Как были открыты химические элементы — страница 6 из 18

ЭЛЕМЕНТЫ, ОБНАРУЖЕННЫЕ ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

В этой главе речь пойдет о тех элементах, открытия которых явились результатом химического анализа природных объектов, главным образом различных минералов. Химия все более и более оформлялась как наука, и росла ее активность в познании прежде всего неорганической природы. Открытием кобальта начинается эта глава и открытием ванадия завершается. Охватываемый ею временной интервал составляет почти 100 лет (с 1735 по 1830 г.). За этот период было обнаружено более 30 химических элементов, что явилось достижением химико-аналитического метода. Разумеется, этот метод сыграл важнейшую роль в открытии и некоторых других элементов, например в открытии редкоземельных элементов, но в силу особенностей их истории они будут рассмотрены в отдельной главе.

КОБАЛЬТ

Историю открытия кобальта лучше всего начать с истории происхождения названия этого элемента. Своим названием он обязан минералу, который находили с древних пор в Саксонии и называли кобольдом. Так рудокопы именовали злого духа, который якобы обитал в этом минерале. Поверье произошло от того, что все попытки выделить серебро из этого камня (а он очень походил на серебряную руду) оканчивались неудачей.

Синие кобальтовые стекла, эмали и краски были известны еще за 5000 лет до н. э. в Древнем Египте. Так, в гробнице Тутанхамона нашли много осколков синего стекла. Неизвестно, было ли приготовление синих стекол и красок на основе кобальтовых соединений сознательным или случайным. Во всяком случае, рецепт их получения долго был неизвестен. Первое упоминание о приготовлении синих красок относится к 1679 г.

Первооткрывателем кобальта стал шведский химик Г. Брандт. Датой открытия считается 1735 г. В своей «Диссертации по полуметаллам» он говорил об открытом им новом полуметалле — кобольде.

Под полуметаллами Г. Брандт имел в виду вещества, которые многими своими качествами похожи на известные металлы, но не поддаются ковке. Он описал шесть полуметаллов: ртуть, висмут, цинк, сурьму, кобальт, мышьяк. Так как большинство висмутовых руд содержат кобальт, Г. Брандт в своей диссертации предложил несколько способов для того, чтобы различать кобальт и висмут.

В 1744 г. Г. Брандт нашел новый минерал, содержащий кобальт, железо и серу. Этим минералом оказался сульфид кобальта Co₃S₄.

Впоследствии Г. Брандт провел детальное изучение кобальта. В конце XVIII–начале XIX в. изучением свойств кобальта и его соединений занимались Т. Бергман, Л. Тенар, Л. Пруст и И. Берцелиус. Это помогло более подробно изучить элемент. В открытие кобальта долго не верили многие химики. В 1776 г. венгерский химик П. Падакс заявил, что кобальт есть соединение железа и мышьяка, но добавил, что открытый к тому времени никель является элементом. И только к концу XVIII в. благодаря работам многих ученых было подтверждено открытие Г. Брандта.

Кобальт, как и никель, часто присутствует, а иногда и в больших количествах, в метеоритах. В 1819 г. немецкий химик Ф. Штромейер сообщил об открытии им кобальта в метеорите, а чуть позже С. Теннант в этом же метеорите обнаружил никель.

НИКЕЛЬ

Сосед кобальта по периодической системе — никель имеет довольно много с ним общего. Прежде всего этот элемент тоже «дьявольский». Название «никель» происходит от немецкого купферникель — «медный дьявол», по названию минерала, описанного в 1694 г. шведским минералогом У. Иерне и ошибочно принятого им за медную руду. Все попытки выплавить из этого минерала медь привели к неудаче. И металлурги решили, что это происки Ника — злого духа гор.

Вообще говоря, человечество было знакомо с никелем давно. Еще в III в. до н. э. древние китайцы выплавляли сплав, состоящий из меди, никеля и цинка. В древнем среднеазиатском государстве Бактрии из этого сплава приготовляли монеты, одна из них сейчас хранится в Британском музее в Лондоне.

Заблуждения относительно состава купферникеля продолжались даже после того, как этот минерал был описан. В 1726 г. немецкий аптекарь И. Линк исследовал его и установил, что при растворении в азотной кислоте он дает зеленую окраску, а потому скорее всего является кобальтовой рудой с примесями меди. Когда шведские горняки нашли красноватый минерал, который, будучи добавлен к стеклу, не давал синей окраски, они назвали его «кобольд, потерявший душу». Это также был один из никелевых минералов.

Так обстояли дела до 1751 г. В тот год исследованием минерала, найденного на кобальтовом руднике, занялся шведский минералог и химик А. Кронштедт. В одном из опытов он опустил кусочек железа в кислый раствор этой руды. При наличии в растворе меди она должна была выделиться на железе в свободном состоянии. К его великому удивлению, этого не произошло. Раствор меди не содержал. Это шло вразрез с тогдашними представлениями об исследуемой руде. Тогда А. Кронштедт занялся тщательным изучением зеленых кристаллов которые были вкраплены в руду. В результате длинной серии экспериментов он выделил из купферникеля металл, на медь совершенно не похожий. А. Кронштедт описал этот металл как твердый и хрупкий, слабо притягивающийся магнитом, при нагревании переходящий в черный порошок, при растворении дающий великолепную зеленую окраску. Металл содержится в купферникеле, заявлял А. Кронштедт, поэтому можно сохранить для него то же имя, а кратко называть его никель. Сейчас известно, что купферникель — это арсенид никеля.

Многие химики в Европе признали открытие нового элемента. Но кое-кто полагал, что никель — смесь кобальта, железа, мышьяка и меди. Конец сомнениям положил в 1775 г. Т. Бергман, который показал, что названная выше смесь элементов, в каких пропорциях они бы ни присутствовали, не может воспроизвести свойств никеля.

МАРГАНЕЦ

Соединения марганца, в частности его оксид — пиролюзит (MnO₂), были известны и применялись с древних времен в стекольном и гончарном производствах. В 1540 г. итальянский металлург В. Бирингуччио писал, что пиролюзит бывает коричневого цвета, не плавится и окрашивает стекло и керамику в фиолетовый цвет. Было замечено и еще одно удивительное свойство пиролюзита — устранять мутность желтых и зеленых стекол.

Первым, кому, по всей вероятности, удалось получить немного металлического марганца, был австрийский ученый И. Кайм. В 1770 г. он нагревал смесь, состоящую из одной части пиролюзита и двух частей черного плавня (т. е. смесь угля с K₂CO₃ — Авт.), И. Кайм получил кристаллы хрупкого голубовато-белого металла. Видимо, это был загрязненный марганец, однако ученый заключил лишь, что полученный им металл не содержит железа, и не довел до конца свое исследование.

Дальнейшая судьба марганца связана с именем Т. Бергмана, который к этому времени уже подтвердил открытие никеля. Он дал следующую характеристику пиролюзита: минерал, называемый черной магнезией, является новой землей. Ее нельзя смешивать ни с обожженной известью, ни с белой магнезией (т. е. с оксидом магния. — Авт.), Однако, в отличие от И. Кайма, Т. Бергман не сумел, хотя и пытался, выделить металл из пиролюзита.

Третьим, кто поставил целью выделение нового элемента из этого минерала, был К. Шееле. В 1774 г. он представил в Стокгольмскую академию доклад под названием «Относительно марганца и его свойств», подводивший итог его трехлетних исследований пиролюзита. В этой исключительно богатой по содержанию работе он объявил о существовании двух металлов (бария и марганца), а также дал описание двух газообразных элементов (будущих хлора и кислорода). К. Шееле установил, что оксид марганца отличается от всех известных к тому времени земель.

В истории марганца интересны две даты: 16 мая и 27 июня 1774 г. Сначала К. Шееле послал своему другу и соотечественнику И. Гану образец очищенного пиролюзита с просьбой попытаться разложить минерал. В угольный тигель И. Ган поместил смесь порошка пиролюзита с маслом и раздробленным углем и сильно прокаливал содержимое тигля в течение часа. На дне тигля он обнаружил королек металла, который весил примерно в три раза меньше образца исходного пиролюзита. 27 июня, получив от И. Гана образец нового металла, К. Шееле написал своему коллеге, что считает королек, полученный из пиролюзита, новым полуметаллом, отличным от других полуметаллов и похожим на железо. Термин «полуметалл» еще некоторое время сохранялся среди понятий химии и металлургии. Таким образом, И. Гану фактически принадлежит заслуга в выделении металлического марганца. Он как бы поставил точку в истории открытия этого элемента. Правда, полученный им марганец содержал много углерода (чистый металл был получен позднее).

Независимо от И. Гана и К. Шееле, не зная их работ, в 1785 г. металлический марганец получил немецкий химик И. Илземан: он нагревал смесь пиролюзита с плавиковым шпатом, известью и угольным порошком. Полученный продукт был сильно прокален. Но в данном случае марганец получался еще более нечистым. Первоначально металлу было дано латинское название манганезиум от старинного названия пиролюзита (Lapis tnanganensis). Когда в 1808 г. был получен «магний» (магнезиум), то, чтобы избежать путаницы имен, латинское название марганца было изменено на манганум.

БАРИЙ

Барий, так же как и его аналоги по второй группе периодической системы, не встречается в природе в свободном виде. Для него характерно преобладание сульфатных и карбонатных минералов, причем среди них есть минерал, который eщe в начале XVII в., точнее в 1602 г., привлек к себе внимание алхимиков.

В том году В. Касциорало, сапожник из Болоньи, заметил, что тяжелый шпат (сульфат бария), будучи нагретым с углем и олифой и охлажденным затем до комнатной температуры, начинает светиться красноватым светом. Камень называли болонский фосфор, болонский камень, солнечный камень и т. д. Это был сульфид бария BaS. Необычному свечению сразу появилась масса объяснений. Так, французский химик Н. Лемери в своем «Курсе химии» писал, что способность светиться в темноте болонскому камню придает сера. Этим же свойством обладал и другой минерал — фосфор Болдуина (представлявший собой безводный нитрат кальция).

Долгое время, до 1774 г., тяжелый шпат путали с известняком, считая эти минералы за две разновидности одного и того же соединения. В 1774 г. К. Шееле во время своего исследования пиролюзита вместе с И. Ганом открыл новое соединение, которое давало белый осадок с серной кислотой. К. Шееле установил, что тяжелый шпат содержит неизвестную до тех пор землю, которой дали название «баритовая».

К последней четверти XVIII в. оксид бария уже был известен достаточно хорошо; высказывались предположения, что он содержит неизвестный металл. Эта точка зрения находит подтверждение в «Учебнике химии» А. Лавуазье, выпущенном в 1789 г. В «Таблице простых тел» барит относится к числу простых тел. Однако получить новый металл удалось лишь в 1808 г. Г. Дэви по методу, которым он воспользовался при получении кальция (см. главу V).

Свое название барий получил от греческого слова барос — «тяжелый», так как его минералы и оксид были впервые охарактеризованы как имеющие большую массу.

МОЛИБДЕН

История открытия этого элемента отнюдь не богата событиями, даже довольно тривиальна. Лишь один штрих заставляет насторожиться: малораспространенный элемент был открыт хронологически очень рано, в 1778 г., когда химико-аналитический метод только вступал в пору зрелости. Конечно, первоначально молибден был выделен в форме оксида. Само название «молибден» появилось гораздо раньше, чем был обнаружен новый металл. Оно происходит от греческих наименований минерала свинцового блеска (молибдена) и свинца, (молибдос). Они были похожи друг на друга. Но сильно их напоминал по внешнему виду и еще один минерал, который позднее стал известен как молибденовый блеск (сульфид молибдена).

В 1754 г. шведский минералог А. Кронштедт установил различие между этими минералами, признав за молибденовым блеском определенную самобытность. Но требовались доказательства. По счастливому стечению обстоятельств, исследование молибденового блеска попало в руки К. Шееле. Свой анализ молибденита (другое название молибденовой руды) К. Шееле осуществил в начале 1778 г. Обработка молибденита крепкой азотной кислотой привела к образованию объемистой белой массы, которую К. Шееле охарактеризовал как особую белую землю. В то же время на графит азотная кислота не действовала. Тем самым оказывалась налицо разница между графитом и молибденитом. К. Шееле назвал белую землю молибденовой кислотой, поскольку она обнаруживала кислые свойства. Прокалив ее, шведский химик получил оксид молибдена — оксид нового металла. Так считал сам К. Шееле, и его мнение разделял его соотечественник Т. Бергман.

Важным представлялось теперь получение металла из молибденовой земли. К. Шееле даже наметил путь — прокаливание этой земли с углем. Но по ряду причин не осуществил намеченного, а попросил провести реакцию своего друга П. Гильема. Просьба была выполнена в 1790 г. Однако молибден, полученный П. Гильемом, был загрязнен углеродом и карбидом молибдена. Заслуга получения чистого молибдена (восстановление оксида водородом) принадлежит И. Берцелиусу (1817).

ВОЛЬФРАМ

Вольфрам также принадлежит к числу элементов, мало распространенных на Земле, но тем не менее, хотя и в форме оксида, был обнаружен еще в последней четверти XVIII в. В какой-то мере это случайное событие, но, несомненно, открытию вольфрама способствовало становление методов аналитической химии.

Само название «вольфрам» имеет более раннее происхождение. В дословном переводе оно означает «волчья пена». Дело в том, что при выплавке из некоторых руд олова часть металла терялась безвозвратно. Средневековые горняки считали, что олово поглощается содержащимся в руде минералом, который «похищает олово, пожирая его, как волк овцу». Этот минерал и был назван вольфрамом или вольфрамитом. С течением времени он все больше привлекал внимание исследователей. В 1761 г. немецкий минералог И. Леманн проделал анализ вольфрамита, не обнаружив в нем каких-либо новых компонентов. Зато его соотечественник П. Вульф в 1779 г. утверждал, что в вольфрамите содержится «нечто». Был известен и другой странный минерал — тунгстен, или тяжелый камень (его нашел в 1751 г. А. Кронштедт). Именно на него обратил в 1781 г. пристальное внимание К. Шееле, который подействовал на тунгстен (вольфрамат кальция) азотной кислотой, получив в итоге какое-то белое вещество. Оно было похоже на молибденовую кислоту. Прекрасный аналитик К. Шееле сумел показать различие обеих кислот. В силу этих обстоятельств названный ученый и признается автором открытия вольфрама.

