Как были открыты химические элементы: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

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).

[6] Цит. по кн.: Фигуровский Н. А. Открытие элементов и происхождение их названий. М., 1970, с. 132–133.