Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров

предсказанный Менделеевым экаалюминий. «Новорожденному» дали имя галлий. Все свойства галлия в точности совпадали со свойствами экаалюминия. Впрочем, нет, не все. Удельный вес галлия был равен 4,7, в то время как предсказывалось 5,9. Но Менделеев настаивает на своем и просит повторить опыты. Весь научный мир с огромным вниманием следит за этим невероятным спором. Де Буабодран повторяет опыты и объявляет, что прав русский ученый, никогда не видевший галлия в глаза!

А пророчества продолжали сбываться. В 1879 году шведским ученым Л. Нильсоном был открыт скандий (экабор). И в 1886 году немецкий химик Клеменс Винклер получает экасилиций — германий.

Вот как описывает сотрудник Менделеева, известный русский химик В. Е. Тищенко, момент, когда известие об этом открытии дошло до Петербурга:

«Как-то утром Д. И. приходит к нам в Бутлеровскую лабораторию с новой книгой „Berichte“[1] в руках, взволнованный, радостный, и говорит, что „Кл. Винклер открыл новый элемент, германий, и помещает его в пятую группу, потому что он образует сульфосоль. Только нет, он ошибается, германию место не в пятой, а в четвертой группе, это экасилиций. Я сейчас буду писать Винклеру“». И Винклер признал свою ошибку.

О Менделееве заговорил весь мир. Никто не смел теперь сомневаться в справедливости периодического закона. И Менделеев дает ему окончательную формулировку: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Но природа никогда не открывает человеку своих законов в чистом виде. Нужна большая ясность ума, огромная вера, чтобы не дать сбить себя кажущимися противоречиями. Нужно суметь отличить существенное от второстепенного и не растеряться в потоке новых открытий, каждое из которых, кажется, начисто опровергает все сделанное раньше.

Именно эти качества скоро потребовались от Дмитрия Ивановича Менделеева, когда на периодический закон обрушились великие испытания.

«Подводные камни» периодической системы

Началось с того, что в 1894 году английскими учеными Рэлеем и Рамзаем был открыт новый элемент с настолько необычными свойствами, что химики вначале даже отказывались признавать его. Это был газ, совершенно неспособный к каким-либо химическим реакциям. Новый элемент назвали аргоном («недеятельным», «ленивым»).

Противники периодического закона (а их все еще было довольно много, и среди них такой крупный химик, как Оствальд) воспрянули духом. И не без оснований. Периодический закон, казалось, не давал возможности предвидеть существование элементов со столь необычными свойствами. Аргону не находилось места в периодической системе. Сам Менделеев склонен был считать аргон модификацией азота, N3 (подобно кислороду и озону). Но положение осложнилось еще более, когда через год открыли второй инертный газ — гелий.

Теперь уже стало трудно сомневаться в том, что столь необычные элементы действительно существуют в природе. Нужно было признать их и тем самым отвергнуть периодический закон, поскольку он пришел в противоречие с фактами.

А так ли это? Действительно ли периодический закон не давал оснований предполагать существование инертных газов?

Задолго до открытия Рэлея и Рамзая два человека были твердо уверены, что в периодической системе должна быть еще одна, особая, нулевая группа элементов. Эти двое были узники Алексеевского равелина Шлиссельбургской крепости, революционеры-народовольцы Морозов и Лукашевич. Еще в 1883 году, рассматривая периодичность в строении и свойствах органических соединений, они по аналогии с системой Менделеева построили периодическую систему углеводородных радикалов и пришли к выводу, что подобно тому, как каждый ряд углеводородных радикалов заканчивается нейтральной молекулой типа метана, этана, пропана и т. д., так и каждый период системы Менделеева должен заканчиваться недеятельным элементом. Догадка поистине гениальная, но мир узнал о ней лишь много лет спустя, после того как проблема инертных газов была решена. И решил ее Рамзай при помощи и на основе периодического закона.

Рамзай, открытие которого поколебало веру в периодический закон, сам нисколько не сомневался в его правильности. Более того, «по примеру… учителя Менделеева» Рамзай заявил: «Между гелием и аргоном существует элемент с атомным весом 20, недеятельный, как эти два газа: новый элемент должен иметь характерный спектр и менее легко сгущаться, чем аргон. Можно было бы также предсказать существование двух аналогичных газообразных элементов, имеющих атомные веса 82 и 129».

И когда предсказанные газы были вскоре открыты (криптон, неон и ксенон), сразу стало ясно, что место для них в системе есть. Рамзай предложил Менделееву образовать из вновь открытых элементов отдельную группу, и Менделеев сразу согласился, так как это не только не противоречило периодическому закону, а, наоборот, явилось логическим завершением системы и подтверждением правильности закона.

Так открытие инертных газов, вместо того чтобы поколебать закон, стало одним из главных доказательств его справедливости. Дополненная новой (нулевой) группой, периодическая система приобрела еще большую стройность.

Казалось, что дни потрясений для периодического закона безвозвратно миновали. Осталось лишь ждать открытия новых элементов, появление которых вряд ли могло затронуть стройность периодической системы и суть периодического закона.

И действительно, открытия не заставили себя ждать, но… странное дело! «Пришельцы» не желали занимать свободные места, которых в таблице было еще вполне достаточно, а упорно претендовали на уже занятые, потому что вновь открытые элементы как две капли воды были похожи по своим свойствам друг на друга и на уже известные так называемые редкоземельные металлы: лантан, иттрий, церий, эрбий.

С проблемой редких земель Менделеев столкнулся еще в 1869 году, когда составлял первый вариант периодической системы. В то время химики не сомневались в том, что лантан, церий, иттрий, эрбий и дидим являются двухвалентными металлами; кроме того, атомные веса их были очень занижены. Твердо уверенный в справедливости периодического закона, Менделеев предположил трехвалентность иттрия, лантана и эрбия и поместил их в третью группу, соответственно изменив атомные веса. Церий был помещен в четвертую группу, поскольку проявлял в некоторых соединениях валентность 4+. Дидим Менделеев поместил в пятую группу и, не уверенный в законности этого, поставил рядом знак вопроса. Так разместились в системе пять элементов. До поры до времени это не встречало особых возражений.

Но затем число вновь открытых редких земель стало катастрофически увеличиваться. Из разных стран начали поступать сведения об открытиях все новых и новых редкоземельных элементов. О том, чтобы разместить все их в периодической системе, не могло быть и речи: за период 1879–1906 годов их появилось около ста! Правда, потом выяснилось, что большинство этих открытий ложно, но все же к 1906 году ученые твердо установили, что 13 редкоземельных элементов действительно существуют. Это подтверждалось многократными, тщательными и беспристрастными исследованиями. Но никто не мог с уверенностью сказать, сколько же