Как были открыты химические элементы

Водород является удивительным элементом в том смысле, что его изотопы различаются по ряду физических и химических свойств. В свое время подобное различие давало кое-кому из ученых повод рассматривать изотопы водорода в качестве самостоятельных элементов и искать для них специальных мест в периодической системе. Поэтому история открытия изотопов водорода представляет особый интерес, являясь как бы своеобразным продолжением истории открытия элемента.

Обнаружить изотопы водорода ученые безуспешно пытались в 20-х годах нашего столетия, и постепенно сложилось мнение, что водород изотопов не имеет. В 1931 г. было сделано предположение, что все же в водороде присутствует тяжелый изотоп с массовым числом 2. Так как он должен был превосходить своего легкого собрата по массе в два раза, то ученые попытались выделить тяжелый водород физическими методами. В 1932 г. американцы Г. Юри, Ф. Брикведде и Г. Мэрфи проводили испарение жидкого водорода и в остатке спектроскопическим методом нашли искомый тяжелый изотоп. В атмосфере же он был обнаружен только в 1941 г. Название «дейтерий» происходит от греческого слова дейтерос, означающего «другой, второй». Следующий изотоп с массовым числом 3 — тритий (от греческого слова тритос — «третий») — является радиоактивным и был открыт в 1934 г. в Англии М. Олифантом, П. Гартеком и Э. Резерфордом. За основным изотопом водорода закрепилось название «протий». Это единственный случай, когда изотопы одного и того же элемента имеют различные названия и символы (Н, D и Т). На долю протия приходится 99,99%, остальное — дейтерий; трития же ничтожные следы.

АЗОТ

Хотя связанный воздух (углекислый газ) и горючий воздух (водород) впоследствии были обнаружены в составе земной атмосферы, их открытия фактически не были связаны с исследованиями атмосферного воздуха. Последний же продолжали рассматривать как «классический» воздух, и пока никому не приходило в голову, что он является смесью газов. Но именно его исследование позволило пневматической химии достичь наибольших успехов.

Изучение атмосферы подарило человечеству азот. Хотя его открытие связывается с именем определенного ученого и с конкретной датой, следовало бы заметить, что такая простота и ясность обманчивы. Четко выделить линию истории обнаружения азота из общего потока работ по пневматической химии нелегко; можно представить лишь более или менее логическую последовательность событий.

С соединениями азота люди были знакомы с давних времен, например с селитрой и азотной кислотой, и много раз наблюдали выделение бурых паров диоксида азота. Очевидно, не было возможности открыть азот путем разложения его неорганических соединений. Не имея вкуса, цвета и запаха, будучи химически малоактивным, он остался бы незамеченным.

И потому вопрос о том, с чего начать описание истории открытия азота, кажется нам нелегким, а решение его может быть субъективным. Можно начать с 1767 г., когда Г. Кавендиш и одновременно с ним другой, не менее выдающийся английский физик, химик и философ Дж. Пристли стали изучать, как действуют электрические разряды на различные газы. Таких газов в то время было немного: обычный воздух, связанный воздух, горючий воздух. Эти эксперименты не дали определенных результатов, хотя позже было показано, что в процессе электрического разряда во влажном воздухе образуется азотная кислота. Данный факт впоследствии сослужил добрую службу при выяснении газового состава земной атмосферы.

В 1777 г. в частном письме к Дж. Пристли Г. Кавендиш сообщил, что ему удалось получить новую разновидность воздуха, названного удушливым или мефитическим. Г. Кавендиш пропускал обычный воздух над раскаленным углем, повторяя этот процесс многократно. В итоге получался связанный воздух, который поглощался щелочью. Остаток же обычного воздуха и представлял собой мефитический. Г. Кавендиш не стал его исследовать детально, а сообщил Дж. Пристли лишь факт своего наблюдения. К изучению мефического воздуха Г. Кавендиш вернулся позже, многого здесь достиг, но авторство открытия принадлежало уже другому человеку.

