Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева
Шрифт:
На самом деле, такая судьба постигла не только германий. Большинство элементов незаслуженно обойдены вниманием. Даже имена многих ученых, открывших многие элементы и заполнивших пустовавшие клетки, практически забыты. Но некоторые из элементов, в частности кремний, пользуются всемирной славой, которая не всегда оправданна. Когда ученые работали над первыми вариантами периодической таблицы, они уже замечали сходство между некоторыми элементами. Химические «триады», ярким примером которых является группа «углерод-кремний-германий», были первой подсказкой о существовании периодического закона. Но некоторые ученые оказались более восприимчивыми к деталям, чем коллеги, и смогли распознать неявные черты, объединяющие целые семейства элементов. В этом элементы напоминают нас с вами – ведь в некоторых семьях на протяжении многих поколений проявляется горбоносость или ямочки на щеках. Наконец, один ученый – Дмитрий Иванович Менделеев – смог отследить и спрогнозировать такие схожие черты у элементов. Он навеки вписал свое имя
3. Галапагосы периодической таблицы
Можно сказать, что история периодической системы – это история многочисленных ученых, благодаря которым таблица приобрела современный вид.
Первый из героев этой главы носит одно из тех имен, которые из собственных стали нарицательными. Когда мы встречаем в исторических книгах упоминания о докторе Гильотене, Чарльзе Понци [22] , Жюле Леотаре [23] или Этьене Силуэте [24] , мы невольно улыбаемся оттого, что кто-то действительно носил такую фамилию. Мы поговорим об одном из создателей периодической системы, заслуживающим особых похвал, так как его знаменитая горелка позволила продемонстрировать больше студенческих фокусов, чем любой другой лабораторный прибор. Может показаться невероятным, что наш герой, немецкий химик Роберт Бунзен, на самом деле не изобретал «свою» горелку, а просто немного ее усовершенствовал и популяризовал в середине XIX века. Но даже без этой горелки его жизнь оказалась полна всяких опасностей и катастроф.
22
Чарльз Понци (1882–1949) – итальянский предприниматель, создатель финансовой «пирамиды Понци». – Прим, пер
23
Жюль Леотар (1838/1842-1870) – французский гимнаст; придуманный им цельный гимнастический костюм назван его именем. – Прим. пер.
24
Этьен Силуэт (1709–1767) – министр французского двора, отличавшийся небывалой скупостью; за эту скупостью был награжден «скупой» карикатурой в виде теневого профиля, давшей название всем графическим изображениям такого рода. – Прим. пер.
В молодости Бунзен всерьез интересовался мышьяком. Хотя этот элемент № 33 был известен еще в античные времена (древнеримские отравители смазывали им инжир), немногие законопослушные химики имели представление о мышьяке. Все изменилось, когда Бунзен стал возиться с этим ядом в своих склянках. Сначала он работал с какодилатами – соединениями на основе мышьяка. Название «какодилат» происходит от греческого слова со значением «зловонный». Бунзен признавался, что какодилаты смердели так ужасно, что даже вызывали у него галлюцинации, «мгновенно провоцировали дрожание рук и ног, приводили даже к головокружению и потере чувствительности». Язык «покрывался черным налетом». Вероятно, ради собственной безопасности Бунзен вскоре синтезировал вещество, по сей день считающееся наилучшим противоядием от мышьяка, – гидроксид железа. Это соединение, похожее на ржавчину, связывается с мышьяком, попавшим в кровь, и выводит его от организма. Тем не менее Бунзен не мог уберечься от всех опасностей. Из-за случайного взрыва химического стакана с мышьяком ученый лишился правого глаза и остался полуслепым на оставшиеся шестьдесят лет жизни.
После этого случая Бунзен прекратил опыты с мышьяком и предался своей страсти к изучению естественных взрывов. Бунзена привлекало все, что с шумом вырывалось из земли, и он посвятил несколько лет исследованию гейзеров и вулканов. Он самостоятельно собирал их пары и кипящие жидкости. Кроме того, Бунзен соорудил у себя в лаборатории модель гейзера Старый Служака и выяснил, как в гейзерах нагнетается давление и образуется фонтан. Бунзен вновь занялся химией, поступив на работу в Гейдельбергский университет в 1850-х годах, и вскоре навечно вписал свое имя в историю науки, создав спектроскоп. Этот инструмент позволяет изучать состав вещества по спектру, который оно начинает излучать при нагревании. Каждый элемент периодической системы при нагревании дает узкие полосы в разных частях спектра. Например, атомы водорода всегда излучают красную, желто-зеленую светло-голубую и синюю полосы. Если вы нагреете какое-то неизвестное вещество и спектроскоп покажет, что в его излучении есть именно такие спектральные линии, то можно быть уверенным, что в веществе содержится водород. Это был фундаментальный прорыв в науке, первый способ проникнуть в суть экзотических соединений, не кипятя их и не разлагая в кислотах.
