Рассказ о самых стойких

Локерман Аркадий Александрович

Результаты исследований Клауса привлекли особое внимание Д. И. Менделеева. В 1869 году он опубликовал книгу «Основы химии», которая навсегда стала подлинной основой не только химии, но и всех наук, изучающих строение вещества. В ней Менделеев особо отметил, что в открытии периодической системы путеводной нитью послужило «замечательное сходство между рядами Pd-Rh-Ru и Pt-Ir-Os… установленное казанским профессором Клаусом».

Следует напомнить и о том, что платиновые металлы, послужив «путеводной нитью», вскоре обратились в «твердый орешек», когда пришлось Менделееву решать,

где же их место в периодах и группах системы.

Данные о свойствах платиновых металлов приведены в таблице 1.

Бросается в глаза наиболее четкое различие: членов семейства можно, почти по Чехову, подразделить на «тонких» и «толстых» или на «тяжелых» и «сверхтяжелых» (по принятой в науке классификации).

При создании периодической системы Д. И. Менделеев построил все элементы в шеренгу по атомному весу, или, применяя современную терминологию, по их атомным номерам. Семейство платиноидов оказалось в этом строю разорванным на две триады: рутений (№ 44), родий (№ 45), палладий (№ 46) и осмий (№ 76), иридий (№ 77), платина (№ 78). Разделяют их тридцать иных элементов, и, следовательно, место этим триадам в разных периодах системы.

Обнаружилась неоднородность семейства и по другому важному признаку валентности. Она определяет поведение веществ в химических реакциях, и Менделеев по этому критерию выделил в системе группы, объединив в каждой из них элементы с одинаковой максимальной валентностью, равной номеру группы.

Данные о валентности показывают, что и по этому признаку семейство должно быть расчленено, но уже не на триады, а, так сказать, поперек, с отделением восьмивалентных рутения и осмия, а также шестивалентного иридия от остальных.

Так существует ли вообще семейство?

Веским аргументом в его защиту явилось то, что триады при всей их разобщенности во многом сходны, и у каждого «легкого» элемента есть очень на него похожий тяжелый «брат», занимающий в строю аналогичное место. Поэтому триады могут быть объединены и разделены по вертикали на три диады. Так, «левофланговый» первой триады рутений по многим признакам сходен с «левофланговым» второй триады осмием, оба они отличаются от остальных своей структурой, самой высокой температурой плавления, наибольшей твердостью и хрупкостью, устойчивостью к кислотам и легче всех других соединимы с кислородом. Такую же близость обнаруживают и следующие пары: родий с иридием, палладий с платиной. Отчетливо и то, что свойства элементов в обеих триадах изменяются закономерно — от диады к диаде возрастает химическая стойкость, снижаются температуры плавления и твердость.

Все это, как и многочисленные примеры сходного поведения платиноидов при различных химических реакциях, подтверждало, что они не случайные соседи в природе, а подлинные «родственники», и это в периодической системе должно быть отображено. При ее построении выявилось, что каждая триада имеет на своем правом фланге «законных» соседей: палладий (№ 46) граничит с серебром (№ 47) и платина (№ 78) с золотом (№ 79) а на противоположном фланге соседей не оказалось, там рядом с рутением (№ 44) и осмием (№ 76) пустовали «квартиры», предназначенные для элементов № 43 и № 75.

Какими

они окажутся? Может быть, где-то затаилось еще два платиноида и их семейство включает не шесть, а восемь членов и состоит не из двух триад, а из двух тетрад?

Возможно и другое. Судя по положению в периодической системе, могут быть в родстве с марганцем и молибденом эти неизвестные элементы. Менделеев условно назвал их экамарганцем и двимарганцем (на санскритском языке «эка»-один, «дви»-два), показав таким образом, какое предположение он считает более вероятным.

После долгих раздумий, отвергнув много вариантов, Менделеев признал, что черты сходства между платиновыми металлами являются определяющими, а различия еще ждут своего объяснения.

Менделеев решил отнести все платиноиды, вне зависимости от установленной максимальной валентности, к VIII группе и разделить их в отличие от остальных на три подгруппы. Так он отразил особенность «триадного» строения семейства, а симметричным расположением триад в 5 и 6 периодах показал их взаимосвязь.

Все это вызвало споры. Многие исследователи считали, что Менделеев поспешил, согласившись с Клаусом. Предполагая, что Озанн был на верном пути, они продолжали поиск новых элементов в платиновой руде, и это не раз порождало сенсации. В 1877 году был обнаружен «дэвий», а два года спустя «уралий», затем «люций» и «ниппоний». В 1903 году родился «америлий», а в 1911-«канадий». Ни одно открытие не подтвердилось, за новый элемент принимали различные соединения иридия и родия (что иллюстрирует, как трудно их изучение).

Лишь в 1925 году, направив поиск по иному пути, Вальтер Ноддак и Ида Такке (впоследствии Ноддак) после трех лет упорного труда выявили сначала в молибденовой, а затем и в марганцевой руде ничтожное содержание элемента № 75-рения. А № 43 оставался загадкой до 1937 года, когда итальянский физик Эмилио Сегре доказал его существование и назвал технецием (искусственным, по-гречески), что вполне отвечало сути: элемент был получен при бомбардировке молибдена ядрами тяжелого водорода-дейтерия в циклотроне.

Рений и технеций по ряду признаков оказались близкими к молибдену и марганцу, и это завершило спор о численности платинового семейства. Другой спор — о его месте в периодической системе — продолжается, и попытки модернизировать таблицу Менделеева делались неоднократно. Получил распространение, например, ее вариант, где в VIII группе оставлены только рутений и осмий, а остальные платиновые металлы вместе с кобальтом и никелем помещены по соседству, но за пределами таблицы (что ничего не меняет по сути).

Причины различной валентности, как и многие иные особенности элементов, Д. И. Менделеев при уровне знаний его времени установить не мог и ограничился такими словами: «Легко предположить, но ныне пока еще нет возможности доказать, что атомы простых тел суть сложные вещества, образованные сложением некоторых еще меньших частей…»

Все это уже доказано, и накопленные знания позволяют объяснить многое.

Современные представления об атомном строении платиновых металлов отображены в таблице 2, Она требует некоторых пояснений.