Когда послание Г. Кавендиша попало к Дж. Пристли, тот занимался важными экспериментами и невнимательно отнесся к сообщенному ему факту. Дж. Пристли сжигал в определенном объеме воздуха разные горючие тела и прокаливал металлы; при этом образовавшийся связанный воздух удалялся с помощью известковой воды. Самое главное, что заметил Дж. Пристли, состояло в заметном уменьшении объема воздуха. Современный читатель подскажет: в результате обжига металлов или сгорания тел связывался присутствовавший в объеме кислород и оставался азот. Но Дж. Пристли понятия еще не имел о существовании такого газа, как кислород (хотя спустя два года стал одним из авторов его открытия), и для объяснения своего наблюдения обратился к флогистону. Дж. Пристли считал, что результат обжига металлов заключается исключительно в действии флогистона. Оставшийся воздух насыщен флогистоном, и, следовательно, его можно назвать флогистированным, он не поддерживает дыхания и горения.

Таким образом, Пристли держал в руках будущий азот. Но этот первостепенной важности результат рассматривался им как имеющий второстепенное значение. Он видел в существовании флогистированного воздуха доказательство роли флогистона в природных процессах. Это лишнее свидетельство того, насколько ложная концепция флогистона тормозила отыскание истины в деле открытия элементарных газов.

Ни Кавендиш, ни Пристли не сумели, таким образом, понять истинную природу нового газа. Это удалось сделать позже, когда на авансцене химической науки появился кислород. Но ведь и английский врач, ученик Дж. Блэка, Д. Резерфорд, который считается автором открытия азота, по сути дела не совершил ничего принципиально нового по сравнению со своими именитыми коллегами. В сентябре 1772 г. Резерфорд опубликовал магистерскую диссертацию: «О так называемом фиксируемом и мефитическом воздухе», в которой дал описание свойств будущего азота. Этот газ, по Резерфорду, не поглощался известковой водой и щелочью и был непригоден для дыхания. Исследователь назвал его испорченным воздухом.

Не будучи еще открыт по-настоящему и понят как газообразный химический элемент, в 70-х годах XVIII в. азот уже фигурировал под тремя названиями, внося дополнительную путаницу и в без того запутанные химические воззрения, пропитанные стойким «флюидом» флогистона. Флогистированному, мефитическому, испорченному воздуху еще предстояло обрести окончательное имя.

Это имя было предложено в 1787 г. А. Лавуазье и другими французскими учеными, разработавшими принципы новой химической номенклатуры. Его авторы производили слово «азот» от греческой отрицательной приставки а и слова зое, означающего «жизнь». Безжизненный, не поддерживающий дыхания и горения — в этом качестве видели химики основное свойство азота. Потом оказалось, что все это не так, что азот жизненно необходим растительным организмам. Но название «азот» сохранилось. Символ элемента N происходит от латинского названия нитрогениум, означающего «селитрообразующий».

Детальное изучение свойств азота принадлежит Г. Кавендишу. Ученый одним из первых твердо убедился, что флогистированный воздух является составной частью обычного воздуха. В ходе своих экспериментов Г. Кавендиш однажды усомнился в однородности флогистированного воздуха. Он пропускал электрическую искру через смесь последнего с кислородом, превращая эту смесь в оксиды азота, удалявшиеся из сферы реакции. Но при этом всегда небольшая доля флогистированного воздуха (азота) оставалась неизменной, не вступала во взаимодействие с кислородом. Это была маленькая доля, чуть заметный пузырек газа — всего 1/₁₂₅ часть взятого азота. Наблюдение это датировано 1785-м годом. В чем здесь дело, Г. Кавендиш так и не выяснил. Разгадка пришла сто с лишним лет спустя. О ней вы узнаете в главе IX, посвященной инертным газам.

