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

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.