Но в то же самое время был близок к открытию соотечественник К. Шееле — Т. Бергман. По его мнению, тунгстен вследствие своей большой плотности, мог содержать баритовую землю. Исследуя минерал, ученый обнаружил в нем кое-что другое — белое вещество, которое он назвал тунгстеновой кислотой. Но далее Т. Бергман пошел по ложному пути, полагая, что и тунгстеновая, и молибденовая кислоты являются производными мышьяка. Проверять это предположение он не стал. В 1783 г. два испанских химика — братья Ф. и X. д’Эльюар выделили из вольфрамита белую кислоту, оказавшуюся аналогичной тунгстеновой. Им же удалось получить элемент в металлическом состоянии, что сумели сделать также Т. Бергман и К. Шееле.

ТЕЛЛУР

Во второй половине XVIII в. в Австрии, а точнее, в той ее части, которая называлась Семигорьем, была открыта странная голубовато-белая руда. Странная потому, что мнения о ее составе расходились. Главным образом спорили о том, содержит ли она золото или нет. Ее названия также были необычными: парадоксальное золото, белое золото и, наконец, проблематичное золото. Кое-кто, правда, полагал, что никакой проблемы не существует, а скорее всего, руда содержит сурьму или висмут или оба элемента вместе. Горный инженер И. Мюллер (впоследствии ставший бароном фон Рейхенштейн) в 1782 г. подверг руду тщательному химическому анализу и выделил из нее металлические корольки, которые, как ему показалось, сильно напоминали сурьму. Но уже в следующем году И. Мюллер решил, что сходство сходством, а, видимо, он имеет дело с новым, ранее неизвестным металлом.

Не полагаясь целиком лишь на свое мнение, исследователь обратился за консультацией к Т. Бергману. Но образец руды, посланный ему, оказался слишком маленьким, чтобы ученый сумел сделать определенные выводы. Удалось доказать лишь одно, что металл И. Мюллера не является сурьмой. Тем, собственно, дело и закончилось. В течение пятнадцати лет никто фактически и не вспоминал об открытии горного инженера из Австрии. Теллуру еще предстояло родиться окончательно.

Его второму рождению способствовал немецкий химик М. Клапрот. На заседании Берлинской Академии наук 25 января 1798 г. он прочел свою статью о золотоносной руде из Семигорья. М. Клапрот повторил то, что в свое время сделал И. Мюллер. Но если последний все же оставался во власти сомнений, то для М. Клапрота их не существовало. Он дал новому элементу название «теллур» (от латинского слова теллус, означающего «Земля»). Хотя Клапрот получил образец руды от И. Мюллера, он отнюдь не желал разделить славу первооткрывателя теллура с И. Мюллером; но, с нашей точки зрения, роль немецкого химика в открытии отнюдь не меньше. Во всяком случае, он определенно возродил к жизни забытый элемент.

И все же есть основания полагать, что к обнаружению теллура причастно третье лицо. Это был профессор химии и ботаники Пештского университета в Венгрии П. Китайбель. В 1789 г. он получил от одного из своих коллег минерал, предположительно молебденит, содержащий серебро. Из него П. Китайбель выделил новый элемент. Потом он нашел, что тот же самый элемент присутствует и в проблематичном золоте. Так, П. Китайбель независимо открыл теллур. Вероятно, он поступил неправильно, что сразу же не опубликовал результаты своих исследований, а лишь разослал описание работы некоторым своим коллегам, в частности венскому минералогу Ф. Эстнеру. Через Ф. Эстнера с данными П. Китайбеля ознакомился М. Клапрот и отозвался о них положительно, но при этом не последовало подтверждения результатов П. Китайбеля. И. Мюллер же обратился к М. Клапроту спустя несколько лет, и немецкий химик тогда сумел выбрать время, чтобы воспроизвести результаты своего корреспондента, которого считал единственным автором открытия и подчеркнул это в своем докладе.

Теллур долгое время считался металлом. В 1832 г. И. Берцелиус доказал его большое сходство с селеном и серой, и элемент был раз и навсегда зачислен в разряд неметаллов.

СТРОНЦИЙ

В 1787 г. близ деревни Стронциан в Шотландии в свинцовой шахте был обнаружен новый минерал — стронцианит. Некоторые минералоги относили его к одной из разновидностей флюорита (CaF₂). Но большинство считали, что стронцианит — разновидность витерита (бариевого минерала ВаСО₃).

В 1790 г. шотландский врач А. Крауфорд тщательно исследовал минерал и пришел к выводу, что соль, полученная действием соляной кислоты на стронцианит, отличалась от хлорида бария. Она лучше растворялась в воде и имела другую форму кристаллов. А. Крауфорд заключил, что стронцианит содержит неизвестную ранее землю.

В конце 1791 г. исследованием стронцианита занялся шотландский химик Т. Хоп. Он четко установил разницу между витеритом и стронцианитом. Также Т. Хоп отметил, что стронциевая земля соединяется с водой активнее, чем негашеная известь; в отличие от оксида бария она гораздо лучше растворяется в воде, а все соединения стронция окрашивают пламя в красный цвет. Т. Хоп доказал, что новая земля не может быть смесью кальциевой и бариевой земель. А. Лавуазье высказывал мысль о металлической природе, но это удалось доказать Г. Дэви в 1808 г.

История открытия стронция будет неполной, если не упомянуть еще об одном ученом, которому, несомненно, принадлежит большая заслуга в изучении стронцианита. Им был русский химик Т. Е. Ловиц, который независимо пришел к выводу, что стронцианит содержит неизвестный доселе элемент. Т. Е. Ловицу принадлежит первенство открытия стронция в тяжелом шпате. Метод получения металлического стронция, предложенный Г. Дэви, не мог дать достаточно чистого продукта. Лишь в 1924 г. П. Даннер (США) получил чистый стронций путем восстановления его оксида металлическим алюминием или магнием.

ЦИРКОНИЙ

Оксид циркония имеет немало сходства с оксидом алюминия, глиноземом. Долгое время второй надежно маскировал присутствие первого. Никто не подозревал существования в циркониевых минералах (известных еще в средние века) неизвестного элемента. Так, цирконий, один из наиболее распространенных металлов на Земле (0,02%), оставался «невидимым» вплоть до конца XVIII столетия. Теперь основной источник циркония — минерал циркон, встречающийся в двух разновидностях: гиацинт и яргон. Гиацинт еще в древности был известен как драгоценный камень, переливавшийся разными цветовыми оттенками: от желто-коричневого до дымчато-зеленого.

Думали, что по своему составу гиацинт подобен другим драгоценным камням — рубину и топазу.

Анализ циркона производили не раз и всякий раз ошибались. В 1787 г. немецкий химик И. Виглеб обнаружил в цейлонском цирконе лишь кремнезем с небольшими добавками извести, магнезии и железа. Еще раньше такой искусный химик, как Т. Бергман, нашел, что гиацинт, привезенный с Цейлона, содержит 25% кремнезема, 40% оксида алюминия, 13% оксида железа и 20% извести. Будущий цирконий надежно спрятался у Т. Бергмана в оксиде алюминия.

Эту природную маскировку раскрыл в 1789 г. М. Клапрот. Он нагревал в серебряном тигле порошок циркона (тот же образец, что и у Т. Бергмана) со щелочью. Сплав растворялся в серной кислоте, и из раствора М. Клапрот выделил новую землю, названную им циркониевая. Вот данные анализа немецкого аналитика: 25% кремнезема, 0,5% оксида железа, 70% циркониевой земли. Как видите, ничего общего с анализом Т. Бергмана. В том же году результаты М. Клапрота подтвердил А. Гитон де Морво. Причем он выделил цирконий из гиацинта, найденного во Франции.

Получить металлический цирконий оказалось непросто. В 1808 г. Г. Дэви тщетно пытался разложить циркониевую землю с помощью электрического тока. Лишь в 1824 г. И. Берцелиус получил загрязненный металл, нагревая сухую смесь калия и фторида калия и циркония в платиновом тигле. Свое имя элемент получил по названию минерала.

УРАН

Трудно привести другой пример химического элемента, который столь долго был обделен вниманием, а затем «в один прекрасный день» удивил всех и заставил уважать себя по-настоящему. Таков уран, занимающий девяносто вторую клетку в таблице Д. И. Менделеева. Открытый в 1789 г., он длительное время мало интересовал химиков, даже атомная масса его была определена неверно. А на практике его использование ограничивалось лишь окраской стекол. Но в 1906 г. в восьмом издании «Основ химии» Д. И. Менделеев обратился с призывом к тем, кто ищет предметы для новых исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями. Потому, пояснял ученый, что с ураном связаны два важнейших события в науке, которые произошли в конце XIX столетия: открытие гелия и открытие явления радиоактивности. И наконец, случайно ли то, что на уране обрывается естественный ряд химических элементов, — уран оказывается верхней границей их системы?

Кто-то из ученых назвал девяносто второй элементом № 1 нашего столетия.

…А состоявшееся — уже скоро как двести лет назад — открытие урана не было окрашено в цвета необычности. То было открытие, каких совершалось немало в период становления методов аналитической химии. И имя автора открытия не вызывает никаких споров — немецкий химик М. Клапрот. Правда, затем — и мы скажем об этом — действительное выделение урана стали связывать с именем другого ученого.

Уже давно был известен минерал, называвшийся смоляной обманкой. Пока химический анализ делал первые свои шаги, считали, что обманка является рудой, содержащей железо и цинк. Более точных данных о ее составе не существовало.

Образец смоляной обманки попал в руки М. Клапрота. Кусочек минерала он растворил в азотной кислоте. К раствору добавил поташ. При этом выпал желтый осадок, растворимый в избытке поташа. Этот осадок состоял из красивых зеленовато-желтых кристалликов в виде шестигранных призмочек. Не сразу М. Клапрот пришел к выводу, что имеет дело с солью нового элемента. Получив оксид, ученый пытался выделить чистый металл. И когда на дне тигля образовался блестящий черный порошок, немецкий химик решил, что цель достигнута. Но М. Клапрот заблуждался. В лучшем случае он держал в руках смесь оксида с небольшим количеством металла. В действительности химикам еще предстояло убедиться, насколько непросто добыть его в свободном виде.

Уверенный в удаче, М. Клапрот предложил название «уран» для открытого им элемента. «Ранее признавалось существование лишь семи планет, которые соответствовали семи металлам, — писал Клапрот, — поэтому по традиции следует назвать новый металл именем недавно открытой планеты»[6]. Такой планетой был Уран, открытый в 1781 г. астрономом В. Гершелем. С этого времени появилась мода давать вновь открытым химическим элементам имена в честь разных космических тел. Уран уже был включен в списки простых тел, уже учебники химии уделяли ему место на своих страницах, но его металлическое состояние, вопреки мнению М. Клапрота, оставалось недоступным. И кое-кто из ученых сомневался в правоте немецкого химика. Через шесть лет после смерти М. Клапрота (1817) ученик И. Берцелиуса — И. Арфведсон (возможно, по совету своего учителя) решил устранить существовавшие сомнения. Взяв темно-зеленый оксид урана, он пытался восстановить его водородом. И. Арфведсон думал, что исходный продукт является низшим оксидом (теперь известно, что шведский ученый имел дело с U₃O₈). В ходе реакции получился коричневый порошок UO₂. И. Арфведсон же думал, что ему удалось выделить металлический уран.

Лишь в 1841 г. успеха добился французский химик Э. Пелиго, который применил новый способ восстановления. Он нагревал безводный хлорид урана, смешанный с металлическим калием в закрытом платиновом тигле. В итоге получился черный металлический порошок. Его свойства заметно отличались от тех, которые обычно приписывал М. Клапрот металлическому урану. Поэтому некоторые историки науки связывают действительное открытие урана с именем Э. Пелиго.

В сплавленном виде компактный металл приготовил французский химик А. Муассан. Он воспользовался изобретенной им электрической печью, дававшей очень высокую температуру. Первый слиток урана ученый выплавил в мае 1896 г. и передал его А. Беккерелю. Именно благодаря подаренному образцу А. Беккерель установил, что радиоактивность есть свойство, присущее элементу урану. Этим уран впервые привлек к себе всеобщее внимание.

В свое время уран доставил немало хлопот Д. И. Менделееву, когда ученый разрабатывал периодическую систему. Атомная масса урана считалась равной 120, и потому элемент мог быть помещенным в третью группу как тяжелый аналог алюминия. Но подобное размещение ни в коей мере не соответствовало свойствам урана. Тогда Д. И. Менделеев предположил, что атомный вес определен неверно, и предложил увеличить его значение в 2 раза. Новое место урана оказалось в шестой группе, ниже вольфрама. И тем самым уран стал последним элементом периодической системы.

ТИТАН

Химия отнюдь не была профессией английского пастора В. Грегора. Но иногда ему приходилось заниматься химическими операциями, потому что его светским увлечением была минералогия. Время от времени В. Грегор исследовал состав различных минералов и достиг в этом таких успехов, что впоследствии И. Берцелиус относился к нему как к видному минералогу.

Однажды В. Грегор заинтересовался составом черного песка, залежи которого он обнаружил в долине Менакин, расположенной на территории его церковного прихода. Черный песок, чрезвычайно похожий по внешнему виду на порох, смешанный с песком другого сорта, грязно-белого цвета, — вот природный объект, заинтересовавший В. Грегора. Отделив черные песчинки, он провел их химический анализ; насколько тщательным было это исследование, вы сами убедитесь, взглянув на числа, характеризующие содержание отдельных компонентов.

