Борис Казаков - Превращение элементов
Такую же работу проделал бельгийский учёный Клод Огюст Лами. Он также обнаружил новый металл по спектру в огарках серного колчедана, но этим не ограничился, а выделил его и получил химическое соединение, поэтому открытие таллия до сего времени значится за именами двух этих учёных.
Профессор физики высшей горной школы в Саксонии Ф.Рейх, узнав об открытии таллия, решил поискать его в цинковых рудах. Естественно, что ни к какому другому методу, кроме спектрального, он прибегать не собирался, но вся беда была в том, что учёный страдал дальтонизмом. Тогда он на помощь себе привлёк ассистента с нормальным зрением — Иеронима Рихтера. И случилось большее, чем можно было ожидать: дальтоник и его ассистент открыли ещё один элемент — индий. Так его назвали по индиго-синему цвету спектральной линии.
Сигарный ящик со старыми подзорными трубами претерпел значительные изменения. Сам Кирхгоф много потрудился над усовершенствованием спектроскопа, а вскоре за это дело взялись лучшие оптики мира. Дорогие и сложно устроенные спектральные приборы стали изготавливать немецкие оптические фирмы, а лондонская фирма «Браунинг» выпустила дешёвые портативные спектроскопы.
Выясняя природу «фраунгоферовых линий», Кирхгоф и Бунзен прежде всего обнаружили 60 линий в спектре солнца, соответствующих железу. После этого Кирхгоф с помощью своего чудесного прибора последовательно установил, что в атмосфере Солнца присутствуют натрий, медь, свинец, олово, водород и многие другие уже известные на земле элементы. Состав ближайшей звезды, расположенной от нас за миллион километров, оказывался таким же, как и состав Земли.
Если в средние века алхимия (во всяком случае во множестве её трактатов) связывалась с астрологией, что было самой неприкрытой мистикой, то в XIX столетии успехи химии на прочной научной основе оказались связаны с астрономией. Родилась новая наука — астрохимия.
Для астрономов 1860 г. тоже был знаменательным. 18 июля много их съехалось со всех концов Европы в Испанию наблюдать полное солнечное затмение. Длится оно всего несколько минут, и следует представить себе трудность работы астрономов, не располагавших достаточно хорошо отработанными методами скоростного фотографирования. Всё, что происходило с Солнцем, нужно было успеть записать, измерить, зарисовать. Когда тень Луны полностью закрыла диск Солнца, многие астрономы обратили внимание на огненные выступы, выходящие за край. Следует думать, что эти выступы (взрывы) замечались астрономами и ранее, но они считали их просто обманом зрения. На этот же раз солнечные выступы, протуберанцы, многими наблюдателями были зарисованы и явились предметом оживлённой дискуссии по поводу их природы и происхождения.
Следующее затмение произошло через 8 лет, т. е. когда спектральный анализ уже широко вошёл в практику. Наблюдать затмение можно было в Индии. Французский астроном Жюль Жансен, всю жизнь занимавшийся исследованием Солнца, отправился в Индию, вооружившись хорошим спектроскопом. Ему удалось, кроме известных линий в спектре, обнаружить вдруг новую — жёлтую. Ни один ранее известный элемент по местонахождению в спектре этой линии не соответствовал. На следующий день Жансен осторожно и искусно навёл щель спектроскопа на самый край Солнца и опять наблюдал ту же самую линию, уже без всякого затмения. Не было сомнения: на Солнце есть какой-то совершенно новый, неизвестный на Земле, элемент, о котором ничего пока нельзя сказать, кроме того, что он, по-видимому, газ.
В октябре 1868 г. Парижская академия наук получила два одновременно поступивших сообщения. В одном из них Жюль Жансен сообщал о своём открытии солнечного элемента, а в другом астроном Норман Локьер, не выезжавший из Англии, извещал о том же самом. Академики так были поражены совпадением, что решили в честь такого события отчеканить специальную медаль с портретами Жансена и Локьера на одной стороне, а на другой — изображением бога солнца в колеснице, запряжённой четвёркой коней, и надписью: «Анализ солнечных выступов 18 августа 1868 года».
Уже упоминавшийся Крукс ещё до того, как открыл таллий, начал издавать журнал «Новости химии». И следует заметить, что время для этого было очень подходящее: от недостатка новостей журнал не страдал, они сыпались, как из рога изобилия.
Периодический закон и его триумф
Называть, описывать и классифицировать — вот основа и цель науки — провозгласил в своё время знаменитый Кювье. Можно сейчас оспорить высказывание прославленного зоолога и анатома. Однако следует учитывать, что всякая наука начинается с накопления сведений, после чего появляется настоятельная необходимость эти сведения как-то систематизировать. Шведский естествоиспытатель Карл Линней говорил: «Система — это ариаднина нить, без неё всё дело превращается в хаос».
