В клетке. Карта химии.

КАРТА ХИМИИ.

Только увидев не успевшие ещё пожелтеть страницы журнала, где Дмитрием Ивановичем Менделеевым было опубликовано первое сообщение о Периодической системе элементов, понимаешь, что это открытие произошло, в сущности, не так давно. Действительно, век — срок не такой ум большой, если измерять его, правда, годами, а не теми событиями, которые произошли в науке со времени появления закона Менделеева.

Поговорим о романтике, о романтике неизвестного, романтике открытия.

Отправляется географическая экспедиция. Воображение рисует «белые пятна» на карте, неведомые горные вершины, таинственные племена туземцев, хищных зверей, опасности и приключения, приключения, приключения...

Собираются в путь ботаники. Придирчиво рассматривают они своё мудрёное снаряжение. Каждая травинка, каждый цветок должны быть тщательно рассмотрены под микроскопом, должны быть описаны со скрупулёзной дотошностью опытного нотариуса. Ботаникам предстоит открыть новые растения, целебные травы, неизвестные дотоле деревья.

Готовятся к отъезду и непоседы геологи. У этих впереди не увеселительная прогулка! Неделями, а быть может, и месяцами должны будут они пробираться неведомыми дорогами, заросшими тропами, а то и вовсе по бездорожью к месторождениям полезных ископаемых. Трудно не позавидовать геологам. Ведь даже путевой дневник экспедиции, куда вносятся лишь самые скупые сведения о ходе работы в исследовательской партии, читается зачастую увлекательнее, чем приключенческий роман.

Снаряжаются и океановеды. Они имеют все основания быть самыми сосредоточенными и озабоченными. Каждый из них втайне надеется вытащить со дна океанского невероятное чудовище. Ведь морские глубины таят в себе много неожиданного.

Есть отрасли науки, где исследователям необходимо ежедневно преодолевать большие трудности, где требуется умение концентрировать всю свою волю, все способности, умение бесстрашно—-в буквальном смысле этого слова—-преодолевать любые препятствия.

Не сомневаюсь, что если бы я причислил сюда химиков, то многих это попросту развеселило.

«Тоже нашёл романтиков! — смеясь, скажут они. — Сидят в лабораториях, переливают из одной склянки в другую, а возвращаясь с работы, кутаются поплотнее в шарф, чтобы ненароком насморк не схватить».

И вот теперь, отсмеявшись, самое время поговорить серьёзно, поговорить о романтике химических исследований.

Я, химик, не завидую географам. Пожалуй, на географической карте уже не осталось «белых пятен». Даже горные кряжи далёкой от всех Антарктиды нанесли на карту неутомимые исследователи.

Да и есть ли теперь недоступные места на нашей планете, если в любой район земного шара можно прилететь за 15—20 часов, ну самое большее за сутки? Имеются, конечно, районы, которые требуют более подробного изучения. Но «белых пятен» нет!

Что и говорить, интересна работа ботаников! Но много ли новых открытий ждёт их? Сотни тысяч растений известны науке. И в наши дни любое новое растение является событием чрезвычайной важности. Составлены подробнейшие толстые атласы, в которых зарисованы все известные растения и описаны их особенности. На этих картах почти нет «белых пятен».

Почти то же самое я мог бы сказать и о геологах и даже об океановедах (да, да: ведь уже найдено самое глубокое место в Мировом океане!). Но к чему нам обижать эти профессии? Напротив, они заслуживают глубокого уважения. Сегодня химики «на равной ноге» могут разговаривать с географами, ботаниками, геологами и представителями других профессий, считающихся безусловно романтическими. Трудности?— их всегда было предостаточно; опасности? — к сожалению, не меньше чем у геологов и географов; романтика? — об этом уже было говорено. Вот разве только «белых пятен» на карте химии во много раз больше, чем на картах географических, ботанических, океанологических и иных «романтических» наук.

«Позвольте, какая же в химии может быть карта?» — спросит читатель. Оказывается, что есть такая карта — карта, без которой невозможно продвижение по извилистым и ухабистым дорогам современной химии. Эта карта — Периодическая система Д. И. Менделеева. А по количеству «белых пятен» она намного превосходит любую, даже самую подробную карту нашей планеты.

Для географов времена путешествий наобум: по принципу авось что-нибудь встретится, может быть, на что-либо интересное натолкнёмся — прошли ещё лет четыреста назад. Уже тогда люди научились более или менее правильно ориентироваться в своих передвижениях по планете, узнали расположение главнейших материков и морей. Иное положение было в химии. Там учёные «путешествовали» без карт ещё какую-нибудь сотню лет назад.