По В. Грегору, 40⁹/₁₆% (особенно трогают эти ⁹/₁₆!) выпадает на долю оксидов железа; 3½% — содержание кремнезема, 45% принадлежат веществу, описываемому В. Грегором как красновато-коричневая известь. И 4¹⁵/₁₆% составляют потери при анализе. В этом реестре обращает на себя внимание красновато-коричневая известь. Она растворялась в серной кислоте, образуя желтый раствор. При действии цинка, олова или железа раствор становился пурпуровым. В. Грегор написал специальную статью с изложением результатов анализа. Со свойственной ему скромностью он считал, что его исследование не является завершенным. Он лишь излагал отдельные факты, объяснить которые — удел более просвещенных ученых.

Его друг — минералог Д. Хавкинс убедил В. Грегора, что черный песок представляет собой новый, неизвестный ранее минерал. Это мнение человека, не хуже В. Грегора разбиравшегося в минералогии, позволило последнему предположить, что черный песок содержит новое металлическое вещество. В. Грегор предложил назвать его менакином, в честь того места, где был найден песок, а сам песок менакитом (или менаконитом). Теперь этот черный песок именуется минералом ильменитом и имеет формулу FeTiO₃. Все это свидетельствует о том, что элемент титан был открыт в 1791 г. В. Грегором.

Но многие историки науки выдвигают в качестве первооткрывателя элемента М. Клапрота, хотя достоинства работы В. Грегора несомненны. Но уж слишком нечестолюбивым оказался английский пастор в отстаивании своего приоритета. М. Клапрот шел другим путем. Сообщение В. Грегора он, безусловно, читал, но оценил его суть не сразу. В 1795 г. ему удалось выделить оксид нового элемента из образца минерала, привезенного из Венгрии. Теперь этот минерал известен как рутил (ТiO₂). Оксид, выделенный М. Клапротом, оказался чрезвычайно похожим на грегоровскую менакиновую землю. Вскоре М. Клапрот четко установил, что он открыл тот же самый элемент, что и В. Грегор.

Немецкий химик назвал этот элемент титаном (в честь мифологических титанов, сыновей Земли). В виде чистого металла титан удалось получить только в 1910 г.

ХРОМ

Своеобразной родиной хрома оказалась Сибирь; там в XVIII в. был найден минерал крокоит, который в то время называли красной свинцовой рудой. Гораздо раньше были известны некоторые другие хромовые руды. И это не столь удивительно, ибо хром принадлежит к числу элементов, распространенных в природе (0,02% от всей земной коры). Но выделить его хотя бы в виде оксида не такая уж простая задача, и до поры до времени химикам она была не под силу. Соединения хрома окрашены в различные цвета. Но даже этот факт не обострил внимания исследователей к хромовым минералам.

Исключение составил крокоит. Впервые анализ его сделал в 1766 г. немецкий химик И. Леман, в то время проживавший в Петербурге. Растворяя образец минерала в соляной кислоте, И. Леман наблюдал прекрасный изумрудно-зеленый цвет раствора. Но вывод был таков: в крокоите содержится свинец, загрязненный примесями. Эти примеси не могли быть чем-либо иным, нежели хромом. Ведь крокоит — это хромат свинца PbCrО₄. И. Леману не суждено было установить состав минерала.

Вторично с крокоитом столкнулся в 1770 г. петербургский академик П. С. Паллас, описавший его месторождения на Урале (Березовском руднике).

«Эта свинцовая руда, — писал Паллас, — бывает разного цвета, но чаще имеет цвет киновари. Кристаллы этого тяжелого минерала, имеющие форму неправильных пирамид, вкраплены в кварц, словно маленькие рубины…»

П. С. Паллас был путешественником, географом, минералогом — только не химиком. Но именно благодаря ему минерал крокоит стал доступным для исследований в лабораториях Западной Европы. Так он попал в лабораторию одного из крупнейших химиков-аналитиков того времени Л. Воклена.

С тех пор, как И. Леман изучал крокоит, прошло три десятилетия. За это время ученые не раз пытались выяснить его состав, но не обнаруживали в нем новых элементов. Сведения были самые разноречивые. Например, один аналитик даже сообщил, что свинцовая руда содержит молибденовую кислоту, никель, кобальт, железо и медь. Но и Л. Воклен в своих первых опытах не избежал ошибки, найдя в крокоите диоксид свинца, железо и глинозем.

В 1797 г. французский химик решил провести исследование крокоита более тщательно. Он продвигался шаг за шагом, убеждаясь, что минерал не содержит ни мышьяка, ни молибденовой кислоты и трех или четырех известных металлов, ни железа и глинозема. Шаг за шагом опровергал Л. Воклен результаты всех предыдущих анализов. И заключил в итоге: крокоит содержит новый металл, свойства которого отличаются от свойств других металлов.

Л. Воклен кипятил мелко размельченный минерал с карбонатом калия. Желтый раствор, оставшийся после отделения карбоната свинца, содержал, по мнению ученого, калиевую соль неизвестной кислоты. Чуть ли не во все цвета радуги окрашивался этот раствор при добавлении в него различных реактивов: ртутные соли давали красный осадок; соли свинца — желтый; хлорид олова вызывал появление зеленой окраски. Все эти манипуляции убеждали Л. Воклена в том, что он действительно имеет дело с новым элементом. Выделить его теперь в форме оксида оказалось сравнительно простой задачей.

Спустя много лет Д. И. Менделеев писал в «Основах химии», что уральская красная хромовая руда, или хромово-свинцовая соль, оказалась для Л. Воклена источником для открытия хрома, которому он дал название, происходящее от греческого слова, означающего «крашу» (по причине ярких цветов, свойственных соединениям этого элемента). Справедливости ради, нужно сказать, что название хром для нового металла предложили соотечественники Л. Воклена — А. Фуркруа и Р. Аюи. Независимо от Л. Воклена и почти одновременно с ним существование нового металла в крокоите доказал М. Клапрот, но не сделал этого с той же очевидностью, как его французский коллега.

Металлический хром долго не удавалось получить. Пытался это сделать и сам Л. Воклен, но, скорее всего, он приготовил карбид хрома.

БЕРИЛЛИЙ

Видный советский геохимик академик А. Е. Ферсман назвал однажды этот металлический элемент одним из самых замечательных элементов огромного теоретического и практического значения. Но какое бы из качеств бериллия мы ни взяли, оно не будет чем-то из ряда вон выходящим. Бериллий среди других металлов — типичный середняк. Замечательное же состоит в удивительно удачном, словно нарочно придуманном природой, сочетании различных качеств. На примере бериллия отчетливо видно, как история химического элемента зависит от его специфических свойств. По своему химическому поведению бериллий больше похож на алюминий — своего соседа по диагонали в таблице Менделеева, чем на магний — непосредственного аналога по группе. Вот почему алюминий столь долго маскировал присутствие бериллия (так же, как и циркония) в природных минералах.

Из-за четко выраженной амфотерности элемента много лет не удавалось приготовить различные соединения бериллия в достаточно чистом виде. Отсюда следовали разноречивые результаты определения многих свойств элемента, особенно его валентности и атомной массы. Тем самым длительное время не могли окончательно решить вопрос о месте бериллия в периодической системе. Только после того, как было твердо доказано, что его валентность равна двум, формула оксида есть ВеО, а атомная масса составляет 9,01, бериллий раз и навсегда занял самую верхнюю клетку во второй группе менделеевской таблицы. Важную роль здесь сыграли работы русского ученого И. В. Авдеева.

История бериллиевых минералов начинается с очень отдаленных времен. В глубокой древности были известны драгоценные камни — бериллы и изумруды.

Одним из первых занялся изучением бериллов в 1779 г. профессор химии в Берлинской Академии наук Ф. Ахард (до тех пор он прославился лишь разработкой промышленного получения сахара из сахарной свеклы). Шесть анализов провел немецкий химик. Если пересчитать его результаты на современный лад, то они покажут, что в бериллах содержалось: 21,7% кремнезема (оксида кремния), 60,05% глинозема (оксида алюминия), 5,02% оксида железа, 8,3% известковой земли (оксида кальция). В сумме получалось 95,07% (пяти процентов до ста не хватало!), но Ф. Ахард не сделал отсюда никаких выводов.

Похожую «арифметику» получил в 1785 г. соотечественник Ф. Ахарда — И. Биндхейм, в данном случае сумма составных частей равнялась уже 101%. Итак, ничего особенного в бериллах не наблюдалось.

В 1797 г. М. Клапрот, который к тому времени уже успел открыть уран, титан и цирконий и зарекомендовать себя как крупнейший химик-аналитик, получил от русского дипломата и писателя Д. Голицына образцы перуанских изумрудов и их исследовал. Но и М. Клапрот «не добрал» до 100% (66,25% кремнезема, 31,25% глинозема, 0,5% оксида железа, итого 98%). Куда исчезли 2%, ученый не знал и объяснить не пытался. И записать в свой послужной список открытие еще одного, четвертого по счету элемента ему не довелось.

Тем временем во Франции работал другой аналитик, искусный в своем деле ничуть не менее М. Клапрота, Л. Воклен. Начиная с 1793 г. он постоянно изучал бериллы и изумруды. Но и Л. Воклен, кроме уже привычных компонентов — кремнезема, глинозема, извести, оксида железа, ничего другого не обнаружил. Позднее Л. Воклен вспоминал, насколько было трудно осознать существование нового вещества, в особенности когда оно обладало некоторыми свойствами, сходными со свойствами уже известных веществ. Здесь ученый подразумевал близкое химическое сходство оксидов алюминия и будущего бериллия.

Опережая события, назовем Л. Воклена действительным автором открытия бериллия. Логика открытия оказалась не очень-то простой, и она, несомненно, делает честь Л. Воклену. Он рассуждал так: берилл и изумруд весьма похожи и по составу, и по форме своих кристаллов. То есть кристаллическая форма совсем одна и та же, а состав? Предшественники Л. Воклена находили в обоих минералах одинаковые составные части (глинозем, кремнезем, известь), только пропорции их колебались.

После первых неудачных экспериментов Л. Воклен решил четко разобраться в том, почему же так скачет содержание составных частей. Быть может, содержится еще «нечто», которое либо теряется в ходе реакций, либо, образно говоря, прячется за спину одного из компонентов (например, глинозема).

Было у Л. Воклена определенное психологическое преимущество. Он в 1797 г. открыл хром, придающий зеленоватую окраску изумруду и отсутствующий в берилле. Следовательно, отличие берилла и изумруда налицо. Но ведь они могли отличаться не только содержанием хрома. Днем рождения бериллия следует считать 14 февраля 1798 г., когда Л. Воклен в Парижской Академии наук произнес доклад «Об аквамарине, или берилле, и открытии новой земли в этом минерале». Он рассказал, как провел пять последовательных анализов и как от анализа к анализу крепло его убеждение в существовании новой земли. Сначала данные были такие:

Берилл: 69 частей кремнезема, 21 часть глинозема, 8–9 частей извести и 1½ части оксида железа.

Изумруд: 64 части кремнезема, 29 частей глинозема, 2 части извести, 3–4 части оксида хрома и 1–2 части воды.

Была ли то интуиция или что-то другое, но Л. Воклен заподозрил, что в обоих случаях в глиноземе содержится какая-то примесь. Она очень похожа на глинозем, поэтому ее никак не удавалось обнаружить ранее. Л. Воклену помогло его великолепное чутье аналитика. Ученый обнаружил, что примесь (новая земля) не образует квасцов, подобно глинозему. Потом он нашел и другие отличия. Но признаков сходства все же было больше, и именно благодаря им бериллий так долго как бы прятался за алюминий.

Если бериллиевая земля не глинозем (считал Л. Воклен), то она не является ни одной из известных земель, потому что она отличается от них еще больше, чем сам глинозем.

За сладкий вкус его солей Л. Воклен предложил назвать новый элемент глюцином (символ Gl) от греческого слова, означающего «сладкий». Название же «бериллий», которое и закрепилось, было предложено М. Клапротом, справедливо заметившим, что сладкий вкус имеют некоторые соединения других элементов.

В качестве любопытного исторического момента отметим, что Л. Воклен анализировал алтайские бериллы, которые ему подарил французский минералог и путешественник Э. Патрен.

Открытие Л. Воклена с полной достоверностью подтвердил немецкий химик, профессор химии в Геттингене И. Гмелин. Он анализировал сибирские бериллы из Нерчинска и пришел к тем же выводам, что и Л. Воклен. В виде металла бериллий впервые получили в Германии Ф. Вёлер и Е. Бюсси, действуя на хлорид бериллия металлическим калием. Это случилось в 1828 г., тридцать лет спустя после официальной даты открытия бериллия.

НИОБИЙ И ТАНТАЛ

Ранние судьбы этих элементов оказались настолько переплетенными, что истории их открытий едва ли целесообразно рассматривать каждую по отдельности. Фактически здесь одна история. Она начинается 26 ноября 1801 г., когда английский химик Ч. Хэтчет выступил на заседании Британского королевского общества с сообщением об открытии нового элемента. У ученых аудиторий такого рода сообщения уже давно перестали вызывать сенсации. Доклад Ч. Хэтчета, озаглавленный «Анализ минерала из Северной Америки, содержащего металл, до сих пор неизвестный», был выслушан спокойно. Правда, образец минерала попал к Ч. Хэтчету не непосредственно с берегов Нового Света, а из гораздо более близких краев — из хранилища Британского музея. В каталоге музея минерал был описан как «черная руда, присланная в музей господином Уинтропом из Массачузетса».

Сначала Ч. Хэтчет предположил, что объект изучения является разновидностью сибирской хромовой руды, и ставил перед собой задачу выделить хромовую кислоту. Но все оказалось совсем не так. Теперь известно, что минерал из Массачузетса содержит целый набор металлов и выделить из него новый элемент было нелегким делом. Хрома в минерале не содержалось. Ч. Хэтчет сделал вывод: то, что ему удалось выделить, не является хромовой кислотой. Это оксид неизвестного металла. Отдавая должное месту нахождения минерала, английский химик назвал его колумбитом (в честь Колумба и Колумбии — прежнего названия Америки). Элемент же соответственно стал именоваться колумбием.