Химикам 60-х гг. прошлого столетия стало известно более 60 элементов. Подробно были описаны свойства каждого из них и их соединений, многие имели широкое промышленное значение, учёные находили между ними черты определённого сходства и разительного отличия. Появилась нужда в систематизации элементов, но, несмотря на то, что по сравнению с зоологией и ботаникой химия располагала сравнительно «небольшим хозяйством», привести его в определённый порядок было не так-то просто.
Первая попытка привести элементы в какую-то систему относится ещё к тому времени, когда классическая химия только становилась на ноги. Она принадлежит Лавуазье. Разделавшись с флогистоном, он составил таблицу простых тел, основанную на классификации их по химическим свойствам. Сейчас эта таблица вызывает к себе лишь исторический интерес, но в своё время она сыграла важную роль.
В начале XIX в., точнее в 1815 г., английский врач и химик (опять врач и химик!) У.Праут, подхватив мысль своего соотечественника Г.Дэви о водороде как первоматерии, построил на ней гипотезу, гласившую, что все элементы происходят из водорода путём какого-то процесса типа конденсации. Гипотеза надолго овладела умами исследователей, хотя бельгийский профессор Жан Серве Стас, вначале её горячий поклонник, своими расчётами и многолетними экспериментами (теми самыми, которыми он хотел подтвердить разложение элементов на другие, более лёгкие) доказал затем, что она — «чистая спекуляция, определённо противоречащая опыту».
Почти одновременно с этим один из последователей Дальтона, Деберейнер, опубликовал таблицы атомных весов некоторых элементов; они объединялись в триады, в которых атомный вес среднего элемента равнялся примерно полусумме крайних. Литий — натрий — калий, кальций — стронций — барий, хлор — бром — йод — вот примеры таких деберейнеровых триад.
К середине прошлого века большое впечатление на учёных произвели успехи органической химии, которая совсем недавно, по выражению Фридриха Велера, представляла собой дремучий лес, из которого нет выхода. В 1850 г. Петтенкоффер попытался найти у элементов соотношения, подобные тем, что обнаруживаются в гомологических рядах, т. е. в рядах соединений, отличающихся друг от друга группой CH2. Он указал, что атомные веса некоторых элементов отличаются друг от друга на величину, кратную 8. Отсюда напрашивался вывод: так ли просты элементы, не являются ли они некими сложными образованиями каких-то субэлементарных частиц? На следующий год подобные соображения высказал Ж.Дюма. Выводы из существования закономерных соотношений атомных весов шли у него далеко: ставился вопрос о возможности разложения элементарных веществ на субэлементарные образования, а стало быть, и возможности трансмутации металлов. Опять следует заметить, что такого учёного, как Дюма, ни в коей мере нельзя причислить к сторонникам алхимических воззрений, но мысль, высказанная им, полностью соответствовала убеждениям алхимиков.
До знаменательного 1860 г. было ещё несколько попыток как-то систематизировать известные химические элементы. Л.Гмелин, Дж. Гладстон, Дж. Кук, Ф.Ленссен, В.Одлинг, А.Штреккер объединяли их в триады, пентады и т. д. и находили при этом какую-то числовую зависимость в возрастании атомных весов сходных элементов. Но этим дело обычно и ограничивалось, а предлагаемые таблицы сильно разнились друг от друга. Да иначе и быть не могло, так как многие элементы ещё не были открыты, а атомные веса уже известных элементов до конгресса в Карлсруэ не имели, как мы знаем, единого для всех химиков значения.
В 1862–1863 гг. попытку систематизировать элементы сделал французский химик Шанкуртуа. Предложенная им система имела своеобразное построение и осталась в истории как «винтовая линия Шанкуртуа». Все известные к тому времени элементы в порядке возрастания их атомных весов были занесены на ленту, которая по спирали накладывалась на цилиндр; поверхность цилиндра была разделена на 16 частей (атомный вес кислорода). Развернутый после этого цилиндр показывал на своей плоскости ряд отрезков параллельных прямых с вписанными элементами атомного веса от 1 до 16, от 16 до 32 и т. д. При таком расположении сходные по своим химическим свойствам элементы часто, но не всегда, попадали на одну образующую цилиндра. По мнению историков науки, в системе Шанкуртуа содержался зародыш периодического закона, но в то же время она давала широкий простор для произвола. Вместе с элементами-аналогами на одну образующую попадали совершенно несхожие с ними. Для углерода атомного веса 12 должна была существовать и какая-то «разновидность» его с атомным весом 44. Парижская академия наук, где делал своё сообщение Шанкуртуа, восприняла его весьма холодно, и об этой работе стало широко известно лишь 30 лет спустя.