Ощущение «давности» закона Менделеева присуще, наверное, каждому химику. Это понятно, так как большинство крупнейших научных обобщений в химии возникло лишь после создания Периодического закона. Они просто не могли возникнуть раньше. Потому что именно благодаря этому закону химики, так же как и географы, получили свою карту.

Посудите сами: мог ли даже самый отчаянный капитан проплыть без карты из Мурманска, скажем, в Сан-Франциско? А ведь химики до открытия Менделеева были еще в более трудном положении, чем этот капитан. Они не только не имели карты — они не знали, куда вообще следует «плыть», в каком направлении вести исследования, чтобы достичь необходимых результатов. Действительно, посмотрим, как развивались представления химиков об их химическом мире.

В древности люди применяли в своей практической деятельности соединения всего девятнадцати элементов. Но это применение было, так сказать, несознательное. Если на минуту предположить, что мы имели бы возможность задать какому-нибудь древнеримскому учёному вопрос, сколько, выражаясь по-нашему, химических элементов ему известно, то он, морща лоб и загибая пальцы, вряд ли смог бы перечислить более шести наименований: золото, медь, серебро, олово, свинец, сера. Вот, пожалуй, и все. Остальные элементы применялись не в чистом виде, а в соединениях, и о них, естественно, наш воображаемый древнеримский собеседник ничего знать не мог. Как видим, химический мир для древних был так же ограничен, как и их познания о мире географическом.

К сожалению, расширение человеком химических владений шло гораздо медленнее, чем развитие географии.

Марко Поло добрался до Пекина и описал уже совсем далекие владения Хана Хубилая, но современные ему учёные прибавили к шести античным элементам всего еще столько же. Итого двенадцать элементов. Это в XIII—XIV веках. А ведь совсем «незадолго» до этого, в VIII—IX веках, была популярной следующая алхимическая песня-заклинание:

... Семь металлов создал свет По числу семи планет.. .

В последующие века темпы открытия новых элементов не стали более быстрыми. К 1800 году науке был известен тридцать один химический элемент. К середине прошлого столетия любой достаточно эрудированный учёный мог уже перечислить названия шестидесяти известных к тому времени химических элементов.

Казалось бы, темпы удовлетворительные. Внешне — да. А если вглядеться попристальнее в историю химических элементов, открытых в первой половине прошлого века, то взору представятся моря «невидимых миру слез».

До середины прошлого века, а точнее, до 1869 года исследователь, поставивший перед собой задачу открыть новый химический элемент, в какой-то степени походил на известную сказочную царевну, которая отваживала претендентов на её руку и батюшкин престол, капризно заявляя:

«Пойди туда —не знаю куда, принеси то—не знаю что...»

В самом деле, как в те времена происходило открытие нового химического элемента? Слепая удача? Не всегда. Бывало, что исследователь, проведя анализ какого-то минерала, обращал внимание на то, что сумма процентного содержания элементов в образце меньше ста. «Ага, — решал он, — здесь что-то не так, видимо, недостающие проценты приходятся на долю неведомого элемента, который я, не зная его свойств, пропустил».

Перспектива отыскать новый элемент всегда так воодушевляла химиков, что исследователь мигом стаскивал салфетку— если мысль посещала его за жарким — либо натягивал поверх шлафрока сюртук — если удачная мысль посещала его в постели — и в таком непрезентабельном виде являлся в лабораторию. Там он лихорадочно принимался за повторные и ещё более тщательные анализы и в большинстве случаев. .. ничего не находил.

Почему? Да потому, что причин несовпадения суммы элементов в анализируемом образце со ста процентами может быть очень много. И неизбежные ошибки эксперимента, и кусочек штукатурки, ненароком попавший в колбу, и неправильно приготовленные растворы, и неисправные весы, и нерадивый помощник...

Вот почему волнующая мысль о новом химическом элементе в те годы посещала многих химиков, занимавшихся анализом горных пород и минералов. А удача пришла всего к немногим. К Берцеллиусу, к Мозандеру да к Клеве. А остальные? Остальные подавляли тяжёлые вздохи разочарования. И не могла им помочь мысль, которая десятилетиями спустя тешила их коллег-неудачников на этом же поприще, что, дескать, не у одного меня не вышло, и другие на этом деле обожглись: учёные первой половины XIX века ещё не знали, что проблема поиска новых химических элементов — одна из самых сложных задач, которые предстояло решить естествоиспытателям.