Но уже в следующем, 1802 г. произошло событие, придавшее определенную пикантность «пресному» открытию колумбия. Шведский химик А. Экеберг анализировал минералы, найденные близ деревушки Иттербю. В декабре 1802 г. А. Экеберг описал открытие оксида нового металла. Белая масса оксида не растворялась, казалось бы, ни в чем, даже в большом избытке сильных кислот.

Тщетность попыток перевести оксид в раствор и послужила основанием для выбора названия нового металла. А. Экеберг назвал его танталом, имея в виду известное выражение «муки Тантала», характеризующее бесполезные, бесплодные попытки добиться цели. Соответственно исходный минерал получил наименование «танталит». А. Экеберг твердо был уверен, что ему действительно удалось открыть новый элемент, и его убеждения разделяли многие ученые. И тем неожиданнее оказалось исследование английского химика В. Волластона, который в 1809 г. заявил: между колумбием и танталом нет никакой разницы, это один и тот же элемент. Оксиды этих металлов имели близкую плотность и казались В. Волластону весьма похожими по химическим свойствам. Статья ученого прямо так и называлась «Об идентичности колумбия и тантала». Таким образом, получалось, что А. Экеберг фактически лишь переоткрыл колумбий, подтвердил открытие, сделанное Ч. Хэтчетом.

И. Берцелиус, однако, так не считал. Он горячо поддерживал название «тантал», данное А. Экебергом новому элементу, и полагал, что в истории имена английского и шведского химиков должны стоять рядом. Осенью 1814 г. И. Берцелиус в частном письме к шотландскому химику Т. Томсону (первому пропагандисту атомной теории Дж. Дальтона) писал, что он нисколько не желает умалить заслуги Ч. Хэтчета, но считает своим долгом заметить, что свойства тантала и его оксида почти не были известны до работы А. Экеберга. И. Берцелиус полагал далее, что колумбиевая кислота Ч. Хэтчета представляла смесь оксида тантала и вольфрамовой кислоты. Но вскоре выяснилось, что никакого вольфрама в колумбите не содержится.

Лишь три десятилетия спустя один из учеников И. Берцелиуса — Г. Розе раз и навсегда показал: тождества между колумбием и танталом в действительности не существует; следовательно, Ч. Хэтчет и А. Экеберг на самом деле открывали разные химические элементы.

Г. Розе анализировал колумбиты и танталиты из разных месторождений. И всякий раз убеждался, что в них наряду с танталом содержится еще какой-то элемент, близкий по свойствам к танталу. Этого незнакомца Г. Розе окрестил ниобием (в честь Ниобы, дочери мифологического Тантала). Летом 1845 г. в руки ученого попал тот же минерал, в котором некогда Ч. Хэтчет открыл колумбий и Г. Розе выделил из него оксид ниобия, оказавшийся аналогичным оксиду колумбия.

Наконец-то путаница разрешилась. Она объяснялась тем, что ниобий и тантал очень похожи по свойствам и всегда присутствуют вместе и в колумбитах, и в танталитах. По сути дела, и Ч. Хэтчет, и А. Экеберг обнаруживали оба элемента одновременно, не сумев установить между ними какую-либо разницу. В минерале, исследовавшемся Ч. Хэтчетом, несомненно, преобладал ниобий (колумбий). Поэтому важнейшим моментом в биографии обоих элементов явилась разработка метода разделения ниобия и тантала. Это сделал в 1865 г. швейцарский химик Ш. Мариньяк, который установил различную растворимость фтортанталата и фторниобата калия в плавиковой кислоте. И в том же году Ш. Мариньяк впервые правильно определил атомные массы ниобия и тантала. Выделить названные элементы в металлическом состоянии пытались многие химики, но, как правило, получали нечистые металлы. Лишь в начале XX в. В. Болтон в США приготовил ниобий и тантал более чем 99-процентной чистоты.

ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ

Маленькая деталь характерна для истории платиновых металлов — рутения, родия, палладия, осмия, иридия и платины: с их изучением связано большое количество ложных открытий химических элементов. Это объясняется значительными трудностями исследования природных источников платины и ее спутников. Та платина, с которой люди были знакомы до действительного открытия этого элемента, не была чистым металлом, а содержала различные примеси. Из перечисленных выше элементов платина является второй по распространенности, уступая лишь палладию. Содержание различных платиновых металлов в минералах разных месторождений порой колеблется значительно. Поэтому в истории платины и ее аналогов было много случайностей, и до сих пор остается немало неясностей. Неопределенной выглядит дата открытия платины. Долгое время оставалось неясным, сколько же платиновых металлов существует в действительности. Во многом путало заметное сходство свойств платиновых металлов. Четыре из них — палладий, родий, осмий и иридий — были открыты в первые годы XIX столетия. Это было следствием того, что химический анализ достиг достаточно высокого уровня. Однако не исключено, что лишь стечение обстоятельств помешало более раннему обнаружению спутников платины, во всяком случае, достаточно распространенного палладия.

ПЛАТИНА

Среди платиновых металлов платина была открыта раньше других. Датой ее открытия считается 1748 г. Но действительно ли это так?

В трудах древних греков и римлян упоминается о сплаве электрум, который некоторые исследователи отождествляют с платиной. Существует и другое мнение, что электрум есть египетский азем — сплав золота с серебром. Плиний Старший описывал тяжелое белое вещество, встречающееся в песках Галиции и Португалии, но в данном случае, по всей видимости, речь шла об оловянной руде. В гробнице царицы Шапенапит (VII в. до н. э.) была найдена шкатулка, изготовленная из платины.

В 1557 г. итальянский ученый Ю. Скалигер описал существование нового белого металла в Южной Америке. Это был первый определенный намек на платину. Прошло еще почти два столетия. В испанские колонии отправляется экспедиция Парижской Академии наук. В ее составе молодой лейтенант Дон Антонио де Уллоа. Он благополучно возвращается на родину, и в 1748 г. в Мадриде выходит его книга «Исторический отчет о поездке в Южную Америку». В ней он, в частности, рассказывал, что в районе Чоко встретил много золотоносных шахт, но некоторые из них были заброшены из-за большого количества платины. А. Уллоа первым отметил исключительную тугоплавкость и трудность выделения этого металла из пород. Двумя годами позже изучением нового металла занялись английские химики У. Уотсон и У. Броунриг, которые и дали первое научное описание этого металла. В ноябре 1750 г. У. Уотсон описывал открытие нового полуметалла, названного «платино-ди-пинто». Ученый отмечал, что он ранее не был замечен кем-либо из минералогов.

Эти работы способствовали исследованиям нового металла. В 1752 г. шведский химик Г. Шеффер опубликовал подробный отчет об изучении платины, или белого золота. Затем работы в этой области последовали одна за другой. Наиболее интересны две из них. В 1772 г. К. фон Зикинген провел обширное исследование свойств платины, изучил возможность сплавления ее с серебром и золотом, растворимость в царской водке и, что самое важное, одним из первых применил метод осаждения платины из растворов хлоридом аммония. В изучении платиновых металлов эта реакция сыграла большую роль. Но результаты работ К. фон Зикингена не были опубликованы до 1782 г.

Второй цикл работ связан с именем П. Шабанэ. Он первым отметил противоречивость результатов экспериментов, проводимых с платиной из различных месторождений. Сейчас все объясняется очень просто: Шабанэ работал не с чистой платиной, а со смесью шести элементов — платиновых металлов, которые к тому времени не были открыты. Например, когда в платине отсутствовал осмий, металл не был летучим и не загорался, в присутствии осмия сплав был летуч и горел.

Какой же год считать датой открытия платины? Долгий путь прошел металл, прежде чем получил право на существование. Быть может, важнейшая дата в истории открытия платины 1750 г.: ведь именно тогда она была изучена и описана достаточно подробно.

ПАЛЛАДИЙ

Еще в конце XVII в. бразильские горняки не раз обнаруживали в природе странный сплав. Он фигурировал под разными названиями. Предполагалось, что он содержит золото и серебро. Возможно, это был сплав палладия с золотом. Но действительное открытие второго из платиновых металлов состоялось в 1803 г., благодаря работе английского химика У. Волластона. Изучая сырую (неочищенную) платину, он растворил ее в царской водке, удалил избыток кислоты и добавил к раствору цианид ртути. Выпал желтый осадок. Нагревая его с серой и бурой, У. Волластон получил блестящие металлические шарики. Он назвал новый металл палладием (в честь открытого годом раньше астрономом В. Ольберсом астероида Паллады). Успех У. Волластона в значительной степени объясняется тем, что он правильно нашел осадитель палладия — цианид ртути, который не осаждает другие платиновые металлы.

Открытие палладия получило огласку довольно любопытным путем. Молодой ирландский химик Р. Ченевикс в 1804 г. дал объявление в «Журнале химического образования» о некоем «новом металле для продажи», который представлял собой сплав платины со ртутью. У. Волластон, естественно, не был согласен с этим мнением и выступил в защиту своего открытия со статьей «О новом металле, найденном в сырой платине». В ней он подчеркивал, что металл, предлагавшийся для продажи (намек на слова Ченевикса. — Авт.), названный палладием, содержится в платиновых рудах, хотя и в малых пропорциях.

Современники (и в их числе Л. Воклен) дали высокую оценку достижению У. Волластона, тем более что этот ученый вскоре открыл другой платиновый металл — родий. Первенство выделения палладия, вероятно, можно объяснить тем, что он является самым распространенным платиновым металлом. Кроме того, он встречается в природе в самородном состоянии. Это показали (на примере бразильских платиновых руд, которые до открытия уральской платины были единственным источником исследований) в 1809 г. У. Волластон, а в 1825 г. А. Гумбольдт.

РОДИЙ

Палладий послужил ключом к открытию родия, которое произошло на рубеже 1803–1804 гг., т. е. еще до того, как весть о палладии проникла в широкие круги.

Источником родия также была сырая платина, разумеется, из месторождений Южной Америки. Неизвестно только, был ли это тот же образец, в котором У. Волластон открыл палладий. Растворив порцию сырой платины в царской водке и нейтрализовав избыток кислоты щелочью, открыватель палладия сначала добавил соль аммония для осаждения платины в виде хлороплатината аммония. К оставшемуся раствору был добавлен цианид ртути (вот где пригодились навыки в выделении палладия), в осадке оказался цианид палладия. Очистив раствор от избытка ртутного цианида и выпарив раствор досуха, У. Волластон наблюдал красивый темно-красный осадок, который, по его мнению, был двойным хлоридом натрия и нового металла.

Эта соль легко разлагалась при нагревании в токе водорода, в результате чего (после удаления хлорида натрия) оставался металлический порошок. Ученый приготовил также новый металл в виде шариков. Родий получил свое название в связи с красным цветом первой полученной его соли (по-гречески родон означает «роза»).

Этот элемент, пожалуй, наименее распространен из всех платиновых металлов. Для него известен лишь один собственный минерал — родит, обнаруженный в золотоносных песках Бразилии и Колумбии. В то же время для других платиновых металлов известно по нескольку минералов.

ОСМИЙ И ИРИДИЙ

До сих пор еще не было в истории науки случая, чтобы в течение двух лет в одной стране, в Англии, были открыты сразу четыре новых элемента, причем сходных по свойствам. Одновременно с У. Волластоном изучением платиновых металлов занимался его соотечественник С. Теннант. Но если открытие палладия и родия принадлежит У. Волластону, то выделение осмия и иридия связано с именами и других ученых, хотя заслуга С. Теннанта является наибольшей.

На фоне других платиновых металлов осмий и иридий отличаются специфическими свойствами, благодаря которым они и получили свои названия. Первый — от греческого слова осмэ — «запах», поскольку оксид осмия обладает резким специфическим запахом и летуч. Второй обязан своим названием большому разнообразию окраски солей (ирис по-гречески означает «радуга»). Художник мог бы составить палитру из иридиевых красок, не будь они так дороги. Эти примечательные свойства и способствовали обнаружению очередных платиновых металлов.

Так же как и У. Волластон, С. Теннант растворял сырую платину в разбавленной царской водке. На дне реторты он обнаружил черный осадок с металлическим блеском. Это явление наблюдали раньше при экспериментах с платиной, но полагали, что осадок является графитом. С. Теннант же летом 1803 г. пришел к предположению, что осадок, скорее всего содержит новый металл. Осенью того же года французский химик А. Колле-Декоти также заключил, что осадок содержит металл, дающий красную окраску, осаждаясь из аммонийных платиновых солей. В свою очередь, Л. Воклен нагревал черный порошок со щелочью и получил летучий оксид. По мнению Л. Воклена, это был оксид металла, о котором говорил А. Декоти. Наблюдение С. Теннанта вызвало цепную реакцию исследований. Сам же английский химик упорно продолжал свои анализы и весной 1804 г. доложил Британскому королевскому обществу, что порошок содержит два новых металла, которые могут быть довольно легко отделены друг от друга. В 1805 г. была опубликована его статья «О двух металлах, найденных в черном порошке, образующемся после растворения платины». В статье впервые фигурировали названия «осмий» и «иридий».

Пресловутый черный порошок, по всей вероятности, представлял собой природный сплав осмия с иридием, или, короче, осмиридий. Иридий, как известно, устойчив по отношению к химическим воздействиям, в компактном виде не растворяется даже в царской водке. Осмий, напротив, легко в ней растворим, да и вообще он отличается наибольшей химической индивидуальностью среди платиновых металлов. Эти обстоятельства помогли сравнительно быстрому и легкому разделению иридия и осмия.

Английский химик и минералог В. Бранде в 1817 г. в лекции, посвященной открытию платиновых металлов, справедливо заметил, что если оценить всю химию с точки зрения точности современного анализа, то было бы нелегко найти более поразительную историю, чем история открытия и разделения платиновых металлов.

Но все ли они были открыты? Этот вопрос не раз ставили ученые. Шли годы, но они не приносили ничего нового, во всяком случае ничего достоверного. Лишь в 1844 г. был открыт последний из них — рутений, столь же распространенный в природе, как и платина. Самая тяжелая по атомной массе платина была открыта первой, самый легкий рутений — последним. Почему это так, остается загадкой. Решил случай. Ведь изучение платиновых металлов было исключительно трудным делом, требующим большого искусства и глубоких знаний химии.

