Валентин Рич - Виток спирали

• Название: Виток спирали
• Автор: Валентин Рич
• Издательство: Детская литература
• Жанр: Химия
• Год: 1974

Рассказы о химических элементах, об истории их открытия и свойствах, о создании периодической системы.

На страницах этой книги вы встретитесь с великими мыслителями древности, знаменитыми мудрецами средневековья, пытливыми естествоиспытателями XVII и XVIII веков, основоположниками современной науки. Демокрит и Аристотель, Роджер Бэкон и Джабир ибн-Хайян, Бойль и Ломоносов, Лавуазье и Дальтон, Менделеев и Рамзай, Мария Кюри и Резерфорду Бор и Ферми, Петржак, Флеров, Сегре и многие другие ученые на ваших глазах будут разгадывать труднейшие загадки природы. И вы сможете приобщиться к самому высокому виду приключений — к приключениям человеческой мысли, постигающей мир.

Для среднего и старшего возраста.

---

Ну, хотя бы торий. По таблице атомных весов Берцелиуса ему присвоен атомный вес такой же, как у олова. Но недавно обнаружилось, что хлористый торий летуч, как хлористый цирконий. И вовсе не похож на хлористый магний — вполне прочную на воздухе соль вроде поваренной.

А ведь считалось, что ториевая земля подобна магнезии. Исходя из этого и был установлен атомный вес тория. Его тоже надо бы удвоить. И тогда торий перейдет в конец таблицы и встанет далее свинца, перед ураном.

И с индием, и с церием тоже все станет ясно, если согласиться с тем, что оба они сходны с бором и алюминием. Тогда атомный вес индия будет не 75, а 113, а церия — не 92, а 138, и разместить их в таблице будет довольно просто.

Менделеев был настолько уверен в открытом им законе, что не стал дожидаться проверки предсказаний и внес новые атомные веса в таблицу элементов.

В последующем он усовершенствовал ее. Сдвоил ряды и больших периодах (начиная с калия) и все периоды расположил не по вертикали, как ранее, а по горизонтали. Такая таблица была гораздо удобнее и понятнее, чем первоначальная. Менделеев назвал ее "Естественной системой элементов".

Прошло всего несколько месяце", и Менделеев получил известие о том, что Бунзен опытным путем заново определил атомный вес индия. Он оказался равным 113!

ЭКАБОР, ЭКААЛЮМИНИЙ, ЭКАСИЛИЦИЙ

Для Менделеева этого известия было вполне достаточно. Теперь он не просто верил, а точно знал, что его "Естественная система элементов" по праву носит свое название, ибо такова природа вещей.

Но согласно с ним мыслили в ту пору лишь несколько человек. А огромное большинство людей, в том числе химиков, и не подозревали о свершившемся перевороте. Должно было произойти какое-то очень заметное событие, чтобы люди изменили привычные взгляды на мир веществ, чтобы увидели, какой могучий новый "инструмент" есть уже в науке и чтобы начали им пользоваться.

Ну, что такое исправление атомного веса? Сколько человек заметят такое происшествие?

А вот открытие нового элемента — это событие. Об этом пишут все газеты.

И такое событие — из неожиданного и случайного — он, Менделеев, может сделать теперь ожидаемым и закономерным.

Среди пустот, среди пропастей "Естественной системы элементов" более других поражало отсутствие двух элементов, сходных с бором и алюминием. Первый из них, более легкий, Менделеев назвал экабором, а второй, более тяжелый, — экаалюминием. "Эка" — по-санскритски (древнеиндийски) означает "один". Так что получалось что-то вроде: "еще один бор" и "еще один алюминий".

Но "Естественная система элементов" позволяла не только предсказать место, на которое после открытия можно будет поставить в таблицу новые элементы. И не только дать им названия, указывающие на их родственные связи с другими элементами. Она позволяла довольно точно предсказать множество свойств этих новых элементов.

Скажем, экабор.

Разумеется, Менделеев начал с атомного веса. Он проставил его еще в самой первой таблице, в "Опыте системы элементов". Почему именно 45? Да потому, что в очереди атомных весов экабор стоит между кальцием с атомным весом 40 и титаном с атомным весом 50. А 40 + 50, деленные на 2, как раз и дадут 45. По "Закону триад" Деберейнера.

В том, что это будет металл, больших сомнений быть не могло: уже бор обнаруживал некоторые металлические свойства, алюминий, стоящий к экабору ближе, чем бор, был настоящим металлом. Да и соседи справа и слева — кальций и титан — тоже были металлами.

Что еще можно сказать об этом неведомом экаборе? Легкий это металл или тяжелый? Удельный вес кальция — полтора. Удельный вес титана — четыре с половиной. Экабор стоит между ними, значит — три. Немного потяжелей алюминия.

А что можно сказать про окись экабора? Как и глинозем, она будет состоять из двух атомов металла и трех атомов кислорода. Будет нелетучей, неплавкой, нерастворимой в воде — все кругом нелетучи, неплавки, нерастворимы.