Собирая первый спектроскоп, Бунзен и его студент укрепили стеклянную призму внутри пустого ящика из-под сигар, чтобы исключить попадание света извне, а потом прикрепили сверху два окуляра от подзорных труб, чтобы заглядывать внутрь, как на диораме. Единственная серьезная проблема, с которой столкнулась спектроскопия на заре своей истории, –
Благодаря работе Бунзена работа над периодической таблицей стала быстро продвигаться. Сам Бунзен скептически относился к идее классификации элементов по их спектрам, но других ученых такой подход не смущал, и спектроскоп почти сразу стали применять для идентификации новых элементов. Не менее важно и то, что спектроскопия помогла отсеять многие ошибочные сообщения об открытии новых элементов – оказалось, что в ранее неизвестных соединениях некоторые элементы встречаются в необычных формах. Такой надежный способ определения состава веществ значительно способствовал пониманию строения материи на самом глубоком уровне. Тем не менее ученым требовалось не только находить новые элементы, но и упорядочить их в виде стройной системы. И здесь мы должны отметить очередной значительный вклад Бунзена в развитие периодической системы: в 1850-е годы он сформировал в Гейдельберге целую научную школу, представители которой выполнили важную подготовительную работу, заложив основы периодического закона. Среди них был наш следующий герой, Дмитрий Иванович Менделеев, которого весь мир знает как создателя периодической системы элементов.
На самом деле, Менделеев не создал свою таблицу с нуля, равно как и Бунзен – свою горелку. Было предпринято не менее шести попыток создать такую таблицу, и все эти проекты строились на «химическом сходстве» различных элементов, замеченном еще раньше. Менделеев попытался понять, как можно объединить все элементы в сравнительно небольшие группы простых веществ со схожими свойствами, а потом вывел из этих опытов с периодизацией элементов научный закон. В этом он подобен Гомеру, собравшему из разрозненных греческих мифов эпос «Одиссея». Наука нуждается в своих героях не меньше, чем любая другая область деятельности, и Менделеев стал протагонистом в истории периодической системы элементов. На это есть несколько причин.
Начнем с того, что у него была интереснейшая биография. Менделеев родился в Сибири и был в семье самым младшим из четырнадцати детей. В 1847 году, когда будущему ученому было тринадцать лет, умер его отец. Овдовевшая мать, Мария Дмитриевна, решилась на героический по тем временам поступок и пошла работать на стекольную фабрику, где управляла рабочими-мужчинами. Это позволило ей прокормить большую семью. Но вскоре фабрика сгорела. Мать связывала большие надежды со смышленым младшим сыном, вместе с которым верхом на лошадях отправилась в Москву, преодолев почти две тысячи километров по степям, перебравшись через заснеженные Уральские горы. Но в элитный Московский университет Дмитрия не приняли, так как сочли «не местным» [25] . Но Мария Дмитриевна не отчаивалась и отправилась с сыном еще дальше, в Санкт-Петербург, где учился когда-то отец Дмитрия Менделеева. На этот раз Дмитрию Ивановичу удалось поступить в университет. Его мать вскоре умерла, но еще успела увидеть приказ о зачислении сына.
25
Необходимо уточнить причину отказа. Менделеев окончил гимназию в Тобольске, а по действовавшим в то время правилам выпускники из этого региона имели право поступать только в Казанский университет. – Прим. пер.
Менделеев был превосходным студентом. После окончания института он продолжил образование в Париже и Гейдельберге, где его научным руководителем некоторое время был прославленный Бунзен (между двумя химиками сложились непростые отношения – отчасти из-за неровного характера Менделеева, а также потому, что в лаборатории у Бунзена всегда было смрадно и шумно). В 1861 году Менделеев вернулся в Санкт-Петербург, где получил профессорскую кафедру, и в этот период начал задумываться о природе элементов. Его исследования привели к формулировке периодического закона в 1869 году.
Многие другие ученые также занимались проблемой классификации элементов. Некоторым даже почти удалось решить ее, пусть и не до конца, при помощи тех же методов, что и Менделееву. В 1865 году английский химик Джон Ньюлендс, которому было около 30 лет, представил научному сообществу свой вариант таблицы. Но работу Ньюлендса погубила тяга ученого к риторике. На тот момент благородные газы (от гелия до радона) были еще не известны, поэтому в верхних рядах периодической системы насчитывалось по семь элементов. Ньюлендс придумал причудливую метафору и сравнил семь столбцов периодической системы с нотами музыкальной гаммы – «до-ре-ми-фа-соль-ля-си». К сожалению, Лондонское химическое общество не оценило такой метафоры и высмеяло «музыкальную» химию Ньюлендса.