РУТЕНИЙ

Рутению принадлежит честь быть первым химическим элементом, который был открыт русским ученым. Автором открытия является Карл Карлович Клаус. Открытие рутения было последним в семействе платиновых металлов, причем произошло оно через сорок лет после открытия иридия.

В 1828 г. профессор Дерптского (Тартуского) университета Г. В. Озанн исследовал остатки после растворения сырой уральской платины в царской водке и обнаружил, что они содержат три новых элемента: плуран, полин и рутений. Однако И. Берцелиус, которому Г. Озанн послал письмо о своих результатах, открытия не подтвердил. Здесь кроется немаловажная причина того, что следующие исследования этих платиновых остатков были начаты лишь в 1841 г. Авторитет И. Берцелиуса в то время был настолько велик, что не находилось в мире химиков, которые пытались бы с ним спорить.

Второй причиной столь позднего открытия рутения является большое его сходство со своими братьями по семейству. До К. К. Клауса изучением этого вопроса в России занимался польский ученый А. Снядецкий, который также сообщил об открытии им нового элемента, названного в честь астероида Веста. Но его открытие оказалось ошибочным.

К. К. Клаус начал свои исследования в 1840 г. В этом ему большую помощь оказал тогдашний министр финансов России Е. Ф. Канкрин, деловой и энергичный человек. К. К. Клаус получил 2 фунта остатков сырой платины и извлек из них, кроме 10% платины, немалое количество иридия, родия, осмия и палладия. Кроме того, К. К. Клаус выделил смесь различных металлов, в которой, по его мнению, должно было содержаться новое вещество.

Прежде всего К. К. Клаус повторил работы Г. Озанна. Затем он начал эксперимент по своему плану. Результаты оказались блестящими. В 1844 г. он опубликовал отчет на 188 страницах. Ученый сообщил научному миру следующие результаты: результат анализа остатков (имеются в виду остатки растворения платины в царской водке); новые методы разделения металлов платиновой группы; методы работы с бедными остатками; открытие нового металла — рутения; результаты анализа бедных остатков и простейшие методы разделения платиновых руд и остатков; новые свойства и соединения ранее известных металлов платиновой группы. Это была целая энциклопедия по химии платиновых металлов.

К. К. Клаус выделил 6 г нового элемента из его двойной соли с калием. Он послал сообщение об этом И. Берцелиусу, но тот опять отнесся скептически. Здесь проявилось все мужество К. К. Клауса, который пошел вопреки мнению маститого ученого. Русский ученый доказал правоту своего открытия, и в 1845 г. И. Берцелиус заявил о признании им нового элемента. В России же была создана комиссия в составе академиков Г. И. Гесса и Ю. Ф. Фрицше для проверки результатов работ К. К. Клауса. Комиссия также подтвердила открытие. За это открытие К. К. Клаусу была присуждена полная Демидовская премия — 1000 рублей.

Название элемента происходит от латинского названия России (Рутениа). К. К. Клаус дал такое название, движимый патриотическими чувствами и желая показать, что все работы в этой области были выполнены в России (Г. Озанн, А. Снядецкий, К. Клаус).

В общей сложности К. Клаус потратил 20 лет жизни на изучение платиновых металлов. Его можно по праву назвать родоначальником отечественной школы изучения платины и платиновых металлов.

ГАЛОГЕНЫ

С этими элементами люди по-настоящему познакомились в XIX в. Правда, открытия фтора и хлора относят к 70-м годам XVIII в. Но то, что хлор — химический элемент, поняли лишь около 40 лет спустя. Фтор же целое столетие прятался под маской своих соединений, прежде чем его удалось, наконец, выделить в свободном виде. Зато иод и бром сразу же предстали как простые вещества.

Как видно, их исторические судьбы различны. Но в науке, и особенно в химии, совокупность этих четырех элементов, названных в свое время (1811) галогенами, сыграла своеобразную роль.

Все они детище химико-аналитического метода исследования, хотя свободный фтор был приготовлен электрохимическим способом.

ФТОР

Академик А. Е. Ферсман назвал этот химический элемент всесъедающим. Действительно, мало веществ, как существующих в природе, так и искусственно приготовленных человеком, которые могли бы противостоять бесподобной химической агрессивности фтора. История его является прямой функцией этого свойства элемента. Если не принимать во внимание инертные газы, то фтор оказался последним неметаллом (по времени), выделенным в свободном виде. Уже после того как было признано, что должен существовать такой химический элемент, прошло 100 лет, прежде чем ученым удалось получить газообразный фтор. Более пятнадцати раз химики пытались достичь этого, и каждый раз их поджидала неудача. Несколько исследователей, пытавшихся получить свободный фтор, поплатились здоровьем и жизнью.

Между тем его широко распространенное природное соединение плавиковый шпат (CaF₂), или флюорит, было известно с давних времен. Первые упоминания о нем встречаются еще в манускриптах XVI в. — о безобидном минерале, которым располагал любой собиратель коллекций. По-новому пришлось взглянуть на флюорит, когда впервые удалось приготовить плавиковую кислоту. Кто именно получил ее первым, трудно установить. Зато известно, что в 1670 г. нюренбергский ремесленник Г. Шванхард наблюдал ее разъедающее действие на стекло. И Г. Шванхард, и его последователи полагали, что травление стекла происходит благодаря получению кремниевой кислоты, хотя оно разрушалось как раз под действием плавиковой кислоты.

Прошло столетие, прежде чем плавиковый шпат попал в руки К. Шееле. Он исследовал две разновидности флюорита — зеленую и белую. Размельченные образцы ученый нагревал с серной кислотой и обратил внимание на сильное помутнение внутренней поверхности стеклянной реторты; на дне реторты осела белая масса. К. Шееле предположил, что флюорит состоит из известковой земли, насыщенной особой кислотой. Добавив к этой кислоте известковой воды, он искусственно получил плавиковый шпат, подобный естественному минералу.

Дату выделения плавиковой кислоты (1771) и считают за дату открытия фтора, хотя едва ли это справедливо. Природа кислоты, полученной К. Шееле (на время она получила название шведской кислоты), оставалась неясной. Среди химиков по поводу открытия К. Шееле возникли разногласия. Но правота ученого с каждым годом вырисовывалась все отчетливее.

Плавиковая кислота перешла в разряд достоверных химических соединений, и стало укрепляться мнение, что в ней содержится новый химический элемент. Это мнение закрепил А. Лавуазье, который включил радикал плавиковой кислоты (radical fluorique) в качестве простого тела в «Таблицу простых тел». Но А. Лавуазье и сам заблуждался: ему казалось, что кислота содержит в своем составе кислород. Впрочем, подобное заблуждение было объяснимо. Тогда химики считали кислород обязательной составной частью кислот.

Чистота плавиковой кислоты, которую получали по способу К. Шееле, оставляла желать лучшего; кислота содержала много примесей. Только в 1809 г. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар, нагревая плавиковый шпат с серной кислотой в свинцовой реторте, приготовили относительно чистую плавиковую кислоту. При этом оба исследователя сильно отравились.

Спустя год в предыстории фтора происходит событие величайшей важности. Сразу двое ученых — англичанин Г. Дэви и француз А. Ампер — «изгоняют» кислород из состава плавиковой кислоты. Они убежденно заявляют, что кислота является соединением водорода с неизвестным элементом и подобна хлористоводородной кислоте НСl. Для Г. Дэви это был уже второй случай решительного вмешательства в судьбу галогенов (незадолго до этого он твердо установил элементарную природу хлора).

Понятно поэтому, что он одним из первых предпринял попытку получения свободного фтора. Кстати, такое название (вошедшее в русский язык) предложил для элемента А. Ампер, приняв за основу греческое слово фторос, означающее «разрушение, гибель». А. Ампер основывал свой выбор на сильной химической агрессивности плавиковой кислоты (никто еще не знал об истинной агрессивности свободного фтора!). Однако Г. Дэви был настроен более благодушно и отклонил предложение А. Ампера. Лучше, по Г. Дэви, было назвать элемент флюорином, чтобы подчеркнуть его аналогию с хлором (хлорином) (названия fluorine и chlorine до сих пор употребляются в английском языке).

Дав элементу название, Г. Дэви тем не менее не преуспел в попытках получить фтор в свободном состоянии. Два года (1813 и 1814) штурмует ученый неприступную крепость. Два метода применяет Г. Дэви. Конечно, идет в дело электрохимический метод, подаривший миру натрий, калий, кальций и магний, но электролиз плавиковой кислоты не дает результатов. Бесплодно и действие хлора на фториды. Во всяком случае, очевидно лишь одно — болезнь Г. Дэви, вызванная работой со фтористыми соединениями. Ученый вынужден прекратить исследования, ограничившись тем, что одним из первых произвел определение атомной массы фтора (19,06). Неудача опытов Г. Дэви и его болезнь, видимо, послужили предостережением для других ученых, и на протяжении почти 20 лет никто не ставил перед собой цель выделить свободный фтор. Только знаменитый М. Фарадей, ученик и ассистент Г. Дэви, сделавший для науки не меньше, чем его учитель, в 1834 г. (уже после смерти Г. Дэви) попытался разгадать загадку свободного фтора. Но даже электролиз сухих расплавленных фторидов не привел его к цели.

Цепочка неудач потянулась и дальше. В 1836 г. к работе приступают братья Г. и Р. Нокс из Ирландии. Пять лет повторяются один за другим опасные эксперименты, но без проблеска надежды. Братья получают серьезные отравления, и Р. Нокс вскоре умирает. В 1846 г. бельгиец П. Луйе повторяет драматический путь братьев Нокс. Его судьбу затем разделяет французский химик Д. Никле. Наконец, профессор Политехнической школы в Париже Э. Фреми в 1854–1856 гг. как будто добирается до свободного фтора. Ему удается электролитически разложить безводный расплавленный СаF₂. На катоде отлагается металлический кальций, а на аноде выделяется газ, который не может быть чем-либо иным, нежели фтором. Но мало наблюдать, как бегут один за другим быстрые газовые пузырьки, их нужно собрать. Но здесь Э. Фреми подстерегает неудача. И все же — как вы думаете? — не достоин ли Э. Фреми тоже считаться автором открытия фтора, во всяком случае в неменьшей степени, чем К. Шееле?

В 1869 г. английскому химику Г. Гору удалось получить немного свободного фтора, который, однако, тут же со взрывом прореагировал с водородом. Были еще исследователи — числом около десяти, — которые надеялись получить свободный фтор. История, конечно, сохранила их имена, но мы не будем их перечислять.

Наконец, настал момент, когда в судьбу фтора властно вмешался А. Муассан. Прежде всего он учел ошибки своих предшественников. Он ясно представлял себе, что попытки М. Фарадея, Э. Фреми и Г. Гора не привели к успеху лишь потому, что эти исследователи не сумели «обуздать» агрессивность фтора, который моментально вступал в соединения с материалом аппаратуры. А. Муассан видел ошибку и тех, кто пытался выделить фтор, действуя на фториды хлором. Ведь хлор должен был быть окислителем более слабым, нежели фтор.

Как же поступил А. Муассан-экспериментатор? Он применил U-образный сосуд. Сначала сосуд был сделан из платины, но затем ученый пришел к выводу, что гораздо удобнее сосуд из меди (на образующийся фторид меди не действуют ни фтор, ни фтороводород). Тем самым слой фторида меди предохранял сосуд от разрушения. А. Муассан заполнил сосуд безводной плавиковой кислотой, добавив к ней немного кислого фторида калия, чтобы раствор проводил электрический ток. Сосуд был погружен в охладительную смесь при температуре около -25°C. Платиновые электроды были вставлены в специальные пробки, изготовленные из CaF₂. Электролиз приводил к тому, что на катоде выделялся водород, а на аноде — фтор, который накапливался в специальных медных трубках.

Первый успешный эксперимент А. Муассан провел 26 июня 1886 г. Он наблюдал пламя, образующееся при реакции фтора с кремнием. А. Муассан послал в Парижскую Академию наук довольно скромное сообщение. В нем он писал, что возможны различные гипотезы о природе выделяющегося газа. Самая простая из них состоит в том, что фтор действительно выделяется. Но возможно образуется перфторид водорода или даже смесь HF и озона. Эта смесь достаточно активна, чтобы объяснить то энергичное действие, которое газ оказывает на кристаллическую кремнекислоту.

Поскольку А. Муассан еще не был членом Академии, его сообщение зачитал А. Дебре, и была назначена специальная комиссия в составе А. Дебре, уже известного нам Э. Фреми и старейшины французских химиков М. Бертло. В первый день проверки А. Муассан не сумел приготовить свободный фтор. Но на следующий день он торжествовал: комиссия убедилась в успехе А. Муассана. Так в биографии фтора появилась еще одна дата, едва ли не самая важная, — дата его выделения в свободном виде (1886). В жидком виде А. Муассан получил фтор в 1887 г.

ХЛОР

В далекие времена людям были известны такие соединения хлора, как поваренная соль NaCl и нашатырь NH₄Cl. Потом наступила очередь знакомства с соляной кислотой НС1, и она находила самые разнообразные применения. В руках исследователей находились многочисленные соединения хлора. И нет никаких сомнений, что в ходе манипуляций с этими веществами не раз был получен свободный хлор. Среди тех, кому удалось его наблюдать, были такие выдающиеся ученые, как И. Глаубер (он приготовил широко известную глауберову соль), И. Ван-Гельмонт и Р. Бойль. Но едва ли кто из этих естествоиспытателей, даже если бы и обратил внимание на странный желто-зеленый газ, сумел бы понять его природу.