Итак, не всегда открытие элементов было результатом слепой удачи. Не всегда, но, будем откровенны, очень часто. Хотя бы так, как это произошло с открытием йода.

Владелец небольшого заводика по получению селитры из морских водорослей господин Куртуа в один из прекрасных (конечно же, прекрасных!) дней 1811 года, проходя по сараю, где лежала зола, полученная от сожжения водорослей, заметил высокомерно расхаживающего между чанами с золой кота. По-видимому, именно это высокомерие привело мосье Куртуа в негодование — не мог же он заподозрить кота в покушении на продукцию селитряного завода (и в начале XIX века коты предпочитали селитре сметану и петушиные потрошки), — и он, размахивая руками и издавая негодующие крики, кинулся к наглому гостю. Кот, презрительно фыркнув, с неожиданной для его степенности быстротой кинулся наутёк. Но при этом шкодливый пришелец опрокинул склянку с серной кислотой. Кислота полилась на золу, которая тотчас же зашипела. И с этого все началось.

Сарай наполнился дымом фиолетовой раскраски и такого причудливого и ни на что не похожего запаха, что мосье Кур-туа тотчас же забыл о наглом коте. Повторить опыт по действию серной кислоты на золу (на этот раз без помощи кота) оказалось делом одной минуты. Едкие фиолетовые пары показались снова.

Оказалось, что эти пары осаждаются на холодной поверхности в виде маленьких блестящих кристалликов. Сейчас уже трудно установить, какими путями эти кристаллики попали к знаменитым химикам Гей-Люссаку и Дэви. Но именно они доказали, что фиолетовые кристаллики — это новый элемент, который получил название йода. И хотя химическое исследование нового элемента принадлежит Гей-Люссаку и Дэви, история химии всегда сохранит благодарную память о бездомном коте, забредшем на склад мосье Куртуа. (Откуда взялся йод в золе мы теперь знаем хорошо: почти все водоросли обладают способностью усваивать этот элемент, который в морской воде содержится в сравнительно больших количествах.)

Надеюсь, что читатель оценил ту дозу иронии, которая была вложена в рассказ об открытии йода. Потому что об удачливости в науке надо говорить с большой осторожностью. Удача посещает только терпеливых и внимательных. И конечно, талантливых. Без этих качеств в науке ещё никто ничего не добивался. А если встать на другую точку зрения, то можно и впрямь уверовать в легенду о ньютоновом яблоке и прийти, пожалуй, к мысли, что если бы великий английский учёный сидел не под яблоней, а под клёном, закон всемирного тяготения не был бы открыт. Вот почему, кто знает, как и когда был бы открыт йод, не будь промышленник Куртуа наблюдателен и пытлив.

Но как бы то ни было, к середине прошлого века число известных элементов было доведено до шестидесяти трех. Но сколько их должно быть всего? Сто? Двести? Или, быть может, искать новые элементы уже нет смысла, потому что все они открыты? Кто мог это сказать?

Сказал это Дмитрий Иванович Менделеев.

На первый взгляд таблица, разосланная Менделеевым 1 марта 1869 года многим учёным, не имеет ничего общего с современной таблицей химических элементов. Но присмотритесь внимательнее. То же расположение групп и периодов, что и в современной таблице. Различие лишь в том, что сейчас группы химических элементов располагают горизонтально, а периоды — вертикально. Но понятно, что различие это не принципиальное.

Впрочем, имеются различия и посущественнее. Непонятно, какое место занимает в системе водород. Да, тогда, в первые дни существования своего закона, Менделеев не решился объединить легчайший газ водород с очень-очень «металлическими» щелочными металлами. Но разве сегодня относительно положения водорода в Периодической системе среди химиков наблюдается единодушие? Пусть читатель, заинтересовавшийся этим вопросом, даст себе труд "перелистать книги, где приводятся таблицы Периодического закона. В старых, добротных учебниках водород стоит на привычном нам месте — в первой группе, подгруппе щелочных металлов. Но в последнее время все чаще появляются таблицы, где водород располагается в VII группе, в семействе галогенов. Имеются и «осторожные» таблицы, где водород одновременно стоит и в I и в VII группах. Но не редкость встретить и таблицу, где водород вообще вынесен в отдельный период.

