Превращение элементов - Казаков Борис Игнатьевич - Страница 15

В октябре 1868 г. Парижская академия наук получила два одновременно поступивших сообщения. В одном из них Жюль Жансен сообщал о своём открытии солнечного элемента, а в другом астроном Норман Локьер, не выезжавший из Англии, извещал о том же самом. Академики так были поражены совпадением, что решили в честь такого события отчеканить специальную медаль с портретами Жансена и Локьера на одной стороне, а на другой — изображением бога солнца в колеснице, запряжённой четвёркой коней, и надписью: «Анализ солнечных выступов 18 августа 1868 года».

Уже упоминавшийся Крукс ещё до того, как открыл таллий, начал издавать журнал «Новости химии». И следует заметить, что время для этого было очень подходящее: от недостатка новостей журнал не страдал, они сыпались, как из рога изобилия.

Периодический закон и его триумф

Называть, описывать и классифицировать — вот основа и цель науки — провозгласил в своё время знаменитый Кювье. Можно сейчас оспорить высказывание прославленного зоолога и анатома. Однако следует учитывать, что всякая наука начинается с накопления сведений, после чего появляется настоятельная необходимость эти сведения как-то систематизировать. Шведский естествоиспытатель Карл Линней говорил: «Система — это ариаднина нить, без неё всё дело превращается в хаос».

Химикам 60-х гг. прошлого столетия стало известно более 60 элементов. Подробно были описаны свойства каждого из них и их соединений, многие имели широкое промышленное значение, учёные находили между ними черты определённого сходства и разительного отличия. Появилась нужда в систематизации элементов, но, несмотря на то, что по сравнению с зоологией и ботаникой химия располагала сравнительно «небольшим хозяйством», привести его в определённый порядок было не так-то просто.

Первая попытка привести элементы в какую-то систему относится ещё к тому времени, когда классическая химия только становилась на ноги. Она принадлежит Лавуазье. Разделавшись с флогистоном, он составил таблицу простых тел, основанную на классификации их по химическим свойствам. Сейчас эта таблица вызывает к себе лишь исторический интерес, но в своё время она сыграла важную роль.

В начале XIX в., точнее в 1815 г., английский врач и химик (опять врач и химик!) У.Праут, подхватив мысль своего соотечественника Г.Дэви о водороде как первоматерии, построил на ней гипотезу, гласившую, что все элементы происходят из водорода путём какого-то процесса типа конденсации. Гипотеза надолго овладела умами исследователей, хотя бельгийский профессор Жан Серве Стас, вначале её горячий поклонник, своими расчётами и многолетними экспериментами (теми самыми, которыми он хотел подтвердить разложение элементов на другие, более лёгкие) доказал затем, что она — «чистая спекуляция, определённо противоречащая опыту».

Почти одновременно с этим один из последователей Дальтона, Деберейнер, опубликовал таблицы атомных весов некоторых элементов; они объединялись в триады, в которых атомный вес среднего элемента равнялся примерно полусумме крайних. Литий — натрий — калий, кальций — стронций — барий, хлор — бром — йод — вот примеры таких деберейнеровых триад.

К середине прошлого века большое впечатление на учёных произвели успехи органической химии, которая совсем недавно, по выражению Фридриха Велера, представляла собой дремучий лес, из которого нет выхода. В 1850 г. Петтенкоффер попытался найти у элементов соотношения, подобные тем, что обнаруживаются в гомологических рядах, т. е. в рядах соединений, отличающихся друг от друга группой CH2. Он указал, что атомные веса некоторых элементов отличаются друг от друга на величину, кратную 8. Отсюда напрашивался вывод: так ли просты элементы, не являются ли они некими сложными образованиями каких-то субэлементарных частиц? На следующий год подобные соображения высказал Ж.Дюма. Выводы из существования закономерных соотношений атомных весов шли у него далеко: ставился вопрос о возможности разложения элементарных веществ на субэлементарные образования, а стало быть, и возможности трансмутации металлов. Опять следует заметить, что такого учёного, как Дюма, ни в коей мере нельзя причислить к сторонникам алхимических воззрений, но мысль, высказанная им, полностью соответствовала убеждениям алхимиков.