Пребывал в заблуждении и шведский химик К. Шееле. Он получил хлор тем же самым способом, который описан в школьном учебнике, действуя соляной кислотой на оксид марганца (К. Шееле брал размельченный пиролюзит, природную MnO₂). Было бы неправильным сказать, что ученый наткнулся на этот химический процесс случайно. К. Шееле знал, что при действии НСl на пиролюзит должен получиться воспламеняемый (или горючий) воздух (будущий водород), как это всегда бывало, когда кислоты действовали на металлы (см. с. 37). Газ действительно выделялся, но он даже отдаленно ничем не напоминал воспламеняемый воздух. У него был очень неприятный запах, не радующий глаз желто-зеленый цвет. Он разъедал пробки, обесцвечивал цветы и листья растений. Новый газ оказался активнейшим химическим реагентом. Он действовал на многие металлы, в смеси с аммиаком образовывал густой дым (хлорид аммония NH₄Cl). В воде газ растворялся слабо. К. Шееле не произнес слов «новый химический элемент», хотя и держал его в руках, а логика рассуждений приводила к выводу об элементарности газа. Шведский химик был активным сторонником теории флогистона. Он считал, что открытый им газ является соляной кислотой, потерявшей флогистон. Поэтому он назвал его дефлогистированной соляной кислотой или дефлогистированной муриевой кислотой (НСl называли муриевой кислотой, от латинского слова maria, означающего «рассол, соленая вода»). В то время К. Шееле разделял мнение Г. Кавендиша и других ученых, что воспламеняемый воздух (водород) есть флогистон. Отсюда следовало, что новый газ должен быть простым телом (соляная кислота минус флогистон). Но такого, казалось бы, очевидного вывода К. Шееле не сделал. Датой открытия нового газа считается 1774 г. Но прошло довольно много времени, прежде чем было окончательно понято, что же он из себя представляет.

А. Лавуазье ниспроверг флогистонные представления. Понятно, что само название «дефлогистированная муриевая кислота» вызвало у него активный протест. С точки зрения А. Лавуазье, кислота К. Шееле являлась соединением муриевой (соляной) кислоты с кислородом. В окисленную муриевую кислоту — вот во что превратился у А. Лавуазье будущий химический элемент хлор. Ведь, по мнению французского химика, все кислоты должны содержать кислород, находящийся в соединении с каким-либо элементом. Его А. Лавуазье именует мурием и помещает в «Таблицу простых тел» (муриевый радикал — radical muriatique).

Получился парадокс: пытаясь правильно истолковать природу газа, открытого К. Шееле, А. Лавуазье лишь усложнил представления о нем. Но, пожалуй, это было то звено в истории открытия хлора, которое неизбежно должно было появиться в соответствии с новыми теоретическими идеями. Кое-кто из химиков пытался получить свободный мурий. Легко понять, что попытки эти были беспредметны. Но сущность нового газа отсюда не стала яснее.

В 1807 г. его загадку решил разгадать Г. Дэви. Он подвергнул пресловутую муриевую кислоту самым различным воздействиям. Г. Дэви пытался разложить ее с помощью электролиза, но никакого разложения не происходило. Как он ни изощрялся в своих манипуляциях с оксимуриевой кислотой, ему никак не удавалось получить воду или выделить кислород. Словом, кислота вела себя так, как будто это простое вещество. Тем более, когда она действовала на металлы или их оксиды, образовывались типичные соли. Ничего другого не оставалось Г. Дэви, как признать оксимуриевую кислоту состоящей из одного единственного простого вещества — признать элементарную природу газа, открытого 30 с лишним лет назад К. Шееле. Г. Дэви и сказал об этом 19 ноября 1810 г. на заседании Британского королевского общества.

Г. Дэви предложил для элемента название «хлорин» от греческого слова хлорос, означающего «желто-зеленый». Двумя годами позже, в 1812 г., французский химик Ж. Гей-Люссак предложил изменить название на хлор (что стало общепринятым, за исключением англоязычных стран).

Ж. Гей-Люссак в содружестве с Л. Тенаром почти одновременно с Г. Дэви стал изучать оксимуриевую кислоту с целью понять ее природу. Ученые сначала пытались твердо доказать содержание в ней кислорода. Они пропускали ее над углем через нагретую докрасна фарфоровую трубку. Если бы в газе К. Шееле содержался кислород, он непременно поглотился бы углем. Но что входило в трубку, то и выходило из нее. Газ по составу нисколько не менялся. Это наблюдение, однако, не поколебало мнения ученых, твердых сторонников А. Лавуазье о составе оксимуриевой кислоты.

Тем не менее эксперименты Г. Дэви произвели на современников слишком сильное впечатление, и ученые стали соглашаться с тем, что мурий есть хлор. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар уже в 1813 г. солидаризировались с Г. Дэви. Пожалуй, лишь И. Берцелиус довольно продолжительное время продолжал сомневаться в элементарной природе хлора, но и он в конце концов должен был признать истину. Окончательное подтверждение элементарности хлора стало фактом уже после открытия и изучения свойств иода и брома.

В 1811 г. немецкий химик И. Швейгер, основываясь на способности хлора легко соединяться со щелочными металлами с образованием солей, предложил для него название «галоген» (от греческих слов, означающих «соль» и «рождаю», т. е. «солерод, солеобразователь»). Это название для хлора не привилось, зато позднее стало групповым наименованием для целой совокупности сходных элементов: фтора, хлора, брома и иода. В жидком виде хлор был впервые получен в 1823 г. М. Фарадеем.

ИОД

Это второй галоген, который был выделен в свободном виде. И по внешнему виду, и по некоторым химическим свойствам он оказался необычным. Будь он единственным галогеном, над его природой химикам, вероятно, пришлось бы задуматься. Но уже был известен элементарный хлор, и это позволило быстро понять сущность иода.

Предприниматель Б. Куртуа из французского города Дижона занимался, в частности, производством поташа и селитры. Исходным продуктом служил пепел от сжигания морских водорослей. При действии воды на пепел образовывался маточный раствор из морских водорослей. По современным данным, этот пепел содержит хлориды, бромиды, иодиды, карбонаты и сульфаты некоторых щелочных и щелочноземельных металлов. В те времена, когда работал Б. Куртуа, было известно, что в пепле имеются только соединения калия и натрия (хлориды, карбонаты и сульфаты). При выпаривании сначала осаждался хлорид натрия, а затем хлорид и сульфат калия. Остававшийся маточный раствор был раствором сложной смеси различных солей, в том числе содержащих серу.

Чтобы разрушить сернистые соединения, Б. Куртуа добавлял к раствору серную кислоту. Однажды случилось так, что он добавил ее в большем количестве, чем требовалось. Вот тут-то и произошла неожиданность. Вдруг появились удивительные по красоте клубы фиолетовых паров, и впечатление от них умалялось лишь их неприятным, до слез раздражающим запахом. Далее следовало еще более удивительное: попадая на поверхность холодных предметов, пары не конденсировались, образуя тяжелые капли фиолетовой жидкости. Нет, пары сразу осаждались в виде темных кристаллов, отливающих металлическим блеском. Много других любопытных и необычных свойств у нового вещества обнаружил Б. Куртуа. У него были все основания объявить об открытии нового химического элемента. Но, по всей видимости, не было в этом достаточной уверенности, а лаборатория исследователя была слишком бедной и плохо оборудованной для проведения дальнейших работ. Поэтому он обратился к своим друзьям (Ш. Дезорму и Н. Клеману) с просьбой продолжить его исследования в их лаборатории. Кроме того, он просил объявить о его открытии в каком-нибудь научном журнале.

Этим обстоятельством объясняется, почему сообщение об «Открытии нового вещества господином Куртуа в соли из щелока» появилось в журнале «Annales de chimie et de physique» за подписями А. Клемана и Ш. Дезорма только в 1813 г., спустя два года после действительного обнаружения элемента. Чтобы другие химики могли изучать новое вещество, Б. Куртуа подарил его (правда, очень небольшое количество) фармацевтической фирме в Дижоне. Н. Клеман сам приготовил некоторое количество иода, изучил его свойства и, вероятно, первым высказал мысль, что иод похож на хлор. Доказательство элементарной природы иода независимо друг от друга дали в 1813 г. Ж. Гей-Люссак и Г. Дэви. Французский химик предложил название «иод» для нового элемента (от греческого слова иодес, означающего «цвет фиалки»), английский ученый — «иодин». В русском языке привилось первое название.

Иод является редким примером химического элемента, свойства которого были изучены с весьма удовлетворительной полнотой за короткое время после его открытия. В этом особая роль принадлежит Ж. Гей-Люссаку. Он даже написал практически первую в истории науки монографию, посвященную конкретному элементу.

Однако потомки не забыли заслуги Б. Куртуа. Одна из улиц Дижона названа его именем — честь, которой удостоились очень немногие первооткрыватели химических элементов.

БРОМ

Этот во многом необычный элемент был открыт последним из галогенов, существующих в природе (если, конечно, относить открытие фтора к работам К. Шееле в 1771 г.).

В один из осенних дней 1825 г. в лаборатории профессора медицины и химии Гейдельбергского университета Л. Гмелина произошло следующее. Студент К. Левиг принес своему учителю толстостенную склянку с красно-бурой жидкостью, обладавшей неприятным запахом. К. Левиг рассказал, что на своей родине в городе Крейцнахе он изучал состав воды из минерального источника. При действии газообразного хлора на маточный раствор последний приобрел красную окраску. Вещество, которое вызывало окраску, К. Левиг извлек с помощью эфира. Оно оказалось красно-бурой жидкостью. Собственно говоря, это и был будущий бром.

Л. Гмелин проявил живейший интерес к работе К. Левига и посоветовал студенту приготовить побольше нового вещества, чтобы детально изучить его свойства. Это был разумный совет, если учесть неопытность К. Левига как экспериментатора. Конечно, для работы требовалось время, и как раз оно-то и сыграло против гейдельбергского студента.

Пока он усердно приготавливал новые порции красно-бурой жидкости с раздражающим запахом, в журнале «Annales de chimie et de physique» появилась большая статья, которая называлась так: «Мемуар о специфическом веществе, содержащемся в морской воде». Она была подписана неким А. Баларом. Как выяснилось, он был препаратором в фармацевтической школе французского города Монпелье. Свойства его специфического вещества оказались в точности такими же, которые наблюдал К. Левиг у своей красно-бурой жидкости. А. Балар писал о том, что еще в 1824 г. он начал изучать растительность на соляных болотах, подвергая болотные травы действию различных химикалий с целью извлечь полезные вещества. В итоге он приготовил маточный раствор, который под действием некоторых реагентов, и в первую очередь, хлора, приобретал коричневатую окраску. Затем А. Балар исследовал щелочной раствор, полученный после обработки золы морских водорослей. Стоило подействовать на него хлорной водой и крахмалом, как в растворе появлялись два слоя жидкости. Нижний слой был окрашен в синий цвет, в то время как верхний имел красновато-коричневый оттенок. А. Балар решил, что в нижнем слое содержится иод, который дает с крахмалом характерный синий цвет. А что же такое верхний слой? Сначала А. Балар предположил, что в нем содержится соединение хлора с иодом. Он попытался извлечь это соединение, но тщетно. Только тогда препаратор из Монпелье рискнул подумать, что красновато-коричневое окрашивание вызывается новым, еще неизвестным химическим элементом. Приняв эту идею в качестве рабочей гипотезы, А. Балар выделил красно-бурую жидкость, ту же самую, что несколькими месяцами ранее — безвестный в то время студент (потом он стал академиком и профессором Сорбонны) К. Левиг.

Прозаическое название получил в устах А. Балара новый элемент — мурид, от латинского слова muria, означающего «рассол». И столь же прозаически оценивал он природу элемента, считая его единственным жидким неметаллом при комнатной температуре, подобно металлической ртути, пребывающей в жидком состоянии при тех же условиях.

Конечно, мемуар А. Балара не прошел незамеченным, но его коллеги и друзья посоветовали ему послать отчет в Парижскую Академию наук. А. Балар так и сделал, и 30 ноября 1825 г. он отослал туда сообщение под названием «Мемуар об особом веществе, содержащемся в морской воде». Самое главное, что содержалось в данном сообщении, — мысль об аналогии мурида с хлором и иодом. Академия получила послание А. Балара. Но она уже привыкла не верить на слово. И потому была создана специальная комиссия по проверке того, что же все-таки сделал А. Балар. В состав комиссии вошли Ж. Гей-Люссак, Л. Тенар и Л. Воклен. Они подтвердили все то, что делал А. Балар. И лишь были не согласны с названием нового элемента. Комиссия дала название «бром» (от греческого слова бромос, означающего «зловонный»).

Подтверждение последовало 14 августа 1826 г.: открытие брома — очень важное приобретение для химии.

Пожалуй, лишь один ученый встретил известие об открытии А. Баларом нового элемента с раздражением. Это был Ю. Либих. Несколькими годами ранее одна германская фирма прислала ему бутыль с жидкостью, попросив установить ее состав. Ю. Либих, не проводя серьезного исследования, довольно поспешно заключил, что содержимое бутыли является соединением иода с хлором. Когда же он услышал об открытии А. Балара, то, анализируя остатки жидкости в случайно сохранившейся бутыли, легко обнаружил там бром. Это огорчило немецкого химика. Современники рассказывали, что в сердцах он выразился следующим образом: «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара».

ЗНАЧЕНИЕ ГАЛОГЕНОВ ДЛЯ РАЗВИТИЯ ХИМИИ

Когда определение величин атомных масс (весов) достигло определенной точности, то элементы удалось расположить в естественный ряд по возрастанию атомных весов. Это было одним из необходимых условий, позволивших подметить особенности изменения химических свойств элементов при переходе от легких к тяжелым; здесь заключалась одна из предпосылок открытия периодического закона. Другая состояла в том, что сложилось понятие о естественных группах, объединяющих химически сходные элементы. Триада хлор–бром–иод была одной из первых среди таких групп. Ее детально рассмотрел немецкий химик И. Дёберейнер, которого относят к числу предшественников Д. И. Менделеева. На примере этой триады была установлена любопытная закономерность: атомный вес среднего элемента равен полусумме атомных весов крайних. Она оправдалась и для других триад (естественных групп) элементов. Здесь тоже «кирпичик» в фундамент будущего закона периодичности, и этим, в частности, хлор, бром и иод исполнили свои партии на сцене истории химии.