КИСЛОРОД

Смело можно сказать, что ни один химический элемент не сыграл столь же выдающейся роли в становлении химии, как кислород. Этот поистине животворный воздух в конце XVIII в. позволил химии шагнуть так далеко, как ей еще ни разу не удавалось в предшествующие времена. И прежде всего кислород ниспроверг оказавшуюся весьма живучей концепцию флогистона. При всей ошибочности этой концепции нельзя отрицать ее несомненное историческое значение. Все же до поры до времени она позволяла как-то систематизировать существовавшие химические представления, оценивать различные процессы, протекающие в природе и в лабораториях, с единой (пусть и неправильной) точки зрения. А это придавало исследованиям определенную целенаправленность. Водород и азот были порождениями флогистонных представлений, но изучение этих видов воздуха позволяло постепенно накапливать новые факты, которые требовали объяснения уже с иных позиций. Образно говоря, химия испытывала необходимость взглянуть на себя другими глазами. Такую возможность и дал ей кислород.

…Вопреки теории флогистона, уже давно и не раз высказывались смутные догадки о том, что при сжигании горючих тел и обжиге металлов эти вещества присоединяют к себе некую «субстанцию», содержащуюся в воздухе. Р. Бойль в 1673 г. сделал вывод: при обжиге свинца и сурьмы их вес увеличивается благодаря присоединению к ним мельчайших частиц огненной материи, содержащейся в пламени. «Славного Роберта Бойля мнение ложно», — сказал 80 лет спустя М. В. Ломоносов. Великий русский ученый прямо заявил, что в процессе горения участвует воздух — частицы из воздуха смешиваются с обжигаемым телом и увеличивают его массу.

В эпоху, когда пневматическая химия завоевывала одну позицию за другой, французский химик П. Байен написал работу (1774), в которой рассуждал о причинах увеличения массы металлов при обжиге. Он считал, что при прокаливании к металлу присоединяется особый вид воздуха — упругий флюид, более тяжелый, чем обычный воздух. Этот флюид П. Байен получал разложением ртутных соединений при нагревании. Напротив, действуя на металлическую ртуть, флюид превращал ее в вещество красного цвета.

На констатации указанных фактов П. Байен, к сожалению, остановился. Однако вскоре вы убедитесь, что фактически ученый имел дело с кислородом. Обратите внимание на два момента: дату 1774 г. и вещество, фигурировавшее в исследованиях Байена, — красный оксид ртути. В том же году с тем же соединением экспериментировал Дж. Пристли. Незадолго до этого он обнаружил, что в присутствии зеленых растений фиксируемый воздух, не поддерживающий дыхания, как бы снова становится обычным воздухом, пригодным для дыхания животных. Это был факт огромной ценности не только для химии, но и для биологии. Дж. Пристли впервые доказал выделение растениями кислорода.

В начале 70-х годов XVIII в. уже был известен так называемый селитряный газ, выделявшийся при действии разбавленной азотной кислоты на железные стружки (с современной точки зрения это оксид азота). Оказалось, что селитряный газ можно превратить (действуя им на влажные железные опилки) в иную разновидность воздуха, поддерживающую горение, но не поддерживающую дыхание. Так, Дж. Пристли открыл другой оксид азота N₂O, назвав его, по логике флогистонной теории, дефлогистированным селитряным газом. В непрестанных трудах встретил Дж. Пристли день 1 августа 1774 г., которому суждено было стать замечательной датой в истории химии.

Дж. Пристли поместил в замкнутый сосуд красный оксид ртути и направил на него солнечные лучи, сфокусированные большой линзой. Вещество стало разлагаться с выделением газа и образованием блестящей металлической ртути (спустя годы этот газ обретет имя «кислород» и окажется третьим элементарным газом). В отличие от азота кислород не был первоначально выделен из атмосферы. Новая разновидность воздуха была извлечена из твердого химического соединения. Газ Пристли оказался пригодным для дыхания. Свеча, помещенная в атмосферу этого газа, горела куда более ярко, чем в обычном воздухе. При смешивании его с воздухом ничего не наблюдалось, но при смешивании газа Пристли с селитряным газом возникали бурые пары (что в современной трактовке означает образование NO₂ из NO). Впрочем, такая же картина наблюдалась и при соприкосновении селитряного газа с обычным воздухом, хотя и не столь отчетливо. Дж. Пристли оставалось лишь произнести фразу: «Новый газ является составной частью воздуха». Однако он явно был не готов произнести ее, а назвал новый вид воздуха дефлогистированным. Вряд ли что другое можно было ожидать от приверженца флогистонной теории.