И сам экабор будет нелетуч, так что спектроскопом ето не ухватишь.

А вот другой не открытый пока элемент этого семейства — экаалюминий, скорее всего, будет летуч. Ведь расположенные под ним индий и таллий были открыты методом спектрального анализа.

Этот металл, с атомным весом, близким к 68, будет, конечно, еще более тяжелым, чем экабор, по всей вероятности, вдвое тяжелее его.

А как он будет плавиться? Поглядим… Медь, цинк, экаалюминий… Медь плавится при тысяче ста градусах, цинк — при четырехстах двадцати… Если дело пойдет так и дальше, то экаалюминий будет плавиться при температуре еще по крайней мере в три раза меньшей, чем цинк. Это окажется один из самых легкоплавких металлов!

Третий из явно пропущенных элементов — экасилиций. Сосед кремния, олова и мышьяка, он должен был настолько же походить на них, насколько сам мышьяк походил на фосфор, сурьму и селен.

Плавкий, тяжелый металл. В сильном жару способный улетучиваться и окисляться. Почти не действующий на кислоты, то есть не вытесняющий из них водорода. Во многих соединениях он будет похож на расположенные неподалеку титан и цирконий, и потому, возможно, именно в их минералах его и следовало бы поискать.

Менделеев предсказал еще существование экацезия и двицезия, эканиобия, экатантала и экайода, двителлура, экамарганца и тримарганца.

Со времени открытия Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения и до открытия Иоганном Галле планеты Нептун прошло полтора столетия. Менделееву повезло больше. Через пять лет после выхода в свет первых выпусков "Основ химии" с изложением периодического закона Лекок де Буабодран открыл предсказанный Менделеевым экаалюминий. А через десять дет швед Ларе Нильсон открыл предсказанный экабор. А через пятнадцать лет немец Клеменс Винклер открыл предсказанный экакремний.

К этому времени атомные веса всех известных элементов были исправлены так, что эти элементы спокойно могли занимать полагающиеся им в согласии с их химическими свойствами места в периодической таблице. Кроме теллура, атомный вес которого превышал атомный вес йода. Хотя в соответствии с их принадлежностью к семействам, теллур в таблице обязан был стоять раньше йода. Подобно тому, как кислород стоял раньше фтора, сера раньше хлора, а селен раньше брома.

И еще — кроме кобальта. Правда, прежде считалось, что атомные веса у кобальта и никеля совершенно одинаковы — 59, а в конце концов один из них оказался чуть-чуть тяжелее. Но, к сожалению, тяжелей оказался не никель, а стоящий перед ним кобальт.

А в 1894 году к этим двум элементам, не желавшим подчиняться общей дисциплине, присоединился третий.

Глава шестая, в которой Рамзай нарушает периодический закон открытием нового элемента, а потом, используя этот закон, отыскивает целое новое семейство

ЭЛЕМЕНТАРЕН ЛИ АЗОТ?

О необычайной скромности Генри Кавендиша уже упоминалось. Когда через столетие после смерти ученого заглянули в его архив, то обнаружили там открытия, которые затем были сделаны заново другими исследователями. Например, закон Кулона — о том, что сила взаимодействия двух зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, — был открыт Кавендишем на двенадцать лет раньше Кулона.

Кое-что выяснилось и о другом ранее неизвестном открытии Кавендиша. После того как Даниел Резерфорд, израсходовав весь кислород на горение угля и осадив углекислый газ, обнаружил, что в сосуде остался азот, Кавендиш решил проверить, однороден ли этот оставшийся газ.

Проверял Кавендиш так. Он взял электростатическую машину, с помощью которой можно было получать электрические искры — других источников электричества еще не было, — и стал пропускать искры через воздух, обогащенный кислородом.

В том же сосуде Кавендиш поместил чашку с раствором едкого натра, чтобы поглощать образующиеся окислы азота.

Дело подвигалось крайне медленно, поскольку искры были слабенькие. Три недели подряд крутил упорный лорд рукоятку машины, пока оставшийся в сосуде газ не перестал соединяться с кислородом.

Инертный остаток составлял примерно сто двадцатую часть первоначального объема газов.

Это было в 1784 году.

Через сто десять лет после этого опыта на тот же остаток наткнулись два соотечественника Генри Кавендиша — директор Кавендишской лаборатории Кембриджского университета лорд Релей и профессор Лондонского университета Уильям Рамзай.

Началось с того, что лорд Релей, измеряя плотность самых обыкновенных газов — кислорода, водорода, азота, — столкнулся с непонятным явлением. У азота оказались две разные плотности. Они отличались очень немного, но отличались безусловно. Все дело было в том, откуда брался азот. Если из воздуха, то плотность у него была чуть побольше. А если на какого-нибудь соединения — аммиака, или селитры, или азотной кислоты, — то чуть поменьше.