Неоценимо значение этих элементов в формировании правильных представлений о составе и свойствах кислот. Хлор сначала способствовал точке зрения, что все кислоты содержат кислород. И он же оказался первым элементом, для которого были получены оба вида кислот — и кислородные, и бескислородные (хлороводородная) кислоты. На примерах сравнительного изучения кислородных кислот галогенов ученые развивали и совершенствовали представления о силе кислот и степени их диссоциации. Важные результаты давало сопоставление свойств галогеноводородных кислот. Влияние хлора, брома и иода на теоретическую химию не ограничивается только лишь перечисленным.

То же мы видим в химии экспериментальной. Галогенопроизводные углеводородов являются важнейшими промежуточными продуктами для получения многих органических соединений. Это обстоятельство решительным образом способствовало стремительному прогрессу органического синтеза еще в XIX в. Метод хлорирования широко применяют и для извлечения различных ценных металлов из минералов и руд. А через иодиды получают некоторые металлы исключительно высокой степени чистоты. В совершенно самостоятельную научную дисциплину оформилась в настоящее время химия фтора.

БОР

Еще в средние века люди были знакомы с одним из соединений бора — бурой, которую широко использовали на практике. Об этом есть много письменных свидетельств. Но, возможно, буру знали гораздо раньше, есть сведения, что в первом тысячелетии нашей эры пользовались ею для пайки металлов. Но что представляет из себя природная бура, долгое время оставалось неясным. За бурой пришла очередь борной кислоты. Ее впервые приготовил голландский врач В. Гомберг в 1702 г., нагревая буру с серной кислотой. Она получила название «успокоительная соль Гомберга» вследствие применения в медицине. В 1747 г. французский химик Т. Барон первым пытался установить состав буры. Он нашел, что это давно известное вещество содержит соль Гомберга и соду, — все совершенно верно, если мы вспомним, что бура есть натриевая соль борной кислоты (Na₂B₄O₇).

В предыстории бора далее следует упомянуть шведского химика Т. Бергмана. Тот заявил, что соль Гомберга, скорее всего, не соль, а вещество, более напоминающее кислоту. По сути он и ввел название борная кислота. Термин «борный радикал» содержался в составленной А. Лавуазье «Таблице простых тел». Под ним подразумевался оксид бора. Но понадобилось двадцать лет, чтобы состоялось открытие нового химического элемента — бора.

У открытия оказалось несколько авторов: с одной стороны, французы Л. Тенар и Ж. Гей-Люссак, с другой — англичанин Г. Дэви. Они дали новому элементу названия соответственно «бор» и «бораций» (от слова бура). Метод получения в обоих случаях был один и тот же: восстановление борной кислоты металлическим калием. Это был уникальный случай, когда новый химический элемент был независимо открыт разными исследователями на протяжении десяти дней. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар выступили с заявлением о своем открытии 21 июня 1808 г., тогда как Г. Дэви объявил об открытии бора 30 июня. Очевидно, что приоритет французских химиков в данном случае носит эфемерный характер, тем более что именно предшествующее открытие Г. Дэви (получение элементарного калия) дало ключ к выделению свободного бора.

КАДМИЙ

В 1817 г. Ф. Штромейер, приват-доцент кафедры химии медицинского факультета Геттингенского университета и главный инспектор аптек в Ганновере, обнаружил, что при прокаливании карбоната цинка, продаваемого в аптеках, образуется желтое вещество, хотя никаких примесей железа и свинца в этом препарате обнаружено не было.

Этот примечательный факт не мог не заинтересовать Ф. Штромейера, и он решил посетить фармацевтическую фирму в Зальцгиттере. Там он обнаружил то же явление. Оно навело ученого на мысль исследовать оксид цинка более тщательно. К своему удивлению, Штромейер нашел, что окраска, которую приобретал оксид цинка, объяснялась присутствием странного металлического оксида, присутствие которого прежде не наблюдалось. Ф. Штромейер сумел добиться успеха в отделении этого оксида от оксида цинка и восстановлении до металлического состояния.

Его метод получения металла заключался в следующем. Он растворял загрязненный оксид цинка в серной кислоте и через раствор пропускал сероводород; смесь сульфидов после фильтрования и промывания растворял в концентрированной соляной кислоте и выпаривал раствор досуха, удаляя присутствовавшую кислоту. Растворив остаток в воде, Ф. Штромейер добавлял большое количество карбоната аммония. Так как карбонат нового металла не растворялся в присутствии карбоната аммония, Ф. Штромейер отфильтровывал осадок, промывал его и переводил в оксид, а затем восстанавливал его до металла углем при нагревании. В результате реакции получился голубовато-серый металл. Но так как Ф. Штромейер располагал всего 3 г этого металла, у него не было возможности провести более или менее тщательное исследование свойств нового элемента. Только в 1818 г. он смог с большим успехом провести исследования нового металла.

Название металлу Ф. Штромейер дал по способу его получения — в результате прокаливания Cadmia furnacum (кадмиа — греческое название природного ZnCO₃). Независимо от Ф. Штромейера, но несколько позже кадмий был открыт В. Майсснером и К. Керстеном в Германии (1818). Приоритет Ф. Штромейера оспаривал также немецкий врач К. Ролов, который, вообще-то говоря, был первым, кто обратил внимание на странное поведение при нагревании продажного оксида цинка. К. Керстен предлагал назвать новый металл мелинумом из-за желтого цвета его сульфида. Также предлагалось называть металл клапротием (в честь М. Клапрота) или юнонием (по названию астероида), но ни одно из этих названий не привилось.

ЛИТИЙ

Судьба самого легкого металла внешне небогата событиями. Он был третьим по счету щелочным металлом, обнаруженным в природе. На Земле его гораздо меньше, чем натрия и калия, его минералы редки, и потому с ним люди познакомились сравнительно поздно.

В самом начале XVIII в. видный бразильский ученый и государственный деятель И. Андрада э Сильва совершил путешествие по Скандинавии. Будучи страстным минералогом, он рассчитывал пополнить свою коллекцию новыми образцами. Ему повезло — коллекция пополнилась двумя минералами, которым И. Андрада э Сильва дал названия «петалит» и «сподумен». Он нашел их на острове Ута, принадлежавшем Швеции. Сподумен вскоре был обнаружен в других местах, а в существовании петалита минералоги сомневались, и лишь в 1817 г. его удалось обнаружить на Ута вторично.

Поэтому объектом внимания химиков-аналитиков первоначально стал сподумен. Его исследовал М. Клапрот и не обнаружил в нем ничего, кроме глинозема и кремнезема. Словом, сподумен был типичнейший алюмосиликат. Правда, суммарная масса выделенных компонентов на 9,5% отличалась от массы исходного образца, и М. Клапрот не сумел объяснить причину столь внушительной потери. Между тем его соотечественник И. Непомук фон Фукс случайно обнаружил, что щепотка сподумена окрашивает пламя горелки в красный цвет. Объяснить причину этого ученый не пытался, и, по-видимому, напрасно, ибо, прояви он интерес, новый элемент в сподумене мог бы быть открыт раньше.

Повторное обнаружение петалита привлекло теперь интерес к этому минералу. Л. Воклен, помимо глинозема и кремнезема, обнаружил в нем содержание щелочи, но ошибочно отождествил ее с поташом. В. Хизингер получил любопытные и настораживающие результаты, но объяснить их не успел, так как те же самые сведения уже были добыты и опубликованы шведским химиком И. Арфведсоном. Ему-то и принадлежит открытие лития. Вот как описал это событие И. Берцелиус в письме к знаменитому французскому химику К. Бертолле, датированном 9 февраля 1818 г. Новая щелочь, писал И. Берцелиус, была открыта И. Арфведсоном, очень искусным молодым химиком, который уже год работал в его лаборатории. И. Арфведсон нашел эту щелочь в горной породе, ранее открытой И. Андрада на шахте Ута и названной им петалитом. Порода состояла примерно из 80% оксида кремния, 17% алюминия и 3% новой щелочи. Для выделения щелочи использовали обычный метод нагревания размельченной породы с карбонатом бария и выделения из нее всех земель.

Анализируя петалит, И. Арфведсон с самого начала обнаружил потери вещества примерно в 4%. Но (и как некогда М. Клапрот) шведский химик стал искать причины, отметая одно предположение за другим, пока не добрался до истины. Истиной оказалась «огнепостоянная щелочь» ранее неизвестной природы. То, что эту щелочь образует новый щелочной металл, не вызывало сомнений. И. Арфведсон обратился к своему учителю с просьбой помочь ему выбрать название для открытого элемента. Мы дали этой щелочи, писал И. Берцелиус К. Бертолле, название «литион» (от греческого слова литиос, означающего «камень». — Авт.), чтобы напомнить, что она была открыта в минеральном царстве, тогда как две другие щелочи (натрий и калий. — Авт.) были обнаружены в растительном царстве.

Сообщение об открытии лития в петалите И. Арфведсон опубликовал в печати в 1819 г. Но еще в апреле 1818 г. ученый обнаружил новый щелочной металл и в других природных источниках. Удалось разгадать загадку сподумена, оставленную М. Клапротом. В этом минерале, как выяснилось, содержится около 8% лития. Наконец, еще один минерал, уже давно известный лепидолит включал в свой состав до 4% самого легкого щелочного металла.

Немецкий химик К. Гмелин наблюдал, как соли лития окрашивают пламя горелки в великолепный густой красный цвет, — наблюдал к досаде упоминавшегося И. фон Фукса.

Выделить чистый металлический литий (но в очень небольшом количестве) оказалось под силу лишь Г. Дэви, это событие произошло в конце 1818 г. В больших количествах литий стали получать в конце 1850-х годов после того, как немецкие химики Р. Бунзен и А. Матиссен изобрели промышленный способ электролиза хлорида лития.

СЕЛЕН

Селен относится к тем элементам, которые попадались исследователям задолго до своего открытия, но не могли быть открыты, так как были замаскированы присутствием других, сходных с ними элементов. Так и селен проскальзывал незаметно на фоне серы и теллура. И только в 1817 г. селен удалось обнаружить. Это сделали два шведских химика — знаменитый И. Берцелиус и его ассистент Г. Ган. Они обследовали сернокислотное производство на заводе в Грипсхольме. 23 сентября они обнаружили в серной кислоте местного изготовления небольшое количество теллура. Дальнейшие события И. Берцелиус излагал примерно так. Он исследовал в содружестве с Готлибом Ганом метод, применявшийся для производства серной кислоты в Грипсхольме. В серной кислоте был обнаружен осадок частично красный, частично светло-коричневый. При нагревании в пламени паяльной трубки осадок испускал слабый редечный запах и превращался в королек со свинцовым блеском. Согласно М. Клапроту, такой запах служит указанием на присутствие теллура. Ган заметил при этом, что на руднике в Фалуне, где добывается пирит, необходимый для приготовления кислоты, также ощущается подобный запах, указывающий на присутствие теллура. Любопытство, подкрепляемое надеждой обнаружить в коричневом осадке этот редкий металл, заставило И. Берцелиуса исследовать осадок. Он не мог, однако, обнаружить в осадке теллур. Тогда он собрал все, что образовалось при получении серной кислоты путем сжигания серы из Фалуна за несколько месяцев и подверг полученный в большом количестве осадок обстоятельному исследованию. И. Берцелиус решил, что осадок содержит до сих пор неизвестный металл, очень похожий по свойствам на теллур. В соответствии с этой аналогией новый элемент был назван селеном от греческого слова селенус, означающего «луна», так как теллур назван по имени нашей планеты. И. Берцелиус исследовал многие свойства селена и в 1818 г. в журнале «Annales de chimie et de physique» опубликовал статью под названием «Исследование нового минерального тела, найденного в сере, добываемой в Фалуне».

КРЕМНИЙ

После кислорода кремний — самый распространенный элемент на Земле, на его долю приходится 28% от массы земной коры. Кремний фактически составляет основу земной «тверди». Однако такое повсеместное присутствие кремния отнюдь не способствовало его более раннему, чем это имело место в действительности, открытию. Причина заключается в трудности восстановления кремния из его оксида.

Вообще говоря, есть все основания считать кремний элементом древности. Его соединения люди знали и пользовались ими еще с незапамятных времен — достаточно назвать кремневые орудия первобытного человека. Мы считаем углерод элементом древности, но что из того, что он издревле был известен в свободном состоянии: ведь то, что он является химическим элементом, стало ясно не ранее чем лет двести назад. Наконец, стекло — это тоже в конечном счете производное кремния. Но раз уж так было когда-то принято в истории науки, будем считать датой открытия кремния его получение в виде простого вещества.

В конце XVIII и начале XIX в. многие ученые полагали, что кремнезем, или кремниевая земля, содержит неизвестный химический элемент, и пытались извлечь его в свободном состоянии. Одним из первых оказался Г. Дэви. Он пытался разложить кремнезем электрическим током, позволившим уже изолировать ряд щелочных металлов, но безуспешно. Столь же тщетной оказалась попытка ученого получить свободный кремний пропусканием паров металлического калия над нагретым докрасна оксидом кремния. В 1811 г. за дело взялись Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар. Они наблюдали бурную реакцию между тетрафторидом кремния и металлическим калием — реакцию, продуктом которой было красновато-коричневое вещество. Но природу этого продукта они так и не сумели выяснить, хотя, по всей вероятности, получили загрязненный аморфный кремний.

Окончательно удача пришла лишь к И. Берцелиусу в 1823 г. Шведский химик сначала нагревал до высокой температуры измельченную смесь оксида кремния, железа и угля, получив в итоге сплав кремния и железа — ферросилиций, что ему и удалось доказать. Для выделения свободного кремния И. Берцелиус повторил эксперименты Л. Тенара и Ж. Гей-Люссака. Он также получил коричневую массу. При действии на нее водой выделялись пузырьки водорода, а свободный аморфный кремний получался в виде темно-коричневого нерастворимого порошка, который содержал еще примесь кремнефтористого калия. Эта примесь с трудом была удалена И. Берцелиусом путем продолжительного промывания осадка.