Мне бы сейчас очень не хотелось вдаваться в очень специальный спор относительно того, где должен стоять водород. Да с какой бы степени аргументированности я бы не высказал своё мнение, это будет ещё одно, всего одно, мнение среди десятков других.

Заметит читатель и некоторые различия в написании символов химических элементов: Р1 вместо Рс1 для палладия, Иг вместо 1Л для урана. Заметит и вовсе не понятный символ — Э1, но что это за элемент «дидим», читатель поймёт, когда в этой главе доберётся до раздела, посвящённого редкоземельным элементам.

Но основное, на что следует обратить внимание, это вопросительные знаки.

Очень редко в истории науки вопросительные знаки были столь выразительны и несли столь большую смысловую нагрузку!

Нет, я не собираюсь сейчас пересказывать подробно описанную в школьном учебнике химии историю открытия элемента германия (вопросительный знак за кремнием), ни историю открытия галлия (вопросительный знак за алюминием). Все хорошо знают, как блестяще подтвердились предсказания Менделеева относительно свойств «экакремния» и «экаалю-миния».

Здесь речь о другом. Менделеев точно предсказал, сколько элементов должно быть открыто (для этого, конечно^ надо было предположить, что не может быть в природе элементов с атомным весом большим, чем у урана. Но, как мы знаем, и это предположение Менделеева оправдалось, подобно иным его предположениям, с блеском). Но и это не главное. Пользуясь таблицей Менделеева, можно было с большой долей уверенности предположить, где следует искать эти неоткрытые элементы.

Существует, в общем-то, довольно понятный закон геологии, вернее, геохимии, гласящий, что элементы, обладающие сходными химическими свойствами, имеют сходную геологическую судьбу. Что такое «геологическая судьба», по-видимому, пояснять не следует. Это одни и те же месторождения, одни и те же минералы, близкие способы выделения и концентрирования.

Словом, «капитаны» химических исследований теперь уже не должны были плыть наобум за «не знаю что», а, пользуясь дарованной им Менделеевым лоцией, уверенно и счастливо приводить свои «корабли» в нужное место. Вот почему за годы, последовавшие после открытия Менделеева, перечень химических элементов, известных науке, расширился едва ли не вдвое.

Где-то я видел географическую карту, на которой отмечалась степень изученности тех или иных областей нашей планеты. Хорошо изученные области, вроде Подмосковья, были окрашены в темно-зелёную краску. Но таких областей было немного. Районы, изученные меньше, были окрашены светло-зелёной краской. Этой краской было покрыто большинство суши земли. Плохо изученные области были окрашены в жёлтую краску. Жёлтых пятен было немного: Гималаи, Гренландия, бразильские тропики — вот, пожалуй, и все. И лишь одна Антарктида была обозначена белой краской. Только вдоль берегов этого материка вилась тоненькая полоска жёлтой краски. Впрочем, это было несколько лет назад. Теперь, после того как учёные многих стран занялись изучением этого материка, Антарктида безусловно «заслужила» право по крайней мере на жёлтую краску.

А что, если попробовать разукрасить подобным образом таблицу Менделеева? Картина получится совсем иная. Густо-зелёной краски на ней не будет вовсе. Немного будет и светло-зелёных клеток: это элементы кислород, сера, хлор, железо, кремний, калий, натрий. Вот, пожалуй, и все. Зато жёлтых клеток будет столько, что, если отойти на несколько шагов и взглянуть на таблицу, она будет походить на канареечное оперение.

Да, большинство элементов Периодической системы изучено довольно плохо. Более того, мы можем заметить немало клеток, контуры которых, подобно Антарктиде на географической карте, очерчены жёлтой краской — это малоизвестные элементы.

Здесь уместно вспомнить об одном многотомном справочном издании. Это так называемый справочник Гмелина. В справочнике собраны сведения о всех химических элементах и их неорганических соединениях. Это, конечно, не справочник в обычном смысле этого слова. Его не положить в карман. Даже в портфель он не вместится. Удивляться этому не приходится: справочник состоит почти из сотни книг. Каждому элементу посвящён отдельный том. Глядя на корешки этих томов, можно точно представить себе, что или, вернее, сколько нам известно о том или ином элементе. Одни тома настолько объемисты, что их приходится с трудом снимать с полки, другие походят на тонкую ученическую тетрадку.

Как видим, «Антарктид» на химической карте много больше, чем на карте Земли. Да, есть куда направить свои корабли капитанам химических исследований!

Источник: Юрий Фиалков