — скандия. На следующий день П. Клеве отправил письмо Д. И. Менделееву. «Имею честь сообщить Вам, — писал шведский ученый, — что Ваш элемент экабор выделен. Это — скандий, открытый Л. Нильсоном весной этого года».

Наконец, 10

сентября П. Клеве опубликовал большую статью, из которой видно, что он гораздо глубже понял сущность скандия, нежели Л. Нильсон. Вот почему правы те историки химии, которые, говоря об авторстве открытия скандия, называют имя П. Клеве рядом с именем Л. Нильсона.

Л. Нильсон довольно долго придерживался некоторых неправильных представлений относительно свойств скандия и воздерживался от признания его тождества с экабором. Но работы П. Клеве произвели на него сильное впечатление, и в конце концов Л. Нильсон должен был признать ошибочность своих сомнений. Признав, что скандий — это менделеевский экабор, Л. Нильсон отдал должное прогностическим возможностям периодической системы.

Время еще долго показывало всю глубину менделеевских прогнозов — все до единого оказывались они справедливыми. Последним оправдалось предсказание величины плотности металлического скандия. Только в 1937 г. немецкому химику В. Фишеру с сотрудниками удалось приготовить металл 98-процентной чистоты. Его плотность оказалась равной 3,0 г/см³, т. е. в точности такой, какую ожидал Д. И. Менделеев.

ГЕРМАНИЙ

Из всех трех элементов, предсказанных Д. И. Менделеевым, экасилиций был открыт наиболее поздно, и открытие его в большей степени, чем других, носило случайный характер. В самом деле, обнаружение галлия П. Лекоком де Буабодраном прямо связано с его спектроскопическими исследованиями, а выделение скандия Л. Нильсоном и П. Клеве лежало в русле работ по РЗЭ, которые в те годы развертывались особенно интенсивно.

Предсказывая экасилиций, Д. И. Менделеев предполагал, что он будет найден в минералах, содержащих Ti, Zr, а также Nb и Та, и даже сам решил заняться экспериментами по анализу редких минералов с целью поисков предсказанного элемента. Но ему не пришлось этого сделать, и прошло почти 15 лет, прежде чем был открыт, наконец, экасилиций.

Летом 1885 г. на прииске Химмельфюрст, близ Фрейберга, в Германии, был обнаружен новый минерал. Он получил название аргиродита, поскольку химический анализ обнаружил присутствие серебра (латинское название «аргентум»). Однако точный состав минерала определить не удавалось, и Фрейбергская горная академия обратилась к химику К. Винклеру с предложением взять на себя подобное исследование. Нельзя сказать, что анализ аргиродита причинил ему много хлопот. Сравнительно быстро К. Винклер выделил его составные части. Минерал содержал 74,72% серебра, 17,43% серы, 0,66% оксида железа (II), 0,22% оксида цинка, 0,31% ртути. Неувязка заключалась в следующем: в сумме эти числа давали 93,04%, но никак не 100%. Сколько ни повторял К. Винклер анализ аргиродита, 6,96% вещества всегда куда-то исчезали.

Тогда К. Винклер предположил, что это постоянно исчезающее количество относится к содержащемуся в минерале неизвестному химическому элементу. Идея вдохновила ученого, он начал скрупулезные исследования, и в феврале 1886 г. развернулись основные события, связанные с открытием экасилиция.

6 февраля в докладе Немецкому химическому обществу К. Винклер сообщил, что ему удалось получить некоторые соединения нового элемента и выделить его в свободном состоянии. Сообщение ученого было напечатано и послано во многие научные учреждения мира. Вот какой текст получило Русское физико-химическое общество: Подписавшийся имеет честь известить Русское физико-химическое общество, что он в аргиродите нашел новый неметаллический элемент, близкий по свойствам к мышьяку, сурьме, который он назвал германием. Аргиродит представляет новый минерал, открытый Вейсбахом во Фрейберге и состоящий из серебра, серы и германия.

Три обстоятельства в этом тексте заслуживают внимания: во-первых, то, что К. Винклер считает новый элемент неметаллом; во-вторых, то, что предполагается его аналогия с мышьяком и сурьмой, и, в-третьих, то, что он уже имеет определенное название. Первоначально К. Винклер думал о другом названии (нептуний), но оказалось, что это название уже «занято» (оно было дано ошибочно открытому элементу). Тогда К. Винклер предложил германий (в честь Германии). Оно и осталось в истории, хотя и не сразу было принято всеми химиками.