^{И. Берцелиус}

Более удачным и прямо ведущим к цели оказался другой метод, предложенный И. Берцелиусом, — прокаливание фторосиликата калия с избытком калия. Спекшаяся масса разлагалась водой, и в итоге получался чистый свободный аморфный кремний. И. Берцелиус доказал, что при накаливании кремний переходит в кремнезем. Это и дает основание считать его первооткрывателем кремния. Кристаллический кремний получил в 1854 г. А. Сент-Клер Девилль в ходе выделения металлического алюминия (см. с. 89). Название элемента происходит от латинских слов лапис креманс (кремень). Латинское название silicium ведет начало от силекс — «твердый камень».

АЛЮМИНИЙ

Алюминий — это пример химического элемента, по отношению к которому история поступила несправедливо. Наиболее распространенный на Земле металл, занимающий третье место после кислорода и кремния, содержащийся практически повсюду в земной коре (по крайней мере, в составе двух с половиной сотен минералов), алюминий как самостоятельный химический элемент был открыт только в 1825 г. Но все-таки в столь позднем открытии алюминия повинна скорее закономерность, нежели случайность. Эта закономерность связана со специфическими свойствами оксида металла, который представляет собой чрезвычайно прочное соединение. Выделить из оксида металлический алюминий не такое уж простое дело даже в наше время. В прошлом веке это была очень сложная задача. Такие восстановители, как уголь и водород, оказывались не в состоянии выделить металл из оксида. Только щелочные металлы, и прежде всего калий, позволили сокрушить неприступную крепость. Это пример взаимосвязи в истории открытия химических элементов, когда открытие одних создавало предпосылки для открытия других. Впервые алюминий удалось получить в свободном состоянии с помощью калия.

С различными соединениями алюминия люди были знакомы еще в далекие времена. Глина и кирпич — это не что иное, как обычные алюмосиликаты. Глинозем (оксид алюминия) был соединением, которое всегда сопутствовало человеку. Но многие века понадобились, чтобы доказать присутствие в нем нового металла. В таких драгоценных камнях, известных с незапамятных времен, как рубин и гранат, сапфир и бирюза, алюминий содержится в качестве одной из главных составных частей. С давних времен были известны квасцы. По-латыни их называли алюмен — слово, содержащее в себе корень будущего названия «алюминий». Однако состав квасцов долгое время оставался неопределенным, их нередко путали с другими соединениями.

В эту проблему попытался внести ясность немецкий химик А. Маргграф (1754). Добавив к раствору квасцов чистую щелочь, он получил белый плотный осадок, которому дал название квасцовой, или алюминиевой, земли (алюмина). Потом А. Маргграф увидел, что если добавить к алюмине серную кислоту, то вновь образуются квасцы. Тем самым был установлен их состав. И наконец, А. Маргграфу удалось продемонстрировать присутствие алюминиевой земли в глинах. Если бы последующая история по-иному оценила вклад немецкого химика в познание природы будущего алюминия, то, возможно, этот ученый считался бы автором открытия данного элемента. Но история предпочла ждать, пока алюминий не будет выделен в свободном состоянии. Только спустя 30 лет после работ А. Маргграфа выясняется окончательно, что алюмина представляет собой оксид неизвестного элемента. Это предположение было сделано А. Лавуазье, который поместил алюминиевую землю в свою «Таблицу простых тел». Попытка выделить элемент в свободном состоянии пока, однако, не предпринималась.

Впервые решить эту задачу попытались Г. Дэви и И. Берцелиус. Они хотели разложить алюмину на составляющие с помощью электрического тока. Успеха достигнуто не было, а практическую значимость получило лишь предложение Г. Дэви (1807) назвать искомый элемент «алюминиум» (алюминий). Это название со временем сделалось международным, хотя, например, в России долго применяли слово «глиний».

Получить алюминий в металлическом состоянии впервые удалось в 1825 г. датскому ученому Г. Эрстеду, который вошел в историю скорее как физик, нежели химик. Именно он открыл возникновение магнитного поля при прохождении электрического тока, но и в деле приготовления алюминия он зарекомендовал себя искусным химиком. Раскалив докрасна смесь глинозема с углем, Г. Эрстед пропустил через нее струю хлора; результатом было получение безводного хлорида алюминия. Это новое вещество ученый нагревал затем с амальгамой калия. Так впервые была приготовлена амальгама алюминия. Стоило Г. Эрстеду отогнать ртуть, как он обнаружил металлические комочки, внешне похожие на олово. Конечно, в полученном образце содержались примеси, но это уже было рождение металлического алюминия. Соответствующая публикация об открытии была напечатана в малоизвестном датском журнале и не могла поэтому произвести должного впечатления на ученый мир. Многие химики так и не получили своевременной информации о достижении Г. Эрстеда. Как следствие, некоторые историки науки не считают его первооткрывателем алюминия, отдавая эту честь Ф. Вёлеру.

Второе открытие алюминия произошло двумя годами позже, в 1827 г. Несомненно, что как химик-экспериментатор Ф. Вёлер превосходил Г. Эрстеда, и потому осуществленный им процесс выделения металлического алюминия отличается большой продуманностью. Сначала Ф. Вёлер не сумел получить металл согласно рецепту датского коллеги. В конце концов, пользуясь советами Г. Эрстеда, немецкий ученый приготовил немного безводного хлорида алюминия, но решил для этого процесса разработать собственную методику: 1) получить гидроксид алюминия; 2) приготовить густую пасту из гидроксида, угля и растительного масла; 3) прокалить пасту и получить смесь алюминия с угольным порошком; 4) пропуская через смесь сухой хлор, получить чистый безводный АlСl₃. Сложность этого способа искупалась чистотой полученного продукта. Разлагая его калием, ученый подобрал такие условия, чтобы получавшийся металл был возможно более чистым. Ф. Вёлер оказался первым химиком, описавшим важнейшие свойства металлического алюминия, а в 1845 г. получил металл в слитке.

Но Ф. Вёлер так же, как и его предшественник, не сумел получить чистый алюминий. Решающее слово сказал французский химик А. Сент-Клер Девилль. Он в 1854 г. приготовил образцы чистого металла, используя для восстановления хлорида не калий, а натрий. И одновременно с Р. Бунзеном осуществил процесс электролиза расплавленного двойного хлорида алюминия и натрия. Так алюминий был впервые приготовлен электрохимическим путем. А. Сент-Клер Девилль был также пионером промышленного получения алюминия.

Не так легко поверить, что этот серебристый металл всего сто лет назад был чрезвычайно дорог и его называли даже серебром из глины. Изделия из алюминия ценились отнюдь не дешевле золотых. Только разработка способа получения дешевой электроэнергии и нахождение богатых запасов алюминиевых руд сделали алюминий металлом повседневности.

ТОРИЙ

Этому химическому элементу И. Берцелиус (автор открытия) дал грозное имя «торий» (в честь Тора — древнескандинавского бога-громовержца). Однако знаменитый шведский химик поспешил, так как никакого тория, никакого нового элемента он в 1815 г. не нашел. В тот год И. Берцелиус анализировал редкий минерал из Фалунских рудников, в котором обнаружил, как ему представлялось, оксид нового, еще неизвестного элемента. Этого И. Берцелиусу показалось достаточным, чтобы удлинить список существующих элементов еще на одно наименование. Никто из современников не позволил себе выразить даже тени сомнения (в те годы И. Берцелиусу верили безоговорочно). Засомневался, однако, сам автор открытия, и, как выяснилось, не зря: через 10 лет торий пришлось «закрыть», поскольку оксид оказался фосфатом иттрия — элемента, давно уже известного. В 1825 г. былое торжество превратилось в ничто.

Годом позже Ф. Вёлер упомянул об открытии нового элемента в норвежском редком минерале, теперь известном под названием «пирохлор». Для Ф. Вёлера это наблюдение осталось мимолетным, и, как потом выяснилось, напрасно.

Тем временем Г. Эсмарк нашел на острове Левен (близ берегов Норвегии) тяжелый черный минерал. Образец этого минерала ученый послал И. Берцелиусу, который провел тщательный химический анализ. В 1828 г. он сообщил о выделении из минерала силиката нового элемента. Тут-то и пригодилось старое название «торий». Минерал же, послуживший источником тория-2, получил от И. Берцелиуса название «торит».

Когда И. Берцелиус изучал важнейшие свойства тория, то Ф. Вёлер обратил внимание на то, что они похожи на свойства элемента, который он легкомысленно оставил без внимания в 1826 г. Но Ф. Вёлеру суждено было испытать еще горшее разочарование. Через 6 лет знаменитый немецкий ученый и путешественник А. Гумбольдт подарил ему образец пирохлора из Сибири. В нем Ф. Вёлер нашел торий, как в свое время в норвежском пирохлоре. Торий сыграл с Ф. Вёлером злую шутку.

И. Берцелиус тщетно пытался выделить металлический торий. Долгие годы элемент был известен лишь в виде оксида. Металл удалось получить в 70-х годах прошлого века. Так торий стал вторым радиоактивным элементом (после урана), открытым, однако, вне всякой связи с явлением радиоактивности обычным химико-аналитическим методом.

ВАНАДИЙ

…На далеком севере жила в старые времена богиня Ванадис, прекрасная и миловидная. Однажды кто-то постучал в ее дверь. Богиня продолжала уютно восседать в кресле и думала: пускай постучат еще. Но более никто не постучал, а тот, кто стучал, удалялся прочь. Богине стало любопытно: кто же оказался равнодушным? Она открыла окно и увидела того, кто уходил. «Увы, — сказала она себе, — это не кто иной, как старина Вёлер. Конечно, он вполне заслуживает внимания. Если бы он проявил немного больше интереса, он бы получил его».

Спустя несколько дней опять кто-то постучал в дверь, но на сей раз стук был более продолжительным. Богиня, наконец, сама отворила дверь. Вошел Сефстрем, и этот союз породил ванадий. Таково имя нового металла…

В такой аллегорической форме И. Берцелиус в письме к Ф. Вёлеру от 28 января 1831 г. рассказал историю открытия ванадия. История эта оказалась довольно необычной, и не последнюю роль в ней сыграла характерная отличительная способность элемента: его способность образовывать соли, окрашенные в самые различные цвета.

В Мексике, близ селения Цимапан, были найдены залежи свинцовой руды, и в 1801 г. образец ее попал в руки профессора минералогии из Мехико А. Дель Рио. Исследователь, будучи неплохим аналитиком, изучил образец и пришел к выводу, что в нем содержится новый металл, похожий на хром и уран. Затем А. Дель Рио получил несколько соединений металла — каждое было окрашено по-своему. Поразившись этому обстоятельству, ученый предложил для нового элемента название «панхромий» (от греческого слова, означающего «окрашенный в разные цвета»), но вскоре изменил его на другое — «эритроний» (соответствующее греческое слово значит «окрашенный в красный цвет»). Причиной послужило то, что многие соли нового элемента приобретали при нагревании красную окраску. Имя А. Дель Рио было малоизвестно европейским химикам, и, услышав о его результатах, они отнеслись к ним с сомнением. Да и сам мексиканский минералог потерял уверенность. Изучая эритроний далее, он фактически «закрыл» свое открытие, заявив, что этот элемент просто-напросто хромат свинца. И в Европу был отправлен текст новой статьи А. Дель Рио, озаглавленной «Открытие хрома в свинцовой руде из Цимапана». Ее образец проанализировал в 1809 г. А. Колле-Декоти из Парижа и подтвердил ошибочное мнение мексиканского профессора. Ошибочное потому, что ведь А. Дель Рио действительно открыл ванадий. Трудно установить причины его неуверенности в достигнутых результатах. В 1832 г., после вторичного обнаружения ванадия, А. Дель Рио писал в учебнике по минералогии, что наблюдавшийся им некогда металл был вовсе не хромом, а ванадием. Но честь открытия ванадия принадлежит не А. Дель Рио, а шведскому химику Н. Сефстрему.

Это он выделил в 1830 г. из железной руды, добытой в руднике Таберг, небольшое количество нового элемента. Но тем самым Н. Сефстрем доставил немалое огорчение Ф. Вёлеру. Незадолго до того, как открытие нового элемента было предано гласности, Ф. Вёлер изучал ту самую свинцовую руду из Цимапана, в которой 30 лет назад А. Дель Рио обнаружил эритроний. Ф. Вёлер, как сообщил он в письме Ю. Либиху, 2 января 1831 г. уже нашел в этой руде кое-что новое. Однако, работая с парами фтороводорода, Ф. Вёлер отравился и на несколько месяцев прекратил всякую деятельность. Можно представить себе его досаду, когда он узнал об открытии Н. Сефстрема. И. Берцелиус утешал своего коллегу и друга. Он писал, что химик, открывший способ искусственного получения органического вещества (Ф. Вёлер синтезировал мочевину. — Авт.), вполне может отказаться от притязаний на приоритет открытия нового элемента, поскольку можно открыть десять неизвестных элементов при такой же затрате ума. И. Берцелиус и Н. Сефстрем дали новому элементу название «ванадий» (в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис). На русском языке название «ванадий» было введено в употребление Г. И. Гессом. Ф. Вёлер между тем довел до конца свое исследование мексиканской руды и окончательно доказал, что в ней содержится именно ванадий, а не хром, как полагал А. Дель Рио. Впоследствии этот минерал получил название «ванадинит» и был обнаружен в разных частях Земли. И. Берцелиус и Н. Сефстрем продолжили изучение ванадия, причем они пришли к выводу об аналогии ванадия с хромом. Они же безуспешно пытались приготовить элемент в металлическом состоянии. Одно время казалось, что они принимали за металл либо оксид ванадия, либо его нитрид. Завершающий этап в открытии ванадия связан главным образом с деятельностью английского химика Г. Роско. В 60-х годах он детально изучил химию ванадия и показал, что этот элемент не является аналогом хрома и урана. Напротив, считал он, ванадий, с одной стороны, подобен ниобию и танталу, а с другой — во многом похож на элементы группы фосфора. В 1869 г. Г. Роско сумел приготовить металлический ванадий. Работы этого ученого высоко ценил Д. И. Менделеев, считая, что они сыграли важную роль в подготовке открытия закона периодичности.

ГЛАВА V.