После сделанного открытия — важный штрих в истории кислорода — Дж. Пристли отправился в Париж, где рассказал о своих опытах А. Лавуазье и некоторым другим французским ученым. А. Лавуазье сразу оценил все значение наблюдений своего английского коллеги, оценил гораздо правильнее и яснее. Дж. Пристли же (и здесь опять выявляется живучесть флогистона!) рассуждал о дефлогистированном воздухе, наслаивая заблуждение на заблуждение. Он не мог понять всего величия сделанного им открытия. Дж. Пристли считал дефлогистированный воздух сложным веществом. Лишь в 1786 г. под влиянием воззрений А. Лавуазье он стал рассматривать дефлогистированный воздух в качестве газообразного элементарного тела.

Итак, П. Байен и Дж. Пристли — вот два естествоиспытателя, кому удалось обнаружить кислород. К этим именам необходимо добавить третье имя — выдающегося шведского химика К. Шееле. Оно стало широко известным ученому миру в 1777 г., когда К. Шееле опубликовал книгу «Химический трактат о воздухе и огне». Книга была написана в 1775 г., и лишь по вине издателя публикация ее задержалась на два года. Это досадное обстоятельство лишило К. Шееле права именоваться первооткрывателем кислорода, хотя он описал его еще в 1772 г., причем полнее и четче, чем это сделали П. Байен и Дж. Пристли. Свой кислород (огненный воздух) К. Шееле получал разными путями, разлагая неорганические соединения. Перегоняя селитру с серной кислотой, он выделил бурые пары. При высокой температуре они обесцвечивались. Эти обесцвеченные пары К. Шееле собрал и признал новым газом — огненным воздухом, в котором, как у Дж. Пристли, свеча горела гораздо ярче, нежели в обычном воздухе. К. Шееле предполагал, что огненный воздух — составная часть обычного. Смешав его с мефитическим воздухом, или испорченным воздухом Резерфорда, К. Шееле получил смесь, ничем от обычного воздуха не отличающуюся. Ученый фактически понял, что атмосферный воздух есть смесь будущих азота и кислорода. Впрочем, этот момент представляется очевидным лишь с высот более поздних знаний. К. Шееле же увела в сторону его приверженность к концепции флогистона. Сжигая горючий воздух (водород) в сосуде с воздухом, шведский химик не обнаружил никаких продуктов взаимодействия горючего воздуха с огненным. Вывод отсюда следовал такой, что в результате взаимодействия образуется теплота. Соединяясь с флогистоном, думал К. Шееле, огненный воздух дает теплоту (теплота, по Шееле, носила материальный характер), а ее «разложение» ведет к выделению огненного воздуха — кислород рождается пламенем.

К. Шееле

К. Шееле открыл огненный воздух, ничего не зная об опытах Дж. Пристли, и 30 сентября 1774 г. написал об этом А. Лавуазье. Остается лишь сожалеть, что результаты работ К. Шееле были опубликованы с запозданием. Появись они раньше, вероятно, процесс познания природы элементарных газов, процесс мучительный и противоречивый, мог бы заметно ускориться.

Их подлинное познание стало возможным благодаря деятельности одного из наиболее выдающихся химиков всех времен — А. Лавуазье. Период времени, в течение которого существовала флогистонная теория, позволил накопить огромный фактический материал, который способствовал свершению революции в химии. Здесь главная заслуга принадлежит А. Лавуазье и — в его руках — кислороду, правильно понятому. Как писал Ф. Энгельс: «…Лавуазье смог открыть в полученном Пристли кислороде реальный антипод фантастического флогистона и тем самым ниспровергнуть всю флогистонную теорию. Но это отнюдь не означало устранения опытных результатов флогистики. Наоборот, они продолжали существовать; только их формулировка была перевернута, переведена с языка флогистонной теории на современный химический язык, и постольку они сохранили свое значение»[4].