До знаменательного 1860 г. было ещё несколько попыток как-то систематизировать известные химические элементы. Л.Гмелин, Дж. Гладстон, Дж. Кук, Ф.Ленссен, В.Одлинг, А.Штреккер объединяли их в триады, пентады и т. д. и находили при этом какую-то числовую зависимость в возрастании атомных весов сходных элементов. Но этим дело обычно и ограничивалось, а предлагаемые таблицы сильно разнились друг от друга. Да иначе и быть не могло, так как многие элементы ещё не были открыты, а атомные веса уже известных элементов до конгресса в Карлсруэ не имели, как мы знаем, единого для всех химиков значения.

В 1862–1863 гг. попытку систематизировать элементы сделал французский химик Шанкуртуа. Предложенная им система имела своеобразное построение и осталась в истории как «винтовая линия Шанкуртуа». Все известные к тому времени элементы в порядке возрастания их атомных весов были занесены на ленту, которая по спирали накладывалась на цилиндр; поверхность цилиндра была разделена на 16 частей (атомный вес кислорода). Развернутый после этого цилиндр показывал на своей плоскости ряд отрезков параллельных прямых с вписанными элементами атомного веса от 1 до 16, от 16 до 32 и т. д. При таком расположении сходные по своим химическим свойствам элементы часто, но не всегда, попадали на одну образующую цилиндра. По мнению историков науки, в системе Шанкуртуа содержался зародыш периодического закона, но в то же время она давала широкий простор для произвола. Вместе с элементами-аналогами на одну образующую попадали совершенно несхожие с ними. Для углерода атомного веса 12 должна была существовать и какая-то «разновидность» его с атомным весом 44. Парижская академия наук, где делал своё сообщение Шанкуртуа, восприняла его весьма холодно, и об этой работе стало широко известно лишь 30 лет спустя.

Начиная с 1863 г., много занимался классификацией элементов и выступал с сообщениями лондонский химик Джон Ньюлендс. Он обратил внимание на то, что номера аналогичных элементов отличаются на величину 7, как в музыке, и расположил элементы по некоему «закону октав». Когда с очередным докладом Ньюлендс выступал в лондонском Химическом обществе, профессор Фостер с издёвкой спросил: «Не пробовал ли уважаемый докладчик располагать в таблице элементы в алфавитном порядке и не заметил ли при этом каких-либо закономерностей?» Собрание отказало в публикации сообщения Ньюлендса в своих изданиях и надолго отбило у него охоту заниматься подобными вопросами.

В 1864 г. в Германии вышла в свет книга Лотара Мейера «Современные теории химии и их значение для химической статики». В ней, пользуясь уже новыми атомными весами, автор отмечал, что аналогичные по свойствам элементы имеют одинаковую валентность («значность»), а величины их атомных весов отличаются на постоянную разность. В приведённых им таблицах валентности не всегда соответствовали действительности, но Мейер, как говорится, втиснул их в прокрустово ложе, так как не решался хоть на минуту усомниться в правильности атомных весов. Он так и писал тогда: «Нельзя сомневаться, что имеется некоторая закономерность в численных величинах атомных весов… несомненно нельзя — как это делалось достаточно часто — ради предполагаемой законности произвольно исправлять или изменять найденные эмпирически атомные веса, пока опыт не даст более точных чисел».

В 1867 г. молодого тогда профессора Д.И.Менделеева пригласили занять кафедру Петербургского университета. Он стал читать курс лекций по общей химии и одновременно писал свои ставшие потом знаменитыми «Основы химии».

С описания свойств какого элемента следует начинать курс химии? В принципе всё равно с какого: свойства элементов, если не обращать внимания на водородную первоматерию Г.Дэви и гипотезу У.Праута, между собой никак, казалось, не соотносились. Как правило, начинали с описания кислорода — элемента, имеющего наибольшее распространение в природе; некоторые профессора находили более удобным начинать курс с описания водорода — самого лёгкого элемента. С таким же успехом можно было начинать с железа — элемента, имеющего важнейшее значение в промышленности, золота — драгоценного металла и т. д.