Путь А. Лавуазье к кислороду был гораздо более четким и определенным, чем у его современников. Правда, так же как и они, французский ученый поначалу апеллировал к флогистонной теории, но, чем больше накапливал он новых фактов, тем решительнее склонялся к ее отрицанию. Еще 1 ноября 1772 г. он закончил описание своих опытов по сжиганию различных веществ в воздухе. Масса всех тел, в том числе и металлов, делал вывод А. Лавуазье, увеличивается при горении и прокаливании.

Поскольку для всех этих процессов необходимо большое количество воздуха, А. Лавуазье сделал и другой вывод. Воздух является смесью газов с различными свойствами. Определенная часть его поддерживает горение и связывается с горящим веществом. Сначала А. Лавуазье предполагал, что этот вид воздуха подобен связанному воздуху Дж. Блэка, но вскоре убедился в своей ошибке. В феврале 1774 г. французский ученый обнаружил, что воздух, взаимодействующий с веществом при горении, оказывается наиболее пригодным для дыхания. Тем самым А. Лавуазье лицом к лицу столкнулся с будущим кислородом, но, рассчитывая провести дополнительные опыты, не решился заявить об открытии нового газа.

В октябре 1774 г. Дж. Пристли сообщил А. Лавуазье о своем открытии, и эта информация показала французскому химику истинную цену его собственного наблюдения. Он тут же начал эксперименты с красным оксидом ртути — наиболее подходящим «генератором» кислорода. В апреле 1775 г. А. Лавуазье сделал в Академии наук доклад: «Мемуар о природе вещества, соединяющегося с металлами при прокаливании и увеличивающего их вес». Это и было сообщение об открытии кислорода. «Этот воздух, — говорил Лавуазье, — был открыт почти в одно время Пристли, Шееле и мною. Я дал ему сначала название в высшей степени легко вдыхаемого, или весьма удобовдыхаемого, но затем заменил названием „жизненный или живительный воздух“».

А. Лавуазье

Уже одно это показывает, насколько дальше продвинулся А. Лавуазье в понимании природы кислорода, чем его современники. Жизненный воздух становится теперь предметом всесторонних исследований. Ученый, далее, приходит к выводу, что наиболее удобовыдыхаемый воздух является кислотообразующим началом, важнейшей составной частью всех кислот. Позднее эта точка зрения оказалась неправильной (когда на примере галогеноводородных кислот были описаны бескислородные кислоты), но тогда в 1779 г. А. Лавуазье счел возможным отразить это качество нового газа в его названии «кислород» или «оксиген»: от греческих слов, обозначающих «рождаю кислоту».

Заключительным аккордом становления кислородной теории стало выяснение состава воды. В 1781 г. Г. Кавендиш наблюдал, что при сжигании горючего воздуха он почти целиком вместе с дефлогистированным воздухом превращается в чистую воду. Однако свои результаты английский ученый опубликовал только в 1784 г. Зная об этих опытах Г. Кавендиша и повторив их, А. Лавуазье пришел к выводу, что вода не есть простое вещество, а состоит из горючего воздуха и живительного воздуха. Этот вывод относится к 1783 г., поэтому А. Лавуазье и считают первым, кто установил состав воды. Однако в действительности первым был Г. Кавендиш. Выяснение состава воды позволило правильно понять природу водорода.

История открытия кислорода показательна в том хотя бы смысле, что процесс открытия нового химического элемента здесь не является одноактным событием. Понадобилось несколько последовательных шагов, чтобы от эмпирического наблюдения кислорода дойти до правильного понимания его природы как газообразного химического элемента. Кроме того, для кислорода (но также и для других элементарных газов) характерно то обстоятельство, что подлинное открытие его не было делом рук лишь одного человека. Вот как говорил Ф. Энгельс: «Пристли и Шееле описали кислород, но они не знали, что оказалось у них в руках… И если даже Лавуазье и не дал описания кислорода, как он утверждал впоследствии, одновременно с другими и независимо от них, то все же по существу дела открыл кислород он, а не те двое, которые только описали его, даже не догадываясь о том, что именно они описывали»[5].

ГЛАВА IV.

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.